水泥专业毕业设计指导书.docx
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水泥专业毕业设计指导书
材料工程技术专业(水泥工艺方向)
毕业设计指导书
材料工程系无机材料教研室
1绪论
1.1毕业设计教学目的
(1)综合运用所学的专业知识,培养学生初步掌握水泥厂的工艺、生产管理的能力;
(2)初步掌握水泥厂的工艺设计能力、方法和技改设计的能力;
(3)培养学生检索技术资料、运用技术资料和使用工具书进行设计计算、设计论证;
(4)培养学生绘制水泥厂工艺布置图、编制设计说明书的能力。
1.2毕业设计基本要求
1.2.1指导教师指导设计的基本要求
(1)指导教师在每一个设计阶段性应向学生详细讲解、安排本阶段的设计任务的进程、要求、注意事项;
(2)指导教师无特殊情况,每天上、下午(双休日除外)必须到设计室检查的设计效果、进度,指导学生在设计中遇到的问题;
(3)指导教师在学生设计期间必须严格考勤,考勤结果将作为对学生设计平时成绩考核的依据;
(4)对未请假或无特殊情况,连续两天未到设计室进行设计的学生,指导教师应及时向系有关部门报告,以免发生意外事故;
1.2.2学生在设计期间的基本要求
(1)原则上设计期间学生不得请假离开学校;
(2)学生必须按学校的作习时间按时到设计室进行设计;
(3)未有特殊理由超过一周未到设计室取消设计资格,不给评定成绩;
(4)设计期间的考勤,作为平时成绩评定的依据之一。
2毕业设计任务划分及时间安排
2.1指导教师下达设计项目任务书
(1)任务书设计项目:
为一定规模、品种等级的新型干法生产线;
(2)任务书的生产规模、品种等级可以相同,但给定的设计条件不同;
(3)任务书提供设计所必须的设计条件;
(4)同学们必须保管好设计任务书,设计完成后任务书需附在设计说明书的首页上。
2.2毕业设计任务划分
每位同学独立承担一定生产规模的设计任务,主要设计任务如下:
2.2.1配料设计与计算
(1)生料配料方案设计:
设计满足任务书要求的水泥(熟料)质量的熟料率值或矿物组成;
(2)计算原料配比:
根据任务书给定的原、燃料和设计的生料配料方案计算各种原料的配合比;
2.2.2三大平衡设计计算
(1)物料平衡设计:
根据生产规模、原料的配合比设计计算各种原料、燃料、生料、熟料、混合材、石膏、水泥的需要量;
(2)主机平衡设计:
设计全厂工艺流程,再根据所设计计算的各种原、燃、材料,半成品,成品的需要量,设计选择全厂各种主机设备的规格、能力、台数。
(3)储库平衡设计:
设计满足水泥厂连续生产要求的各种物料储存期,再根据生产规模、各种原、燃、材料,半成品,成品的需要量;设计选择各工序间的储存设施,并计算出其规格、数量或面积
2.2.3全厂总平面布置设计
(1)设计确定全厂各设施平面投影:
根据各主机设备的规格和台数、设计计算的各工序间的储存设施规格和数量或面积、结合总平面布置参考图;设计确定水泥厂各厂房及其它设施的初步面积、平面投影。
(2)总平面布置设计:
根据水泥厂工艺流程、原燃材料和成品的进出方向、考虑风向、厂内运输等因素;设计确定水泥厂各厂房及其它设施的平面位置。
(3)绘制总平面图:
按比例(1:
1000)绘制总平面图。
(4)调整修改总平面布置图:
待重点车间工艺布置图设计完成后,以重点车间工艺布置图的车间平面投影调整修改总平面布置图。
2.2.4重点车间工艺布置设计
每个同学承担一个重点车间工艺布置设计,并按比例(1:
100)设计、绘制车间工艺布置图;
(1)生料制备车间设计范围及设计重点:
①预均化堆场(原料库)→生料粉磨→生料搅拌库;
②设计重点:
生料粉磨
(2)烧成车间设计范围及设计重点:
①生料搅拌库→窑尾系统→窑头系统→熟料库
②设计重点:
窑尾系统或窑头系统(包括煤粉制备)
(3)制成车间设计范围及设计重点:
①熟料(石膏、混合材)库→水泥粉磨→水泥库。
②设计重点:
水泥粉磨。
2.2.5设计说明书编写
(1)建厂的意义、建厂的条件、生产方法的选择论述;
(2)工艺设计、计算:
①配料方案设计论证:
,配料方案设计的条件和依据论述,配料方案的实施条件论述,配料方案的论证。
②配料计算过程。
③三大平衡设计论证:
A物料平衡设计计算的依据,窑的台时产量标定论述、论证,混合材、石膏掺量设计论述,物料平衡计算过程;
B主机平衡设计设计计算的依据,生料磨、水泥磨的台时产量标定论述、论证,其它主机选型的方案对比论述,各主机选型计算过程;
C储库平衡设计计算的依据,各物料储存期、储存设施选择论述,储库选型计算过程。
(3)总平面布置评述:
全厂工艺流程的流畅性、总平面布置分区、厂内交通、消防与环保的可行性和合理性、
(4)重点车间工艺布置设计评述:
车间工艺布置的特点,辅机配套选型论述,车间环保评述
2.2.6毕业设计答辩
每位同学必须参加答辩
2.3毕业设计的阶段任务与时间安排
(1)根据教学计划安排,毕业设计按10周进行任务的安排;
(2)根据水泥厂生产工序划分6个设计阶段进行任务分配;
毕业设计的阶段任务与时间安排表
阶段
设计任务
时间安排(周)
累计时间
1
配料设计与计算
1.5
1.5
2
三大平衡计算
1.5
3
3
全厂总平面布置
1
4
4
重点车间工艺布置
4
8
5
设计说明书编写
1
9
6
毕业答辩
1
10
3毕业设计的阶段任务实施
3.1配料设计与计算
3.1.1教师指导
(1)指导教师安排本设计阶段的任务进程及要求;
(2)指导教师讲解配料方案设计与计算的程序、方法;
3.1.2学生进行配料方案设计
(1)查阅、检索技术资料,初步设计选择出配料方案(矿物组成或率值);
①查阅、检索本设计水泥品种、等级的性能要求;
GB175—2007:
组分与材料(熟料定义)、凝结时间、安定性、强度等要求
②查阅、检索新型干法窑的熟料矿物组成或率值范围;
四种主要矿物的含量一般范围及国内外部分水泥生产企业生产数据见表3-1。
③分析水泥品种、等级的性能与矿物特性(水泥工艺技术P22—27)的关系,并初步设计选择出配料方案(矿物组成);
不同窑型硅酸盐熟料率值见表3-2
(2)分析本设计原、燃料的品质、特点,并对初步设计选择配料方案进行必要的调整;
①查阅新型干法生产对原、燃料的质量要求和生产厂家原、燃料的质量数据;
②与本设计的原、燃料的分析数据进行对比分析;
③根据分析结果,对初步设计选择配料方案进行必要的调整;
表3-1熟料矿物含量范围(%)
熟料类别
C3S
C2S
C3A
C4AF
回转窑熟料
主窑熟料
国内新型干法窑熟料(20家平均)
国内重点水泥企业熟料(56家平均)
国外水泥企业熟料(23家平均)
45~65
38~60
53
54
57
15~32
20~33
24
20
20
4~11
4~7
8
7
8
10~18
13~20
10
14
10
表3-2不同窑型硅酸盐水泥熟料率值的参考范围
窑型
KH
n
p
预分解窑
0.86~0.90
2.2~2.6
1.3~1.8
湿法长窑
0.88~0.92
1.5~2.5
1.0~1.8
干法回转窑
0.86~0.89
2.0~2.35
1.0~1.6
(3)论述配料方案的实施条件;
①论述新型干法制备的生料的质量(生料的细度及其均匀性)与配料方案实施(烧制出符合水泥质量的熟料)的关系;
②论述新型干法窑的锻烧特点与配料方案实施的关系;
③根据配料方案的实施条件对配料方案进行修正;
(4)查阅、检索实际水泥生产厂的熟料、水泥物理性能等数据(见表3-3),并对本设计选择配料方案进行可行性论证;
表3-3水泥厂熟料率值、矿物组成及熟料质量
厂名
熟料率值
矿物组成
物理性能
KH
n
p
C3S
C2S
C3A
C4AF
筛
余
比表面积
平均
标号
①实际水泥生产厂的熟料物理性能、矿物组成、率值与本设计的配料方案进行对比分析:
相互间的区别、特点;
②根据对比分析论证本设计的配料方案对任务书要求的水泥品种的可行性;
③根据对比分析论证,是否需要对本设计的配料方案进行调整:
使其本设计的配料方案与实际水泥生产厂的配料方案相适应,确保本设计的配料方案,能生产出满足任务书要求的水泥品种;
3.1.3配料计算
(1)设计熟料热耗:
①查阅、检索新型干法窑熟料热耗的统计资料、水泥生产厂的熟料热耗的数据(见表3-4,表3-5);
表3-4熟料热耗的统计指标
窑型能力
(t/d)
项目
预分解窑
1500
2000~2500
4500~5000
≥5000
10000
热料
统计
热耗
KJ/kg
熟料
Cal/kg
熟料
标煤耗Kg/t熟料
资料来源
表3-5水泥生产厂的熟料热耗数据
窑型能力
(t/d)
厂名
预分解窑
1500
2000~2500
4500~5000
≥5000
10000
KJ/kg
熟料
Cal/kg
熟料
标煤耗
Kg/t熟料
资料来源
②分析影响新型干法窑熟料热耗的因素;
A原料的特性对熟料热耗的影响;
B配料方案对熟料热耗的影响;
C生料质量对熟料热耗的影响;
D生产方法对熟料热耗的影响;
③根据熟料热耗的统计资料、数据和本设计的具体条件,设计适合本设计具体条件的热耗;
④对设计烧成车间的同学,需根据熟料热耗的统计资料、数据和本设计的具体条件,进行热平衡计算设计适合具体条件的熟料热耗;
(2)计算原料的配合比:
①煤灰掺入量的计算
②根据配料方案计算熟料要求的成分;
③根据熟料要求的成分计算原料的配合比、熟料成分;
④根据计算的熟料成分验算配料方案;
⑤将验算符合配料方案的干基配合比换算成湿基配合比;
3.2三大工艺平衡设计计算
3.2.1教师指导
(1)指导教师安排本设计阶段的任务进程及要求;
(2)指导教师讲解三大平衡设计计算的程序、方法;
3.2.2学生进行物料平衡设计
(1)查阅、检索相关的技术资料、参数;
表3-6水泥厂各物料生产损失
物料名
生料
煤
混合材
石膏
水泥
生产损失P(%)
6~7
3~5
3~5
3~5
3~5
(2)学生须对窑的台时产量进行设计标定;
①根据生产规模计算:
要求车间熟料小时产量(104.16)
②根据要求产量:
选择窑规格、型号(假如该窑106)
③用经验公式计算该窑的规格(小时)产量(式不同量不同)
④分析生产条件对计算窑小时产量修正
自然条件:
海拔高度↑→窑速↓→产量↓(104)
原料燃质量↑→产量↑(103.5)
生料质量↑(均匀、易烧性,细度)→产量↑(104)
预热器型式:
预热效果↑→产量↑
分解炉型式:
分解率↑→产量↑(104.5)
⑤调查同规格窑生产实际产量对修正产量验证
调查结果:
104.5—105→标定104.5
既满足设计任务书
标定出又适应生产条件的小时产量
经实践证实能达到
(3)学生对混合材掺量进行设计;
①查阅通用水泥GB175--2007对混合材掺量的规定范围;
例:
P.Ⅱ中石灰石≤5%
②根据水泥性能、熟料和混合材质量、水泥细度分析初步确定混合材掺量;
例:
水泥早强要求↑→掺量↓(4%)
熟料、混材质量↑→掺量↑(4.5%)
水泥细度细→掺量↑(5%)
③查阅参照生产厂数据修正(标4.5%)
(4)学生对石膏掺量进行设计;
①查阅通用水泥GB175--2007对水泥中SO3的GB规定范围;
②查阅水泥中掺加SO3的统计范围:
外掺SO3=1.5~2.5%
③经验公式计算:
式中:
a.b——熟料、矿渣百分含量
④分析考虑影响石膏掺量的因素,初步确定石膏掺量(外掺SO3)
A熟料C3A含量;
B熟料SO3含量;
C混合材种类及掺量;
D水泥的细度粗细;
E石膏的种类。
⑤参照生产厂数据(查阅)修正
(5)计算各种原料、燃料、生料、熟料、混合材、石膏、水泥的用量和产量;
①烧成车间和工厂生产能力计算(周平衡法):
设计概论P39:
3-6式、3-9式
②原料消耗定额:
P39:
3-15式、P40:
3-17式、P40:
3-18式
③干石膏消耗定额:
④干混合材消耗定额:
⑤烧成用干煤消耗定额:
⑥湿物料消耗定额:
(P40:
3-22式)
(6)编制物料平衡表。
见表3-7。
3.2.3学生进行主机平衡设计
3.2.3.1主机平衡设计过程
(1)设计水泥厂全厂工艺流程图;
(2)确定车间工作制度;(“设计概论”P44表3--7)
(3)按工艺流程图、生产规模计算选择主机规格型号、台数;
(4)编制主机平衡表
3.2.3.2主机选型
(1)石灰石破碎车间主机选型
①石灰石破碎机要求小时产量:
G石=石灰石周平衡量/周工作时数
②设计选择石灰石开采粒度(“设计概论”P62),入磨粒度(立磨50—150㎜)
③石灰石破碎机选型(多方案选择):
规格型号
④方案对比:
技术经济对比
能力、入料粒度、出料粒度等技术性能
台数、电机功率、质量、价格等经济指标
表3-7物平衡表
物料
名称
生产
损失(%)
天然
水分(%)
配合比
(%)
消耗定额(t/t熟料)
物料平衡
干燥的
含天然水分的
干燥的(t)
含天然水分(t)
每小时
每日
每周
每小时
每日
每周
石灰石
粘土
铁料
生料
熟料
石膏
混合材
水泥
烧成
用煤
烘干
用煤
燃煤
合计
(2)生料粉磨车间主机选型
①生料磨要求小时产量:
G生=生料周平衡量/周工作时数(154时数)
②生料磨选型:
规格型号、生产能力
③标定生料磨小时产量
A.参考产品说明书给定的磨机产量;
B.利用经公式计算:
球磨机产量计算公式:
粉磨工艺P532—17式
立式磨产量计算公式:
粉磨工艺P752—41式
C根据本厂的生产条件对计算产量进行修正;
球磨机:
细度修正、粒度修正、易磨性修正;
立式磨:
细度、易磨性、水分、辊压修正;
D与同类型磨机的实际生产数据进行对比,确定出符合本厂生产条件的磨机产量。
(生料粉磨系统配置:
“粉磨工艺”
P89表2—31、P90表2—32、P39表2—1)
(3)烧成车间主机选型
①回转窑要求小时产量:
G窑=熟料周平衡量/周工作时数(168时数)
②回转窑(分解窑)选型:
规格型号、生产能力
③标定分解窑小时产量(见物料平衡)
④煤粉制备选型
A煤磨要求小时产量:
G煤磨=烧成用煤周平衡量/周工作时数(168时数)
B煤磨(立式磨)选型:
规格型号、生产能力
立式磨规格型号——粉磨工艺:
P77
C标定煤磨小时产量(方案对比:
立磨与球磨)
(4)水泥粉磨车间主机选型
①水泥磨要求小时产量
G水泥=水泥周平衡量/周工作时数(154时数)
②水泥磨(辊压磨、球磨)选型:
规格型号、生产能力
③标定水泥磨(辊压磨、球磨)小时产量
A、参考产品说明书给定的磨机产量;
B、利用经公式计算:
球磨机产量计算公式:
P532—17式
C、根据本厂的生产条件对计算产量进行修正;
粒度系数修正:
“粉磨工艺”P542—18式
易磨性系数修正:
“粉磨工艺”P542—19式
细度系数修正:
“粉磨工艺”P542—10式
D、与同类型磨机的实际生产数据进行对比。
确定出符合本厂生产条件的磨机产量
辊压磨标定:
标定球磨,再用粒读校正
(水泥粉磨系统配置:
“粉磨工艺”P97表2—35)
(水泥厂磨机配套:
“计算手册”P156附表5—4)
(5)包装车间主机选型
①包装机要求小时产量
G包装=包装率×水泥周平衡量/98时数
②包装机选型:
规格型号、生产能力
粉磨工艺:
P321表8—6
主机平衡表见表3-8。
(“设计概论”P44表3--8)
3.2.4学生进行储运平衡设计
(1)查阅、检索相关的技术资料、参数:
①各物料储存期要求:
“设计概论”P208表5--85
②物料容重、自然休止角:
石灰石:
<400㎜:
容重γ=1.5吨/M3,休止角α=38°
石灰石:
<30㎜:
容重γ=1.45吨/M3,休止角α=30°
砂岩:
<40㎜:
容重γ=1.5--1.9吨/M3,休止角α=30--35°
铁粉:
容重γ=1.5吨/M3,休止角α=55°
表3-8主机平衡表
主机名称
主机A型号、规格
主机台时
(t/h)
主机台数
要求主机小时产量(t/h)
主机生产能力(t/h)
主机工作制度
年利用率
%
石灰石一破
石灰石二破
生料磨
煤磨
窑
冷却机
熟料破碎
水泥磨
烘干机
包装机
生料:
容重γ=1.3吨/M3,熟料容重γ==1.45吨/M3,休止角α=33°
原煤:
容重γ=0.9吨/M3,休止角α=27°
石膏:
容重γ=1.4吨/M3,休止角α=40°
矿渣:
H2O=10%:
容重γ=0.6吨/M3,休止角α=40°
干碱性矿渣:
容重γ==0.4—1.0吨/M3,休止角α=35--45°,
干酸性矿渣:
容重γ==0.6—0.8吨/M3,
粉煤灰:
容重γ==0.65吨/M3城,休止角α=40°,
库内硅酸盐水泥:
容重γ==1.45吨/M3巴巴,休止角α=30°
(2)按水泥厂全厂工艺流程图设计工序间的储存设施的种类;
露天堆场:
适合外部运入的块、粒状物料的储存与倒运
堆棚:
适合外部运入(怕风雨)的粒状物料的储存
圆库(原料、生料、熟料、水泥):
适合含H2O较低粒、粉状物料的储存
预均化堆场:
适合粒状的原、燃料的预均化与储存
(3)学生进行各种储存设施的规格设计计算;
①露天堆场(石灰石、石膏)的规格、数量设计计算:
Q=储存期×日平衡量,B自行设取,
堆料高H(取决堆料设备)=6M(推土机)
堆场面积:
F=L·B/k(利用系数:
k=0.65~0.75)
②堆棚(粘土、煤、混合材)的规格、数量设计计算
堆棚面积:
F=Q/γ·k·H=L·B/k
堆料高H=6M、利用系数:
k=0.85~0.95)
③矩形石灰石预均化堆场的规格、数量设计计算:
两个料堆:
每个料堆:
容量Q=5-7天的储存量
每个料堆体积V=Q/容重=B1tgα(0.25L1-0.1191B1)
每个料堆长=L1、料堆宽B1=L1/4
α=休止角、堆料高H=10--12M
堆场宽B=B1+堆料机(4M)、取料机(2M)运行尺寸+出料皮带机宽(1M)+检修空间
堆场长L=2L1+料堆间距(取决取料机运行尺寸:
3M)
④圆库(原料、熟料、混合材、石膏库、水泥)的规格、数量设计计算
①要求圆库容(储存)量:
G=日平衡量·T储存期
日平衡量:
见物料平衡表;
T储存期:
“设计概论”P208表5--85
②圆库规格、数量
G=NV·γ=NπD2Hγ/4=2NπD3γ/4
库高H=2D,直径D=(2G/Nπγ)1/3
熟料库N=2个、水泥库N=6个
混合材库N=一种1个、石膏库=1个
库底配料:
石灰质N=1--2个、粘土质N=一种1个
(磨头仓配料无原料库)
⑤生料搅拌库的规格、数量设计计算
A要求生料储量:
G=日平衡量·储存期/N
连续搅拌库个数N=1~2,T储存期=窑用量:
2.5~3.5天
B搅拌库规格
G=V·γ=πD2Hγ/4=2πD3γ/4(装料高H=2D)
直径D=(2G/πγ)1/3(γ=1.3吨/M3)
库高H=装料高+2=2D+2
⑥成品库的规格设计计算
要求成品库面积F=¢·G天·T储存期/A·K
¢:
袋装水泥量占每天水泥量的百分率
G天每天水泥产量、T储存期=3-4天
每㎡堆存水泥量A=2吨/㎡
利用系数K=0.7
成品库的规格:
L×B==F
⑦纸袋库的规格设计计算
纸袋库面积F=¢·G天·20·30/3200·K
每天袋装水泥量=¢·G天
一吨水泥需纸袋=20个
纸袋储存期=30天
每㎡堆存纸袋数=3200个
纸袋库的规格:
L×B==F
4、编制储库一览表:
“设计概论”P45表3--9
3.3全厂总平面布置设计
3.3.1教师指导
(1)指导教师安排本设计阶段的任务进程及要求;
(2)指导教师讲解全厂总平面布置设计的程序、方法;
3.3.2学生进行总平面布置设计
(1)确定水泥厂各种建筑物和构筑物的形状、尺寸;
①主要车间的形状、尺寸:
A推算:
主机规格尺寸+通行、检修空间
B参照:
同规模工厂主要车间的形状、尺寸
②堆场、储库的形状、尺寸:
以计算的堆场、储库规格(储库一览表),考虑总平面布置的合理性确定其形状、尺寸
③普通建筑物的形状、尺寸:
A参考:
校内建筑物的形状(宽度)、尺寸
B参照:
同规模工厂普通建筑物的形状、尺寸
(2)总平面布置顺序
①确定工艺方案
A石灰石破碎:
设在矿山→地形高差→运距近(皮带)
设在厂区:
出料地坑深、输送倾角↑
B储库与磨房衔接:
库底配料:
留足够运输距高衔接
磨头仓配料:
紧揍、土建投资↑
②确定工艺流程排布方:
由主要原料进厂方向,拟定水泥出厂的方向;
③工序间衔接距离、位置
A有运输关系:
设施间距离:
必须满足输送要求
地面运输:
输送机倾角计算距离;
地下运输:
提升高度定距离;
空中运输:
满足地面通行高度;
B无运输关系:
距离考虑通风、采光、消防;
C衔接位置:
上工序出料位置对准下工序进料;
(衔接位置不当,增加运输设备台数)
④同时布置道路网络
A生产车间、堆场、需搬运物品设施:
面朝道路;
B道路布置尽量取直;
C空中走廊跨道路的净空高;
D总平面厂内道路布置的参数:
厂内道路划分及规格:
“设计概论”P32;
厂内道路技术要求:
“设计概论”
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