Дополнительные критерии оценки качества цемента Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Несмеянов Н. П., канд. техн. наук, доц., Богданов В. С., д-р техн. наук, проф., Вердиян М. А., д-р техн. наук, проф., Ильин Д. В., аспирант

Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЦЕМЕНТА

v.s_bogdanov@mail.ru

В статье содержаться новые, научно-обоснованные критерии оценки энергетической эффективности цементного производства, разработанные на основе эксергетического анализа технологии цемента.

Предоставлены результаты расчета новых критериев и даны рекомендации по их применению в цементном производстве.

Ключевые слова: энергетическая эффективность, критерии оценки качества, эксергетический анализ, конкурентоспособность, цементное производство.

В настоящее время устойчивое и эффективное развитие цементного завода обязательно предполагает повышение конкурентоспособности этого предприятия и выпускаемой им продукции. С научной точки зрения оценка конкурентоспособности предприятия и его продукции должна базироваться на использовании комплекса показателей, учитывающих качественные и количественные характеристики информационных, материальных, энергетических и финансовых потоков предприятия. При этом цементное производство рассматривается нами как единая технологическая система механотермо-химического превращения сырья в готовый продукт по всей традиционной цепочке на уровнях ("вход-выход"): "сырье-шихта"; "шихта-шлам, мука"; "шлам, мука-клинкер", "клинкер-цемент". Главным источником энергозатрат при этом являются два потока: основной поток, т.е. преобразуемые исходные компоненты, и преобразующий поток, необходимый для преобразования и транспортирования основного.

Такой подход обязывает при сравнении цементных производств и их продукции одновременно учитывать как суммарные энергозатраты при получении готового продукта, так и его качество.

Обобщенным параметром различных энергетических затрат, качества различных видов энергии и готового продукта служит эксергети-ческий показатель, который является главной и единой характеристикой энергетической эффективности для всех переделов любого цементного производства.

К числу новых критериев оценки энергетической эффективности цементного производства, разработанных на основе эксергетического анализа технологии цемента [1,2] относятся:

^ критерий технологической конкурентоспособности (КС);

^ критерий качества цемента (КЦ);

^ критерий минимума дисперсий эксер-гия цемента Д(Ецем)^тт.

При разработке этих критериев исходили из того, что цемент, как товарный рыночный продукт, может считаться конкурентоспособным, если при сравнении с себе подобными одного вида марки цемента он обладает рядом преимуществ, которые проявляются в значениях этих критериев.

Наиболее важным из них является критерий КЦ, который отражает энергонапряженность цемента, как дисперсной системы, поскольку учитывает их энергетические характеристики: эксергию цемента £ , его концентрацию ЕцемМср. и активность цемента в различные сроки твердения.

Энергонапряженность - это максимальная плотность энергии, которую получает частица в ходе его механотермохимического превращения из исходного сырья в цемент. Влиять на энергонапряженность цемента, т.е. изменять плотность энергии частицы. можно в отдельных технологических переделах ("сырье-шихта", "шихта-шлам", "мука-клинкер" - цемент производителя - цемент потребителя).

Оперативно управлять энергонапряженностью частиц цемента можно на завершающей стадии реализации процессов измельчения и перемешивания в производстве и потреблении цемента в мельницах и смесителях дискретно-непрерывного действия..

Имеющиеся экспериментальные данные по использованию различных видо-марок цемента в различных условиях их эксплуатации позволяют сделать вывод о том, что определяющую роль при формировании строительно-технических свойств материалов на их основе играют энергонапряженность цемента и среда, в которой происходит процесс твердения вяжуще-

го. Мерой эффективности этого процесса может служить широко используемые и успешно проверенные в практике НИР по измельчению и обжигу клинкера (Вердиян М. А., Альбац Б. С.) произведение константы скорости процесса твердения «к » (час1) на продолжительность (сроки) твердения т (час). кт - это безразмерная величина легко определяется из уравнения

кинетики роста прочности первого порядка. т

А„„,. = А„ х ек Понятно, что чем больше ве-

вых вх ~

личина кт тем больше будет активность в последующие сроки.

С учетом кинетики роста прочности критерий качества цемента будет иметь вид: КЦ= Е М хкт

^ цем / ср

Расчеты критериев КС, КЦ и Д(Ецем) были выполнены для условий работы ОАО«Осколцемент». В качестве исходных данных были взяты результаты предыдущих исследований [3], в которых приводятся эксергетиче-ские характеристики цементов различных видо-марок и различных партий ПЦ-500-ДО. Результаты расчетов даны в табл.1, пример расчета:

КС(СЕМ1-52,5К)= 3,6 Х 600 = 5,54

389,8

Кдж

КЦ(СЕМ>52,51Ч)=389,8х614=239337-

см2 • мкм

Численные значения этих критериев определили адекватные неравенства,

КС(СЕМ>52,51Ч)< КС(СЕММ2,5Я)<КС(ПЦ-500-Д0)<КС(ПЦ-400-Д0) КЦ(СЕМ>52,51Ч)> КЦ(СЕМ>42,5Я)>КЦ(ПЦ-500-Д0)>КЦ(ПЦ-400-Д0)

физический смысл которых соответствует общепринятым представлениям о качестве этих цементов. Наибольший практический интерес представляет и сравнение различных партий одного видо-марки цемента по этим критериям. Управление качеством партии цемента сводится к стабилизации принятого диапазона критериев, который устанавливается для каждой видо-марки цемента. Причем наиболее оперативное управление значениями этих критериев возможно только на переделе измельчения цемента. Традиционный технико-экономический подход к оценке стоимости цемента не позволяет учесть стоимость качества цемента в рамках одного и того же типа и класса прочности. В то же время эксергия цемента Ецем является гибким ценооб-разующим параметром, определяющим качество цемента и его стоимость в изменяющихся условиях по сырью, клинкеру и технологии их превращения.

Введено понятие и разработана методика определения предельной стоимости эксергий цемента. Этот параметр определяется по величине Ецем с размерностью [кВт^ч/т] и поэтому рассчитывается по цене на заводе одного кВт^ч.

Знание величин Ецем, Ецем/ёср и их стоимости позволяет оперативно оценивать (не дожидаясь определения Ясж (28) и других свойств) качество различных партий одного и того же типа и класса прочности цементов, а также сравнивать цементы, выпускаемые различными цементными заводами, т.е. появляется возможность ответить на очень важный в рыночных условиях вопрос -какой цемент при одном типе и классе прочности лучше? Естественно, что при этом конкурентоспособнее окажутся те цементы, у которых больше Ецем, Ецем/ёср и больше разница между предельной стоимостью эксергии цемента и его

отпускной ценой (табл. 1). Вот почему к типовому документу о качестве на отгружаемый цемент возникает необходимость дополнения эк-сергетических характеристик качества и стоимости этого цемента. Для сравнения в табл. 1 приводятся эти характеристики для различного вида цементов. Все параметры табл. 1 (за исключением п. 6) определяются в считанные минуты. Значения прочности цементов Ясж(28) приводятся здесь только для доказательства связи Ясж(28) = /(Ецем/ёср). Понятно, что такая таблица должна составляться отдельно для каждой партии цемента и желательно, чтобы в ней были представлены данные по всем предыдущим отгружаемым партиям для каждого постоянного потребителя, так как по эксергетическим характеристикам этих партий можно будет достоверно отслеживать фактические изменения в их качестве.

Главное преимущество критериев КС,

КЦ и Д(Ецем) заключается в том, что они являются масштабируемыми параметрами, которые могут и должны задаваться при повышении эффективности действующих и строительстве новых цемзаводов. При этом должна решаться конкретная задача достижения определенных значений этих параметров обязательно превышающих их базовые значения для сравниваемого производства.

Критерии КС, КЦ и Д(Ецем)тщ в настоящее время нашли практическое применение при контроле технологических параметров и управлении эффективностью производства и качеством цемента на ОАО «Осколцемент». С введением этих новых параметров впервые появилась возможность дополнить традиционную оценку качества видо-марки цемента новой количественной характеристикой.

Таблица 1

Эксергетические характеристики качества цемента_

Параметры Цемент Партии цемента ПЦ-500-Д0

CEMI 52^ CEMI 42^ ПЦ 500 -Д0 ПЦ 400 -Д0 №1 №2 №3 №4

Качество

1. Эксергия клинкера, Екл, мДж/т 1136,6 1136,2 1177,0 1145,4 1153,8 1233,7 1163,9 1156,7

2. Эксергия цемента, Ецем мДж/т 8070,0 7422,0 8662,0 7763,0 8655,0 9378,0 8148,0 8330,0

3. Средний размер частиц цемента, мкм 20,7 25,5 30,4 29,9 27,25 33,16 30,26 31,01

4. Параметр распределения частиц по их эксергии, К, б/разм 7,108 6,531 7,361 6,781 7,549 7,641 7,026 7,231

5. Концентрация эксергии цемента. Ецем/^р. мДЖ т ■ мкм 389,8 290,8 284,8 258,8 318,2 282,0 269,2 268,7

б.Прочность на сжатие в возрасте 28 суток, ^(28), МПа 61,4 58,1 53,6 48,8 56,8 55,0 52,8 49,8

Стоимость

7. Предельная стоимость эксер-гии (СЭ) цемента, рассчитан-ная по цене на заводе 1 кВтч С • (Ецем), кВтч/т,руб./т С • (ЕцемМср), рубУ(т-мкм)_

2244 108,0

2062 80,6

2400 79,1

2160 72,0

2404 88,2

2605 78,5

2263 74,7

2314 74,6

8. Отпускная цена ОЦ на расчетный период цемента, ОЦ, руб./т цементаМср, ОЦМср, руб./(тмкм)

780 37,6

774

30,3

723 23,7

693 23,1

723 26,5

723 21,8

723 23,8

723 23,3

9. Разница между

с • (ЕЦем/аСр) - ОЦМСр,

руб./(т-мкм) Скидка в цене, %

70,4 65,2

50.3

62.4

55,4 70,0

48,9 67,9

61,7 69,9

56,7 72,2

50,9 68,1

51,3 68,7

10. КС

5,54

7,42

7,58

8,34

6,78

7,65

7,95

8,03

11. КЦ

239337

168954

152652 126294 180737

155100 142137 133812

Разработанные методики расчета новых критериев обеспечивают объективную количественную оценку результативности работы:

- для производства цемента, его отдельных технологических переделов и производства строительных материалов на основе цемента;

- при сравнении качества различных партий одной вида-марки цемента; выпускаемых на одном заводе;

- при сравнении качества цементов одной вида-марки, выпускаемых различными заводами;

- при модернизации действующих и создании новых цементных производств на стадии сравнения предлагаемых и существующих технологических схем.

Таким образом есть все основания рекомендовать количественные значения критериев КС, КЦ и Д(Ецем) в качестве своего рода индекса технологической конкурентоспособности сравниваемых производств и индекса качества выпускаемого ими цемента.

БИБЛИОГРАФИ

ЧЕСКИИ СПИСОК

1. Вердиян М.А. и др. Расчет и формирование эксергии цемента в мельницах дискретно-непрерывного действия. Цемент и его применение, № 5, 2003, с 40-43, № 6, 2003, с.37-40.

2. Вердиян М.А.,.Бобров Д.А, Несмеянов Н.П. и др. Эксергетический анализ процессов химической технологии (на примере технологии цемента), Москва, 2004, 91с.

3..Вердиян М.А, Несмеянов Н.П.и др. Эк-сергетический анализ в задачах одновременного повышения эффективности работы мельниц и качества цемента. Москва, МАСИ, 2005 г., 101 с.