Цемент | ТМ 1938-08/09

И. ФРЕЙБЕРГ

«Для укрепления обороны кашей родины мы должны дать такой цемент, чтобы никакой снаряд любой фашистской сволочи не мог пробить советского бетона».

(Из обращения Первого всесоюзного совещания работников цементной промышленности НКТП, 4—8 марта 1938 г.)

Первобытный человек, живя в пещере и оберегая свое жилище от вторжения непрошенных посетителей, заваливал вход в пещеру грудами камней. Затем, когда были изобретены простейшие инструменты, люди стали применять в качестве защитных преград сухую кладку из грубо обтесанных камней. Позднее люди научились для более плотного соединения камней между собой связывать их глиняным раствором.

Когда были открыты способы добывания огня, человек познакомился с одним замечательным свойством извести. Надо думать, что это знакомство произошло случайно. Складывая очаги из различных камней, люди заметили, что некоторые камни — известняки — после того, как они раскалятся на огне, становятся пористыми и рыхлыми и легко рассыпаются в порошок, когда их заливают водой. Если такой порошок смешать с водой, он превращается в тестообразную массу, которая обладает способностью застывать на воздухе и становиться снова твердой, как камень.

Так люди постепенно открыли воздушный известковый раствор, состоящий из обожженной извести с примесью песка. Воздушным его назвали потому, что он твердел только на воздухе, в сухом месте. Там, где было влажно, этот раствор не поддавался затвердеванию, поэтому им нельзя было пользоваться в сырых местах.

Еще древние римляне, добавляя в известковый раствор разные вещества, заметили, что с помощью некоторых добавок можно устранить этот недостаток и получить такой раствор, который будет твердеть и в сыром месте, и даже без воздуха, под водой. Новый сорт раствора назвали гидравлическим. Позднее оказалось, что известняки с примесью глины сами по себе обладают свойствами гидравлического раствора. Стали пользоваться все более и более глинистыми известняками — мергелями. Такие известняки после обжига не рассыпаются сами от действия воды, их приходится обращать в порошок, размалывая искусственно.

Подбирая соотношение глины и известняка в известной пропорции (79% извести и 21% глины), люди получили новое, особенно прочное вяжущее вещество, которое было названо портландцементом. Это название было дано по внешнему сходству цемента с камнем, добываемым в каменоломнях Портланда, хотя впервые портландский цемент был получен в английском городе Лидсе в 1824 г.

Цемент получил настолько широкое распространение, что без него вообще немыслимо представить себе современное строительство. Применяются десятки различных сортов цемента, которые отличаются друг от друга по составу и свойствам.

Вот, например, глиноземистый, или бокситовый, цемент. Он быстро твердеет и почти не разрушается от действия морской воды. Шлаковый цемент гораздо лучше сопротивляется выщелачиванию солями, чем обычный портландский цемент. Кислотоупорный цемент прекрасно противостоит действию серной, азотной и соляной кислот. Изделия из него могут заменить ценный материал — свинец. Есть еще различные сорта белых и цветных цементов, предназначенных для художественного оформления строек и для внутренней отделки.

*

Познакомимся с современным производством цемента. Вот перед нами большой механизированный цементный завод «Гигант». Схема процессов его производства показана на следующей странице.

Цементный завод начинается с карьера. Это — природный склад сырья, месторождение мергеля и известняка, которыми питается завод. Сама природа уложила их здесь ровными, аккуратными слоями. Мы идем к карьеру по шпалам узкоколейной железной дороги. Маленькие паровозы тащат навстречу составы груженых платформ.

Карьер представляет собой как бы две ступеньки громадной лестницы, уступы которой достигают высоты 3—4 м. На верхней ступеньке идут так называемые вскрышные работы. Мощный экскаватор на гусеничном ходу вгрызается в верхний слой почвы, не идущий в дело, черпает его и грузит на платформы. Этот верхний слой отвозится на свалку. Вскрытый слой мергеля представляет красновато-желтую массу. Еще глубже, на 2—3 м под мергелем, залегает прочный твердый слой желто-белого известняка.

Это напластование (на схеме оно обозначено цифрой 1) напоминает гигантский пломбир из бело-розовых прослоек мороженого, но пломбир этот настолько крепок, что он не по зубам даже мощному экскаватору. Чтобы разрыхлить его, по всей площади карьера в шахматном порядке пробуривают отверстия диаметром в палец, засыпают туда аммонал и взрывают. Взрыв получается небольшой силы, но достаточный, чтобы раздробить монолитную массу и сделать ее доступной для экскаватора. Этот второй экскаватор, работающий внизу, захватывает разрыхленную массу и грузит ее на платформы.

Обстановка на карьере производит странное впечатление. Кажется, что люди ушли на обед, на карьере никого не видно, но груженые составы через каждые 10—15 минут отправляются на завод. Все работы механизированы. Работа идет точно, бесшумно. Только машинисты паровозов и экскаваторов перекликаются гудками.

Гудок экскаватора — и машинист паровоза подает под ковш очередную платформу (2). Поворот крана — и ковш лениво раскрывает пасть, выбрасывая содержимое на платформу. Еще два таких поворота — и платформа заполнена до краев. Кажется, что трудно выжать еще что-нибудь из этого взаимодействия современной техники. Но стахановцы не успокаиваются на достигнутом и находят новые, еще лучшие методы работы.

Из окна кабины экскаватора нас приветствует машинист-стахановец Колесников. Недавно в приказе по заводу «Гигант» ему была объявлена благодарность за высокую производительность. Его работа на экскаваторе отличается исключительной четкостью. Еще не остановился порожний состав, как в ближайшую платформу из ковша экскаватора попадает первая порция сырья. Еще несколько секунд — и следующие два ковша загружают платформу, причем все сырье укладывается с таким расчетом, чтобы разгрузка платформы совершалась быстро и легко.

Вот уже готов очередной состав из 15 нагруженных платформ. Воспользуемся любезным приглашением машиниста и, взобравшись на тендер паровоза, отправимся на завод. Путь к нему недолог. Проходит несколько минут, и состав въезжает на заводской двор. Задняя платформа оказывается под навесом, рядом с громадным бункером (3). Отсюда начинается путь будущего цемента по всевозможным цехам и аппаратам завода.

Снова поражает отсутствие людей. Кажется, что мы попали на запасный путь и простоим здесь долгое время. Но не успеваете вы сойти с паровоза и подойти к задней платформе, как она уже оказывается пустой. Рабочие отстегивают крючья, и дно платформы, повернувшись на оси, становится почти на ребро. Сырье легко скатывается в четырехгранную металлическую воронку бункера.

Проследим, что происходит дальше с этим сырьем, как эти глыбы камня превращаются в мелкий серый порошок, столь замечательный по своим качествам.

Через отверстие бункера комья известняка и мергеля попадают на широкую ленту пластинчатого стального транспортера (4). Транспортер поднимает комья наверх, чтобы потом сбросить их в жерло дробилки. Сырье постепенно переходит из первой дробилки (5) во вторую (6), затем в третью (7). Здесь уже размельченные комья проходят между вальцами, поверхность которых покрыта выпуклостями. После вальцов комья превращаются в мелко раздробленную, сыпучую массу, в которой попадаются лишь отдельные небольшие куски величиной в грецкий орех.

Раздробленные комья совершают далее большое путешествие в другой корпус завода. Они идут на резиновой ленте по наклонной галерее (8), переходят из дробильного отделения в мельничное и поднимаются на самый верх, к воронкам громадных железобетонных мешков — бункеров (9). Распределительный транспортер направляет поток сырья в один из восьми бункеров, в зависимости от того, какой менее заполнен. Из бункера сырье убывает постепенно. Через нижнее отверстие бункера оно попадает на медленно вращающиеся диски, так называемые питательные тарелки (10), которые регулируют подачу его в мельницы. Одновременно с сырьем в мельницы поступает и вода в строгой пропорции. Вместе с тем количеством влаги, которое уже находится в самом материале, вода должна составлять 38% всего состава сырья.

Пойдем дальше и спустимся в отделение сырьевых мельниц. Мы увидим здесь вращающиеся с грохотом громадные трубы (11). Это — барабаны мельниц. Внутренность барабана разделена на три камеры. Сырье и вода через полую ось барабана попадают сначала в первую камеру, наполненную стальными шарами величиной в крупный апельсин. При вращении барабана шары перекатываются, ударяются о стенки и друг о друга и непрерывно растирают сырье. Через ось барабана в камеру попадают новые и новые порции воды и известняка. Сырье, поступившее раньше и уже изрядно перетертое, постепенно проталкивается во вторую камеру, наполненную более мелкими стальными шариками, которые перетирают смесь еще мельче. Из второй камеры растертая грязеобразная масса попадает в третью и последнюю камеру, наполненную маленькими стальными цилиндриками. Отсюда выходит уже так называемый шлам, который имеет вид тщательно растертого полужидкого теста.

Небольшие, но мощные центробежные насосы (12) гонят шлам в громадные шламовые бассейны (13). Через каждый бассейн перекинута металлическая ферма подвижного мостового крана (14). Кран непрерывно движется от одного конца бассейна к другому, автоматически меняя направление у конца пути. На ферме укреплены вращающиеся валы с лопастями (15), перемешивающие массу шлама.

На поверхности шлама то и дело с бульканьем появляются буруны. Оказывается, что шлам перемешивается не только мешалками, но и с помощью сжатого воздуха, который подается частью через полые валы мешалок, а частью — по трубам, идущим к углам бассейна (16).

Шламовые бассейны имеют огромную емкость. Это сделано с определенной целью. Отдельные порции шлама, выходящие из мельницы, не всегда одинаковы по своему составу. Если бы они в такой же последовательности шли на дальнейшую переработку, цемент выходил бы неоднородным по составу и по качеству. В бассейнах перемешиваются громадные массы шлама, и это обеспечивает его равномерный состав. Шлам должен быть перемешан так, чтобы после сушки он имел в своем составе 79% извести и 21% глинистых веществ.

Окончательно перемешанный тестообразный шлам поступает из бассейна в основной цех завода — цех вращающихся печей. Небольшие аппараты — мерники (17) — точно отвешивают и отсчитывают каждую порцию шлама. Эти литровые порции направляются по трубам во вращающуюся печь для дальнейшей обработки. Взберемся на несколько этажей выше, в цех вращающихся печей. С края площадки можно увидеть величественное зрелище. Во всю длину громадного корпуса тянется несколько медленно вращающихся громадных цилиндров (18). Они похожи на большие фабричные трубы, положенные набок. Тот конец печи, куда поступает свежий шлам, несколько приподнят. Благодаря этому наклону поступающий шлам постепенно скатывается все дальше и дальше по цилиндру печи.

Какие же превращения претерпевает шлам в этих вращающихся цилиндрах?

С первых же минут своего путешествия по печи шлам попадает в целую паутину плотно развешанных раскаленных железных цепей (19). Соприкасаясь с ними, шлам быстро сохнет, превращается в порошок и, двигаясь дальше уже в виде порошка, попадает в так называемую «зону пальпирования». В этой зоне температура еще выше. Здесь происходит химический процесс: из порошка шлама выделяется углекислота. Еще дальше находится «зона факела» (20). Здесь образуется жаркое пламя от сгорания сухого угольного порошка, вдуваемого в печь мощным вентилятором. Эта зона называется также «зоной спекания». В пламени факела порошок шлама доводится почти до плавления, отчего он спекается, обращаясь в твердую массу клинкера. Клинкер — это конечный продукт вращающейся печи. Он представляет собой группу химических соединений обожженной извести и глинистых частей.

На самом конце печи по всей поверхности ее цилиндра расположены, наподобие пуль в барабане револьвера, большие железные бочки — «рекуператоры» (21). Они сообщаются своей задней частью (22) с внутренностью печи. С другого конца они имеют специальный вырез (23), который при вращении близко проходит над бункером (24) ковшевого транспортера (25). Внутри каждой бочки протянуты целые гирлянды железных цепей, которые охлаждаются засасываемым воздухом.

Когда бочка находится внизу по отношению к печи, в нее попадает порция раскаленного докрасна, клинкера, который при дальнейшем вращении печи пересыпается сквозь паутину охлажденных цепей и отдает им свое тепло. При следующем обороте охлажденный клинкер высыпается в бункер транспортера в виде мелких кусков, так называемого «горошка». Горошек переносится транспортером (25) к вальцам (26). Здесь его крупные куски раздавливаются. Размельченный клинкер при помощи крана, укрепленного на мостовой подвижной ферме (27), засыпается большими кучами в огромный крытый склад. Он выдерживается на складе не менее двух недель, чтобы за это время его так называемая «свободная известь», не связанная химически с глиняными частицами, погасилась бы влагой воздуха.

Но вернемся к печи и познакомимся с работой обжигалы. Это — ведущая профессия в цементном производстве. Обжигала следит за всеми процессами, происходящими в печи. От его работы зависит качество получаемого клинкера. От обжигалы требуется большая внимательность и знание дела, чтобы не пережечь клинкера или не выпустить его слишком рано. И в том и другом случае получится брак. Сегодня у печи работает стахановец-обжигала т. Князев. Находясь у переднего конца печи, там, где происходит выход уже готового клинкера, т. Князев следит за всем режимом печи. При помощи небольшого числа кнопок и рукояток на центральном пульте управления он управляет всевозможными процессами, происходящими на громадном протяжении цеха вращающихся печей. Отсюда он руководит работой шлакопитателя, расположенного на дальнем конце печи. Отсюда т. Князев регулирует подачу в печь угольной пыли и воздуха. Отсюда же он меняет и количество оборотов самой печи. Изредка т. Князев, взяв синее стеклышко, подходит к глазку печи и изучает горение факела.

Воспользовавшись свободной минутой, т. Князев коротко рассказывает о методах своей работы. Оказывается, что в 1931 г., когда иностранцы производили монтаж печи, они определили часовой съем клинкера в 17 т, причем заявили: «Если вы не сумеете столько снять, — пригласите нас, мы вас научим». Дело обошлось без американцев. Теперь т. Князев сам учит своих товарищей тому, как можно снимать в час не 17, а 23 т отличного клинкера. Главное условие заключается в том, чтобы работать на уравновешенной дальней зоне. Это значит, надо держать такое пламя, чтобы язык факела достигал длины не 5 м (это будет короткая зона) и не 7 м (это называется средней зоной), а 12 м. Такой язык пламени надо поддерживать непрерывно и по нему регулировать все остальные процессы, главным образом равномерную подачу шлама, чтобы он на всем протяжении печи шел слоем одинаковой толщины.

Кроме того, чтобы повысить производительность печи, т. Князев усилил подачу воздуха.

Попробуем заглянуть в глазок через синее стеклышко на «уравновешенный» факел. Это замечательное зрелище. Кажется, что мы видим выстрел из тяжелой дальнобойной пушки, с той только разницей, что это явление длится не один лишь миг, а как бы застыло в момент своей наибольшей силы, Мощный язык пламени, выбрасываемый из жерла угольной трубы, держится ровно и уверенно, обеспечивая стахановскую производительность вращающейся печи.

Мы проследили с вами путь будущего цемента от известняка до готового мелкораздробленного клинкера, до того момента, когда он попадает в склад (28). Пролежав здесь положенный ему двухнедельный срок, клинкер поступает в цех цементных мельниц (29). Этот цех очень напоминает отделение сырьевых мельниц, с которыми мы уже познакомились ранее, но только грохот здесь гораздо сильнее. Здесь размалывается не сырая мокрая смесь, а твердый, выдержанный на складе клинкерный горошек. Во время этого перемола в клинкер досыпаются добавки, которые определяют его будущие качества: для того, чтобы цемент не твердел слишком быстро, к нему добавляют около 3% гипса; для повышения его прочности подсыпают около 10% особым образом переработанного «гранулированного» шлака.

Клинкерный горошек на цементных мельницах подвергается исключительно тонкому помолу. Перемолотый цемент должен проходить через сито, которое на 1 кв. см имеет около 5 тыс. отверстий. Отсев, т. е. остаток на сите, должен быть не более 10%.

Шары и цилиндры в быстро вращающихся барабанах непрерывно делают свое дело. Точные весы (30) показывают на циферблате новые и новые десятки, сотни и тысячи килограммов готового цемента. По этим весам в любое время можно определить производительность помольного цеха. Еще год-два назад они отмечали производительность в 9—12 т в час. Сейчас стрелка весов движется вдвое быстрее. Работа помольного цеха была перестроена после того, как за дело взялись по-стахановски. Тов. Чириков, ранее работавший на строительстве цементного завода рабочим, окончил специальные курсы и, придя в помольный цех, в короткий срок разбил установленные до него нормы. Уже в 1937 г. т. Чириков добился производительности, которая считалась раньше немыслимой — 20 т в час. Он стал следить за тем, чтобы клинкер всегда равномерно поступал в мельницы. Тщательно изучив все процессы, происходящие в мельничных барабанах, т. Чириков подобрал такой ассортимент шаров и цилиндров, который оказался наиболее удачным и действенным для размола. Помимо того, он усилил аспирацию мельницы, т. е. добился того, что воздух стал более сильно вытягивать водяные пары и пылевидные частицы клинкера.

Окончательно перемолотый мелкий порошок цемента по целой системе транспортеров снова поднимается в бункера и затем в так называемые «банки силосов» (31). На этом заканчивается его путешествие по заводу. В силосах цемент выдерживается еще несколько дней. За это время он проходит тщательный контроль заводской лаборатории. Лаборатория изучает все качества цемента и дает ему «путевку в жизнь» в виде паспорта с подробным указанием марки, качества и пригодности для той или иной цели.

Наступает время, и большие резиновые шланги, соединенные с силосами, пропускаются в окна 50-тонных железнодорожных вагонов. Громадные вагоны заполняются цементом в течение нескольких минут. Составы поездов формируются один за другим, и серый порошок цемента отправляется в путь на одну из бесчисленных строек нашей страны.