Гипс вводят в состав портландцемента для регулирования (замедления) сроков схватывания. Его содержание нормируют в пересчете на S03. Содержание S03 ( %—масс.) должно быть: в рядовых портландцементах — не менее 1 и не более 3,5, в высокомарочных и быстротвердеющих портландцементах — не менее 1,5 и не более 4,0, в шлакопортландцементах - не менее 1,0 и не более 4,0.
Возможно использование как природного гипсового камня, так и промышленных отходов — фосфогипса и борогипса.
Наряду с бездобавочным портландцементом (обозначение: ПЦ— ДО) выпускаются также два вида портландцементов с активными минеральными добавками — с содержанием добавок до 5%—масс, (обозначение: ПЦ-Д5) и до 20%-масс. (обозначение: ПЦ-Д20).
Таким образом, ПЦ—ДО состоит из двух компонентов — клинкера и гипса; ПЦ-Д5 может содержать до 5% активных минеральных добавок всех видов; ПЦ-Д20 - до 20% доменных, электро-термофосфорных гранулированных шлаков, глиежей, добавок вулканического происхождения или до 10% добавок осадочного происхождения. Введение активных минеральных добавок снижает себестоимость портландцемента и повышает стойкость цементного камня в минерализованных водах.
Качество клинкера зависит от его химического и минералогического состава. Химический состав характеризуется содержанием в клинкере различных оксидов, а минералогический — количественным соотношением минералов, образующихся в процессе обжига. Портландцементный клинкер состоит в основном из (% мае): СаО - 64+67; Si02 - 21+25; А1203 - 4+8; Fe203 - 2+4. Кроме того, в виде примесей могут присутствовать оксиды щелочных металлов, магния, титана и др.
Вышеперечисленные оксиды при обжиге взаимодействуют между собой, образуя клинкерные минералы. Портландцементный клинкер состоит из ряда кристаллических фаз, отличающихся друг от друга по химическому составу, и стекловидной фазы. Основные минералы клинкера: алит ЗСаО • Si02 (сокращенная запись — C3S); белит - р-модификация 2СаО • Si02 (C2S); трехкальциевый алюминат - ЗСаО • А1203 (С3А) и алюмоферрит кальция переменного состава от 8СаО • ЗА1203 • Fe203 до 2СаО • Fe203 (сокращенная запись - C8A3F - C2F). При расчетах, как правило, пользуются формулой усредненного состава алюмоферритов — 4 СаО • А1203 • Fe203 (сокращенная запись C4AF).
Алит представляет собой кристаллическую фазу, в основе структуры которой лежит структура трехкальциевого силиката. Однако отождествлять полностью алит и трехкальциевый силикат нельзя. При кристаллизации из расплава C3S образуются твердые растворы, в структуру которых встраиваются ионы Mg2+, Al3+, Fe3+ и др. Кристаллы алита в непрозрачных шлифах выглядят как призмы с голубоватой окраской (рис. 3.9 а).
Структура белита основана на кристаллической решетке р-мо-дификации двухкальциевого силиката, в которой катионы Са2+ частично замещаются на ионы Mg2+, Ва2+, Сг3+, К+, а анионы Si04
Archive for ноября, 2009
Вещественный и химико-минералогический состав портландцемента
Понедельник, ноября 30, 2009Трехкальциевый алюминат
Воскресенье, ноября 22, 2009Трехкальциевый алюминат — также одна из важнейших фаз клинкера, отличающихся высокой скоростью гидратации, поэтому его присутствие ускоряет процесс твердения цемента в начальные сроки. С3А входит в состав так называемого промежуточного вещества.
Состав алюмоферритной фазы определяется в основном режимом охлаждения клинкера и отношением Al203/Fe203 в сырьевой смеси. Эта фаза представляет собой непрерывный ряд твердых растворов, состав которых лежит в пределах C6AF2 - CgAjF. Алю-моферритная фаза промышленных клинкеров может содержать до 3% К20, 4% MgO, 7% Si02.
В клинкере также присутствует стеклофаза, которая имеет переменный состав и включает значительное количество А1203 и Fe203. Конкретный состав стекла и его количество зависят прежде всего от скорости охлаждения и состава сырьевой смеси и клинкера.
Таким образом, портландцементный клинкер представляет собой гетерогенную систему, состоящую из нескольких фаз. Даже индивидуальные измельченные частицы являются гетерогенными, так как каждый из основных минералов неизменно присутствует в каждой отдельной частице цемента.
Требуемый минералогический состав клинкера определяет в значительной степени технологические особенности производства портландцемента и его свойства. Для того чтобы получить клинкер с повышенным содержанием алита, необходимо применять более длительный и высокотемпературный обжиг. Легче идет обжиг клинкера, в котором планируется повышенное содержание С3А и C4AF.
Минералогический состав клинкера существенно влияет на производительность цементных мельниц. С увеличением содержания в клинкере C,S его размалываемость улучшается, а с увеличением содержания C2S — ухудшается, что объясняется меньшей твердостью трехкальциевого силиката и большей его хрупкостью. Труднее измельчаются клинкеры с повышенным содержанием алюмоферритов.
Алит — важнейший минерал портландцементного клинкера, основной носитель его вяжущих свойств. Он обусловливает возможность достижения высокой прочности в первые сроки твердения и определяет прочностные показатели в 28-суточном возрасте, то есть в марочные сроки.
При более длительном твердении (от 1 года и позже) важную роль в формировании прочности цементного камня играет двух-кальциевый силикат. Он взаимодействует с водой более медленно, чем алит, однако со временем их прочностные показатели выравниваются.
Трехкальциевый алюминат активно участвует в процессе твердения, особенно в начальный период. Увеличение в клинкере содержания С3А за счет уменьшения количества C4AF переводит цемент в разряд быстротвердеющих вяжущих. При повышении содержания алюмоферритов кальция цементы вначале твердеют медленно, но в длительные сроки достигают высокой прочности. Регулирование минералогического состава и кристаллической структуры клинкера — важнейший технологический прием, обеспечивающий получение цементов с заданными свойствами.
Рациональный состав клинкера зависит от условий работы конкретного завода, состава сырьевых материалов и обжигаемой сырьевой смеси, вида топлива, конструкции печных агрегатов и других факторов. При его подборе руководствуются следующими положениями. Для получения в обжигаемом материале необходимого количества жидкой фазы (расплава) сумму C3A+C4AF надо поддерживать в пределах 18—22% при содержании С3А 5—8%. При рекомендуемой сумме минералов-плавней рациональные пределы для суммы C3S+C2S составляют 75—78%. Рациональными пределами для содержания C3S считают 52-62%, а для C2S — 14—24%. Поскольку клинкер помимо основных минералов всегда содержит некоторое количество других соединений, то сумма C3S + C2S + + С3А + C4AF составляет обычно 96-98%.
Минералогический состав клинкера
Суббота, ноября 14, 2009Минералогический состав клинкера определяет как технологические особенности его получения, так и строительно-технические свойства цементоб. Цементы с высоким силикатным модулем медленно схватываются и твердеют, но со временем их прочность неуклонно нарастает и через длительное время оказывается весьма высокой. Высокий силикатный модуль обеспечивает также повышенную стойкость цементов при службе в минерализованых водах. Однако сырьевые смеси с высоким модулем трудно спекаются и процесс обжига клинкера затруднен. Слишком низкий силикатный модуль, в свою очередь, вызывает затруднения при обжиге из-за повышенной легкоплавкости сырьевой смеси, что ведет к свариванию ее в крупные куски и образования на футеровке печи «колец» (приваров).
Цементы с высоким глиноземным модулем быстрее схватываются и твердеют, но достигнутая в начальные сроки прочность в дальнейшем нарастает несущественно. Такие цементы менее корозионноустойчивы к действию агрессивных минерализованых вод. Обжиг их затруднен вследствие повышенной вязкости жидкой фазы, что замедляет процесс образования алита. При малой же величине модуля , то есть при значительном содержании оксида железа, цементы медленно схватываются и твердеют, но дают достаточно высокую прочность на поздних этапах твердения. Клинкер в этом случае более легкоплавок, что может вызывать образование сваров на футеровке печи и крупных комьев в обжигаемой массе.
Сырьевые материалы и топливо цементной промышленности
Суббота, ноября 7, 2009Основным сырьем для получения цементного клинкера являются карбонатные ( известняк, мел, известняк-ракушечник и др.) и глинистые ( глина, глинистый сланец, лесс и др.) породы. Их характеристика дана в разделе 2.1. Содержания карбонатных и глинистых пород в сырьевой смеси, как правило, — 75-80% и 20-25%. Однако заданное соотношение оксидов в двухкомпонентной сырьевой смеси удается получить только при особо благоприятном составе сырьевых материалов. В большинстве случаев применяют третий и даже четвертый компоненты — корректирующие добавки, содержащие значительное количество одного из недостающих оксидов. В качестве железосодержащей добавки обычно используют пиритные огарки с сернокислотных заводов, реже — колошниковую пыль доменных печей. В качестве глиноземистой добавки применяют богатые глиноземом маложелезистые глины или бокситы. Кремнеземистой добавкой служат кварцевые пески, опоки, трепел. Содержание оксидов в корректирующих добавках должно быть: для железистых Fe203 — не менее 40%, для кремнеземистых Si02- не менее 70%, для глиноземистых А1203 — не менее 30%. Большинство цементных заводов использует железистые добавки.
Корректирующие добавки, как правило, сырье привозное. Карбонатное и глинистое сырье в большинстве случаев заводы добывают на своих карьерах. Оптимальный вариант, когда глинистые породы составляют вскрышу карьера карбонатного сырья, что снижает общую стоимость сырьевой смеси.
Весьма перспективно использование в составе сырьевых смесей техногенного сырья (доменные шлаки, нефелиновый шлам и др.). Это позволяет не только утилизовать отходы других производств, но и снизить расход топлива на обжиг, так как техногенное сырье частично уже прошло тепловую обработку.
В цементной промышленности используют твердое, жидкое и газообразное топливо.
Предпочтительно применение твердого топлива с теплотой сгорания не ниже 20 МДж/кг, зольностью не выше 10—12%, с содержанием летучих 20—30%. В качестве твердого топлива используют каменные и бурые угли, коксовую мелочь, горючие сланцы. Для большинства обжиговых агрегатов необходима предварительная подготовка твердого топлива. С этой целью строят подготовительное отделение, в котором осуществляется сушка и помол угля. Тонкость помола должна составлять по остатку на сите 008-8-16%.
При сжигании в виде пыли уголь приобретает особые свойства. Газовые угли с повышенным содержанием летучих веществ воспламеняются на близком расстоянии от форсунки и образуют длинный факел. Тощие угли воспламеняются позднее, а сгорают быстрее, образуя при этом короткий факел. Подбор смеси газовых и тощих углей позволяет регулировать длину и форму факела в печи.
В качестве жидкого топлива применяют мазут — смесь углеводородов, испаряющихся и разлагающихся при высоких температурах. Зольность мазута должна быть не менее 0,15-0,2%, содержа ние воды — 1—2%, теплота сгорания — около 40 МДж/кг. Скоросп сгорания мазута и интенсивность излучения образующегося факела ниже, чем у твердого топлива, поэтому расход теплоты на обжш повышается примерно на 10%. Сократить расход теплоты можно за счет снижения вязкости мазута, путем его подогрева, увеличения давления распыления и уменьшением размеров каналов форсунки.
В качестве газообразного топлива применяют природный газ, смесь природного газа с газом подземной газификации, а также коксовый газ - продукт коксования каменных углей. Наибольшее распространение получили природные газы с теплотой сгорания 32—39 МДж/кг. В зависимости от месторождения газов содержание метана в них составляет 80—99%. Газ на заводы поступает из магистральных газопроводов, где поддерживается давление 0,6 МПа. В заводском газораспределительном пункте давление газа снижают до 0,25—0,3 МПа и транспортируют к местам потребления.
Газ
Пятница, октября 30, 2009Газ — наиболее дешевый и удобный вид топлива, несмотря на меньшую светимость пламени, что обуславливает необходимость повышения удельногб расхода топлива. Он не требует устройств для хранения, не дает отходов при сгорании, не загрязняет атмосферу. Применение газа облегчает автоматизацию процесса сжигания топлива и технологического процесса в целом. Постоянство химического состава и теплоты сгорания газа обеспечивает равномерность режима обжига и стабильность работы печи. При этом повышается стойкость футеровки, коэффициент использования печей и, следовательно, увеличивается выпуск продукции, улучшается ее качество. Газообразное топливо не требует специальной его подготовки перед сжиганием, что снижает капитальные затраты и себестоимость продукции. Благодаря этому газ стал основным видом топлива в цементной промышленности. Однако его потребление не соответствует реальной структуре топливного баланса страны, и актуальной проблемой является сокращение в отрасли расхода газа и расширение использования угля. Затраты на топливо в цементной промышленности очень высоки — до 40% себестоимости цементного клинкера. Поэтому сокращение расхода топлива — одна из важнейших задач.
Вращающиеся печи позволяют использовать в качестве топлива горючие отходы других отраслей промышленности как в составе сырьевых смесей (отходы коксового производства и др.), так и при непосредственном сжигании в печи (отработанные технические масла, автомобильные покрышки и др.). Это позволяет снизить расход природного топлива на 15—25%.
В зависимости от технологических особенностей приготовления сырьевых смесей различают три способа производства портландцемента:, мокрый, сухой и комбинированный.
При мокром способе производства измельчение сырьевой смеси производят в водной среде с получением шихты в виде тонкодисперсной сметанообразной водной суспензии — шлама. Обжиг ведут в длинных вращающихся печах с внутрипечными теплообменниками. При сухом способе сырьевую шихту готовят в виде тонко измельченного сухого порошка — сырьевой муки, поэтому перед помолом или в ходе его сырьевые материалы высушивают. Обжигают сырьевую муку в коротких вращающихся печах С запечными теплообменниками. При комбинированном способе производства сырьевую смесь готовят по технологии мокрого способа в виде шлама, а затем обезвоживают на фильтрах до влажности 16—18% и тонко измельчают в дробилках-сушилках.
Каждый из способов производства имеет свои преимущества и недостатки. Так, при мокром способе в присутствии воды облегчается измельчение материалов, легче достигается однородность смеси, надежнее и проще транспортировка шлама, лучше условия труда. Однако при этом способе расход топлива на обжиг на 30—40% больше, чем при сухом способе. Кроме того, необходимо использовать более габаритные и соответственно металлоемкие печи, так как значительная часть печного пространства выполняет функцию испарителя механически примешанной воды из шлама.
Основное преимущество сухого способа производства — существенное снижение расхода теплоты на обжиг клинкера — до 3,4— 4,2 кДж/кг по сравнению с 5,8-6,7 кДж/кг при мокром способе. Объем печных газов (при одинаковой производительности печей) при сухом способе на 35—40% меньше, чем при мокром.
Комбинированный способ производства
Пятница, октября 23, 2009Комбинированный способ производства позволяет использовать преимущества подготовки сырьевой смеси по мокрому способу и одновременно снизить расход теплоты на обжиг. При этом способе примерно на 30% уменьшается расход топлива и примерно на 10% капитальные затраты по сравнению с мокрым способом, но на 15—20% повышается расход электроэнергии. Механическое удаление воды при фильтрации шламов значительно усложняет технологический процесс. В нашей стране этот способ пока не нашел широкого применения. Тем не менее это не умаляет перспективности его использования, так как это реальный путь экономии дефицитного топлива при использовании влажного сырья.
Основными способами производства клинкера в мировой цементной промышленности остаются мокрый и сухой. Более распространен мокрый способ. На его основе выпускается около 70% общего производства клинкера в мире. Однако в связи с ростом цен на топливо в последние десятилетия постоянно возрастает доля производства клинкера по сухому способу. В цементной промышленности России 59 цементных предприятия, из них 52 — с полным циклом производства. Среди последних на 39 заводах реализуется мокрый способ (суммарная годовая мощность 67,2 млн. т), 11 заводов работают по сухому способу (суммарная годовая мощность 12,8 млн. тонн) и на 2-х заводах реализуется и тот, и другой способы.
Выбор способа приготовления сырьевой смеси при проектировании новых предприятий или реконструкции действующих определяется целым рядом факторов, связанных не только с технико-экономическими соображениями, но и со свойствами сырья, его однородностью и влажностью, наличием топливной и энергетической базы в зрне строительства.
Мокрый способ может оказаться более выгодным при мягких, пластичных, хорошо размучивающихся сырьевых материалах, обладающих обычно высокой влажностью (20—30% и более). Такое сырье легко диспергируется в водной среде в болтушках и мельницах-мешалках, в результате чего достигается экономия электроэнергии. Мокрый способ более целесообразен и при естественной влажности сырья более 12—15%, поскольку в этом случае при сухом способе требуются высокие затраты на предварительную подсушку сырьевых материалов.
При наличии твердых сырьевых компонентов умеренной влажности (известняка, глинистого мергеля), которые могут быть измельчены только в мельницах, производство портландцемента следует организовывать по сухому способу. Сухой способ целесообразен также при ограниченной топливной базе в районе завода и высокой стоимости топлива.
Тонкое измельчение сырьевых материалов
Пятница, октября 16, 2009Тонкое измельчение сырьевых шихт в цементной промышленности ведут только в шаровых мельницах. При этом на данной стадии осуществляется не только измельчение, но и эффективная гомогенизация трех- четырехкомпонентной шихты. Степень тонкого измельчения и однородность шихты во многом определяют скорость и полноту тепловой обработки, а, следовательно, и качество получаемого клинкера.
Используют двух-трехкамерные мельницы следующих размеров: 3,0x14; 3,2x15; 4x13,5 м. При мокром помоле вода интенсифицирует измельчение и перемешивание, производительность возрастает в 1,5—2 раза по сравнению с сухим помолом, а качество сырьевой смеси повышается.
Эффективный сухой помол возможен только для сухого материала. Если влажность материала превышает 0,5-1%, возникает опасность «замазывания» мельницы. Поэтому помол совмещают с сушкой, для чего используют отходящие из обжигательных печей газы с температурой 150-200°С. Сырьевые шаровые мельницы, работающие по сухому способу, имеют ряд конструкционных особенностей. В них появляется дополнительная сушильная камера длиной 1-1,5 м (первая по ходу материала), в которой нет мелющих тел. Здесь материал только сушится, а измельчение за счет ударов мелющих тел происходит в следующих камерах. Совмещение сушки и помола интенсифицирует сушку, однако сам процесс усложняется, и повышается расход электроэнергии на просос горячих газов.
Тонкое измельчение желательно совмещать с классификацией материала. При мокром способе применяют промежуточную классификацию после предварительного измельчения мягкого сырья в болтушках или в мельнице «Гидрофол». Степень готовности шлама после предварительного измельчения составляет 50—80%. После промежуточной классификации в дуговых ситах или гидроциклонах последующему домолу в шаровой мельнице подвергается только некондиционная часть шлама. При сухом способе для получения качественной сырьевой смеси необходима классификация готовой сырьевой смеси в воздушно-проходных или центробежных сепараторах.
При измельчении в сырьевой шаровой мельнице, особенно при мокром способе помола в присутствии воды, происходит достаточно полное перемешивание компонентов. Однако полученная сырьевая смесь все же будет несколько отличаться от заданного состава вследствие большего или меньшего непостоянства состава сырья, поступающего с карьера, и неизбежности некоторых колебаний в дозировке компонентов. Для приведения состава сырьевой шихты к заданным показателям и нужна операция корректировки. Для ее осуществления заранее готовят несколько шихт (шламов), отличающихся по составу и содержанию основных оксидов в большую и меньшую сторону от заданного значения. В случае отклонения состава рабочей сырьевой смеси к ней добавляют определенное количество необходимой корректирующей смеси (с большим или меньшим содержанием соответствующих оксидов) и тщательно перемешивают массу. Перемешивание производят в основном сжатым воздухом. Эту операцию осуществляют в шлам-бассейнах (вертикальных или горизонтальных) при мокром способе производства и в силосах - при сухом способе.
Фильтрация шламов используется только при комбинированном способе производства портландцементного клинкера. Ее сущность состоит в том, что шлам под давлением нагнетается в пресс-фильтр и избыток влаги удаляется через фильтровальную ткань. Получающийся при этом осадок (корж или кек) имеет влажность 17-25%. Его можно подавать непосредственно на обжиг во вращающуюся печь мокрого способа, но более целесообразным и экономичным является его измельчение в дробилке-сушилке с последующим обжигом сухого порошка в короткой печи сухого способа.
Обжиг сырьевых шихт
Пятница, октября 9, 2009Эта важнейшая операция как при мокром, так и при сухом способе производства происходит в основном во вращающихся печах (рис.3.13), которые практически полностью вытеснили используемые ранее шахтные печи.
Вращающиеся печи представляют собой стальной барабан, сваренный или склепанный из отдельных обечаек, и футерованный внутри огнеупорными материалами. Профиль печей может быть как строго цилиндрическим, так и сложным - с расширяющимися зонами. Увеличение диаметра печи в пределах определенной зоны применяют с целью увеличения времени пребывания в ней материала.
Горячий (нижний) конец печи закрыт откатной головкой, через которую проходят форсунки для питания печи топливно-воз-душной смесью. Холодный (верхний) конец печи входит в пыльную камеру. Для правильного ведения процесса обжига необходимо полностью исключить подсос холодного воздуха в печь с загрузочного и с разгрузочного концов. Для этого применяют изолирующие устройства.
При мокром способе производства эксплуатируются печи размером 3,6x127, 4x150, 4,5x170, 5x185 м. Печи устанавливают под углом 3—4° к горизонту. Вращающиеся печи работают по принципу противотока: сырье поступает в печь с верхнего холодного конца, а со стороны горячего нижнего конца вдувается топливо-воздушная смесь, сгорающая на протяжении 20—30 м длины печи. Горячие газы, перемещаясь навстречу материалу со скоростью 2—13 м/с, нагревают последний до требуемой температуры. Длительность пребывания материала в печи зависит от угловой скорости вращения печи, ее диаметра и угла наклона барабана. Занятое материалом сечение во вращающейся печи составляет лишь 7—15% ее объема, что является следствием высокого термического сопротивления движущегося слоя, объясняется малой теплопроводностью частиц и слабым их перемешиванием в слое.
Факел пламени и горячие газы нагревают поверхностный слой материала и футеровку печи. Футеровка, в свою очередь, отдает получаемую теплоту открытой поверхности материала лучеиспусканием, а его закрытой поверхности — путем непосредственного контакта теплопроводностью и через наружную поверхность в окружающую среду — лучеиспусканием и конвекцией. При каждом обороте печи в период соприкосновения с газовым потоком температура футеровки повышается, а в период контакта с материалом - понижается. Таким образом, материал воспринимает теплоту в двух случаях, а именно: когда соприкасается с нагретой футеровкой и когда находится на поверхности слоя.
Эффективное использование теплоты в мощных вращающихся печах возможно только при установке системы внутрипечных или запечных теплообменных устройств.
Печи мокрого способа производства, в которые на обжиг подают жидкий шлам, оборудуются внутрипечными теплообменниками. Такие теплообменные устройства имеют развитую поверхность, которая либо покрывается достаточно тонким слоем материала с целью постоянного и эффективного его контакта с горячими газами, либо работает как генератор, воспринимая теплоту от газов и передавая ее материалу при непосредственном соприкосновении с ним.
Цепные завесы
Пятница, октября 2, 2009Наибольшее распространение в печах мокрого способа производства получили цепные завесы. Они устанавливаются с холодного конца печи. Их основное назначение - эффективное подсушивание шлама и грануляция материала. При этом гранулы должны быть достаточно прочными во избежание их разрушения при дальнейшем перемещении по длине печи. Соприкасаясь с газовым потоком, цепи аккумулируют теплоту, а затем при вращении печи попадают в шлам, где материал налипает на них и воспринимает часть накопленной теплоты, что приводит к интенсивной сушке. Подсушенный материал отстает от цепей при их соударениях и в виде комьев с влажностью 8—10% выходит из зоны цепной завесы.
Различают цепные завесы со свободно висящими концами и гирляндного типа. (рис. 3.14). Для первого способа подвески цепей характерны простота конструкции и малая чувствительность завесы к изменению вязкости шлама в процессе сушки. Однако гидравлическое сопротивление свободно висящих цепей значительное, что требует повышенной мощности дымососов. Гирлян-дная цепная завеса способствует лучшей грануляции материала при подсушивании. Она обладает более низким гидравлическим сопротивлением. В то же время гирляндная завеса примерно в два раза более материалоемка, чем свободновисящая подвеска при одинаковой тепловой эффективности, и при ней более высок пылеунос. Цепи навешивают преимущественно в длинных печах с отступом 3-5 м от загрузочного конца, длина участка цепной завесы зависит от размеров печи и составляет 20—50 м. Общая длина цепей в современных печах достигает 2000 м и более, а их суммарная поверхность -1500 м2. Цепные завесы повышают производительность печи до 10% и снижают расход топлива на 5-10%. Во избежание выгорания цепей температура газов на участке цепной завесы не должна превышать 700—800°С.
В более высокотемпературных зонах возможна установка разного типа ячейковых теплообменников (рис. 3.15). Они делят печь на несколько каналов, что ведет к увеличению суммарной поверхности теплообмена, так как общий поток материала разбивается на отдельные малые потоки. Использование ячейковых теплообменников позволяет повысить производительность печи на 5-7%. Такие теплообменные устройства изготавливают - из жароупорной стали или из огнеупорных керамических материалов, поскольку температура их эксплуатации достигает 700—1100°С.
Получение портландцементного клинкера — процесс достаточно длительный, многоступенчатый, его образованию предшествует целый ряд физико-химических превращений: собственные полиморфные превращения сырьевых материалов, реакции их разложения, твердофазовый синтез из промежуточных фаз новых соединений, жидкофазнре спекание и синтез трехкальциевого силиката, кристаллизация новых фаз из расплава. Эти процессы протекают в разное время при различных температурах на определенных участках вращающейся печи.
Охлаждение клинкера, получение портландцемента
Суббота, сентября 26, 2009При выходе из вращающейся печи клинкер имеет температуру около 1000°С. Перед подачей в цементную мельницу его необходимо охладить как минимум до 50-60°С, в противном случае производительность помольного агрегата резко снизится и возрастет расход электроэнергии. С другой стороны, целесообразно использовать теплоту горячего материала. Это достигается охлаждением клинкера в специальных устройствах - холодильниках, через которые продувается холодный воздух. В результате воздух нагревается и поступает в печь, где используется для горения топлива.
Режим охлаждения существенным образом влияет на дальнейший технологический процесс получения цемента и на качество готового продукта. Скорость охлаждения клинкера во многом определяет его структуру, минералогический состав, состав и количество стеклофазы, а также влияет на его размолоспособность. Быстрое охлаждение клинкера способствует фиксации в стекловидном состоянии клинкерного расплава и возникновению преимущественно дефектной мелкокристаллической структуры основных клинкерных минералов. Поэтому быстроохлажденный клинкер легче и тоньше размалывается, что обеспечивает повышение качества цемента.
Для охлаждения клинкера используют барабанные, рекупера-торные и колосниковые холодильники.
Барабанный холодильник (рис. 3.18) - вращающийся стальной барабан длиной 15-30 м и диаметром 2,5-3 м, который устанавливается под печью под углом 4-6° к горизонту и наклонен в сторону, противоположную наклону печного барабана. Часть холодильника, прилегающая к печи (горячий конец), футеруется шамотным огнеупором, а в остальной части смонтированы швеллеры для пересыпания клинкера. Горячий материал ссыпается из печи в холодильник и при вращении барабана постепенно перемещается к выгрузочному нижнему холодному концу, охлаждаясь поступающим навстречу воздухом, который нагревается при этом до 200-350°С, и подается в печь. Материал по выходе из холодильника имеет температуру 200-400°С . Тепловой КПД барабанного холодильника не превышает 50%.
Такими холодильниками оснащали старые печи мощностью не более 1000 т/сут. Однако в последние годы значимость барабанных холодильников существенно изменилась. Увеличение их размеров (они могут быть больше размеров печей) и оснащение внут-рибарабанными теплообменными устройствами позволяет эффективно использовать в комплексе с печами производительностью 3000 т/сут и более.
Рекуператорные или планетарные холодильники (рис. 3.19) состоят из нескольких барабанов-рекуператоров ( 6-8 штук), расположенных симметрично по окружности горячего конца печи и соединенных с внутренней частью печи лейками, через которые горячий клинкер загружается в рекуператоры. Рекуператоры для улучшения теплообмена снабжены пересыпными полками, лопастями или цепями. Воздух засасывается в рекуператоры, проходит через них, охлаждая клинкер, а сам, подогретым, поступает в печь. Разделение материала в планетарном холодильнике на несколько отдельных потоков приводит к увеличению поверхности теплообмена, что повышает тепловой КПД агрегата до 65-70% и позволяет снизить температуру клинкера до 150°С.
Современные мощные вращающиеся печи оснащают колосниковыми холодильниками (рис. 3.20), в которых слой клинкера перемещается на колосниковой решетке и охлаждается воздухом, подаваемым под решетку под давлением 2,5-10 кПа. Только такое острое дутье при больших объемах просасываемого воздуха позволяет обеспечить желаемый режим охлаждения больших масс клинкера. Колосниковая решетка представляет собой чередующиеся ряды подвижных и неподвижных колосников, имеющие ступенчатый профиль. Перемещение клинкера по решетке в сторону разгрузочного конца происходит в результате возвратно-поступательного движения подвижных колосников.