Комбинированный 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.
Posts Tagged ‘цемент’
Комбинированный способ производства
Пятница, октября 23, 2009Тонкое 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.
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.
Производство гипсовых вяжущих материалов
Суббота, сентября 19, 2009Гипсовыми вяжущими материалами называют тонкоизмель-ченные продукты термической обработки естественных или искусственных разновидностей сульфата кальция, способные после зат-ворения водой схватываться, твердеть и превращаться в камень на воздухе.
Различают низкообжиговые и высокообжиговые гипсовые вяжущие вещества. Низкообжиговые гипсовые вяжущие получают при температурах 140—180°С. Они состоят в основном из полуводного гипса (CaSO40,5H2O) и быстро твердеют. К ним относятся строительный, высокопрочный, формовочный и медицинский гипс. Высокообжиговые гипсовые вяжущие получают при температурах 600—1000°С. Они состоят преимущественно из безводного сульфата кальция (ангидрита) и медленно твердеют. К ним относятся ангидритовый цемент и высокообжиговый эстрих-гипс. Гипсовые вяжущие также входят в состав многих смешанных вяжущих, в которых основой композиции является полуводный гипс, а вторым компонентом — известь, цемент, измельченные гранулированные доменные шлаки.
Основное сырье для производства гипсовых вяжущих — природный гипсовый камень (CaSO^ 2Н20). Также могут быть использованы природный ангидрит (CaS04) и отходы химического производства — фосфогипс и борогипс. Необходимо иметь в виду, что использование в качестве сырья фосфо- и борогипса осложнено наличием в них загрязняющих примесей (оксидов алюминия, фосфора, фторидов и др.), которые могут негативно сказаться на свойствах вяжущего. В частности, при высоком содержании в фосфо-гипсе Р205 после тепловой обработки получается либо вообще не-твердеющий материал, либо низкопрочное вяжущее. Поэтому такой фосфогипс перед применением необходимо отмывать от примесей.
Вяжущие материалы в современной индустрии
Суббота, сентября 19, 2009Современная строительная индустрия предъявляет к вяжущим материалам новые требования. Для производства железобетона нужен быстротвердеющий портландцемент, для сооружения бетонных дорог — цемент, обладающий повышенной деформатив-ной устойчивостью, морозостойкостью, малой истираемостью, для декоративных целей необходимы белые и цветные цементы, а для ремонтных работ — быстротвердеющие и расширяющиеся цементы. В соответствии с требованиями строителей разработаны технологии производства соответствующих специальных цементов. Их ассортимент постоянно расширяется, сейчас в стране выпускается около 30 различных видов цемента. Одновременно повышается качество цемента, растет его средняя марка. Сбывается предсказание Д.И. Менделеева, сказавшего в 1891 году, что цемент «составляющий одно из важнейших приобретений между приложениями химии и потребностями жизни, есть строительный материал будущего».
Индустрия вяжущих материалов играет важную роль в современном общественном и экономическом развитии, так как во многом определяет потенциал промышленного и жилищного строительства. Чтобы построить 1 м2 жилой площади, в среднем нужно израсходовать примерно 300 кг вяжущих материалов. От темпов роста выпуска вяжущих материалов зависят масштабы капитального строительства, его экономичность и технический уровень. Цементы принадлежат к немногим важнейшим видам продукции, объем выпуска которых определяет экономический потенциал страны и уровень технического прогресса. При этом каждый вид вяжущего в соответствии с особенностями их свойств имеет свое назначение.
В основу классификации современной широкой палитры вяжущих веществ, как правило, положены условия, в которых они проявляют свои вяжущие свойства. С этой точки зрения вяжущие можно разделить на 4 группы: воздушные, гидравлические, автоклавные, термотвердеющие.
Воздушные вяжущие вещества при затворении водой схватываются, твердеют и превращаются в камень только на воздухе. Образовавшийся камень длительно сохраняет прочность также только в воздушной среде. Такие материалы применяют лишь в надземных сооружениях, не подвергающихся действию воды и в основном для внутренних помещений. К этой группе относятся строительная воздушная известь, гипсовые и магнезиальные вяжущие материалы.
Гидравлические вяжущие вещества (цементы) способны при затворении водой после предварительного затвердевания на воздухе продолжать твердеть в воде, сохраняя и наращивая свою прочность. К ним относятся портландцемент, глиноземистый цемент, шлакопортландцемент и др.
Автоклавные вяжущие материалы превращаются в камень лишь при гидротермальной обработке в среде насыщенного водяного пара при температурах 150—200"С и давлении 0,9—1,3 МПа, то есть в автоклаве. Это известково-кремнеземистые вяжущие, на основе которых получают силикатный кирпич и силикатные бетоны.
Термотвердеющие вяжущие вещества твердеют только при термообработке при температурах выше 20°С, как правило, до 400°С, например, фосфатные цементы.
История вяжущих материалов
Суббота, сентября 19, 2009Первое вяжущее вещество, которое использовал человек, была природная необожженная глина. Однако со временем из-за ее слабых вяжущих свойств и малой стойкости во влажных условиях она перестала удовлетворять требованиям строителей. Первые способы получения искусственных вяжущих (гипсовых и известковых) были изобретены уже за 2500—3000 лет до н.э. Они заключались в обжиге и последующем тонком измельчении продуктов обжига некоторых горных пород — гипсового камня и известняка.
Со временем научились повышать водостойкость известковых растворов, вводя в них тонкомолотые обожженную глину, бой кирпича или вулканические породы, известные под общим названием «пуццоланы». Так их называли древние римляне по месту залежей близь города Поццуоли.
На Руси развитие производства вяжущих материалов связано со строительством древних городов — Киева, Новгорода, Ростова, Владимира, Москвы. Эти материалы использовали при возведении крепостных стен, башен, соборов. Древнейшее сооружение, построенное на извести — Десятинная церковь в Киеве (990 г). На извести же были сложены в 1485—1495 гг. стены Московского Кремля. В 1584 г. в Москве был учрежден «Каменный приказ», который наряду с заготовкой строительного камня и выпуском кирпича ведал также производством извести.
Несколько тысячелетий гипс и воздушная известь были единственными искусственно получаемыми вяжущими материалами. Основным их недостатком является низкая водостойкость. Развитие мореплавания в XVII—XVIII веках потребовало для строительства портовых сооружений создания новых вяжущих, устойчивых к действию воды. В 1756 г. англичанин Д. Смитон обжигом известняка с примесями глины получил водостойкое вяжущее, названное гидравлической известью. В 1796 г. англичанином Д. Паркером был запатентован романцемент, способный твердеть как на воздухе, так и в воде. Его получали из мергелей, содержащих более 25% глинистого компонента. По сравнению с гипсом и воздушной известью эти строительные материалы обладали несомненным преимуществом — водостойкостью. Поэтому они быстро вошли в строительную практику и до второй половины XIX в. являлись основными вяжущими веществами для гидротехнических сооружений.
После Отечественной войны 1812 г. в Москве развернулись масштабные строительные работы. Начальник военно-рабочей бригады мастерских команд, производивших строительные работы в Кремле, Е.Г. Челиев обобщил накопленный опыт и описал способ производства гидравлического вяжущего. В 1825 г. была издана его книга «Полное наставление как изготовлять дешевый и лучший мертель или цемент, весьма прочный для подводных строений, как-то: каналов, мостов, бассейнов, плотин, подвалов, погребов и штукатурки каменных и деревянных строений».
В Англии в этом же направлении работал Д. Аспдин. В 1824 г. он получил патент на «Усовершенствованный способ производства искусственного камня». Из-за своего сходства с портланд-ским камнем, добываемым вблизи г. Портленда, вяжущее было названо портландцементом. Хотя это название сохранилось и поныне, полученное ДАспдином вяжущее не было портландцементом в современном смысле этого слова. Оно представляло собой разновидность романцемента с несколько повышенной температурой обжига. Гидравлическое вяжущее, описанное Е. Челиевым, ближе по свойствам современному портландцементу и по качеству превосходило портландцемент Д. Аспдина.
Со второй половины XIX в. портландцемент прочно вошел в строительную практику. В России над его совершенствованием много работал А.Р. Шуляченко, которого называют «отцом» русского цементного производства. В 1856 г. был пущен в действие первый русский завод по выпуску портландцемента в г. Гроздец, затем были построены заводы в Риге (1866 г.), Щурове (1870 г.), Пунане-Кунда (1871 г.), Подольске (1874 г.), Новороссийске (1882 г.). К началу первой мировой войны в России работало 60 цементных заводов общей производительностью около 1,6 млн. т цемента. Одновременно росло производство извести и гипса.
В 1880 г. немецким ученым Михаэлисом был предложен способ приготовления силикатного кирпича с применением автоклавной обработки сырца. Древнейший строительный материал — известь — получил новое применение: Россия в конце XIX в. одной из первых стран в мире начала массовый выпуск силикатного кирпича.
Транпортирование сырьевых шихт
Суббота, сентября 19, 2009Шламы и шликера транспортируют мембранными и центробежными насосами. В мембранном насосе жидкая масса проталкивается в трубопровод периодическим ходом поршня через гибкую мембрану. Центробежный насос транспортирует массу движением вращающегося колеса с лопатками. Преимущества центробежных насосов: отсутствие клапанов, большее число оборотов рабочего колеса, легкость регулировки количества перемещаемой жидкости. Их используют для перекачки больших масс шламов, в частности, на цементных заводах.
Для транспортирования порошков используют два способа: механический и пневматический. При механическом транспортировании горизонтальное перемещение порошка производят шнеками, а вертикальное — ковшовыми элеваторами. Расход энергии на механическое транспортирование в 2—3 раза меньше, чем в системах пневмотранспорта, однако сложность конструкции и обилие движущихся агрегатов затрудняет работу механических систем. Поэтому этот способ практикуется при небольших объемах перемещаемых продуктов и ограниченном расстоянии транспортировки.
На современных мощных заводах наибольшее распространение получила пневматическая транспортировка порошкообразных, продуктов с помощью винтовых и камерных насосов. Основные ее преимущества: возможность перемещения на большие расстояния, отсутствие пыления и потерь, простота и надежность эксплуатации. При скорости 15-30 м/с зерна порошка удерживаются в воздушном потоке во взвешенном состоянии, а при выходе в силос скорость резко падает, и они выпадают из аэросмеси.
Сейчас широкое применение нашел аэрационно-пневматичес-кий способ транспортирования, позволяющий в 10—20 раз повысить концентрацию порошка в транспортируемой смеси по сравнению с пневматическим, снизить в несколько раз расход воздуха и удельный расход электроэнергии, увеличить КПД установки. К средствам аэрационно-пневматического транспорта порошка относятся аэрационные желоба. Аэрационный желоб разделен по высоте на две части специальной воздухопроницаемой перегородкой. Нижний лоток служит воздуховодом, куда нагнетается сжатый воздух, а в верхний лоток (транспортный) поступает порошок, насыщаемый воздухом. В результате порошок приобретает текучесть, близкую к жидкости. Поскольку аэрожелоб устанавливают под углом 4—6°, порошок может перемещаться самотеком на большие расстояния. Аэрожелоба просты в изготовлении, монтаже и эксплуатации, износоустойчивы, исключают потери материала от пыления и обеспечивают нормальные условия работы обслуживающего персонала.
Транспортировка порошкообразных продуктов всегда сопряжена с опасностью пыления и ухудшением санитарно-гигиенических условий труда персонала. Кроме того, способ транспортирования может вызывать расслоение порошкообразной шихты. В связи с этим необходимо стремиться к сокращению пути транспортирования и уменьшению количества сотрясений. Эффективными способами борьбы с расслаиванием шихты являются ее брикетирование (на валковых или револьверных прессах) или грануляция (в тарельчатых грануляторах).
Изложенные в данной главе сведения наглядно свидетельствуют об общности большинства технологических процессов, используемых при производстве вяжущих материалов, керамики и стекла. Специфика состоит в построении технологической схемы и выборе необходимого оборудования, отвечающего решаемой задаче. Конкретные варианты технологических схем получения различных материалов будут представлены в соответствующих главах учебника. Там же будут рассмотрены наиболее специфичные операции различных ветвей силикатной технологии: формование и тепловая обработка.
Аутогезионный контакт
Суббота, сентября 19, 2009Аутогезионный контакт формируется под действием внешних сил, величина и происхождение которых может быть различной. В зависимости от условий сближения частиц (усилие поджима, температура, вид среды и т.д.) возникают как «слабые» контакты с прочностью, обусловленной ван-дер-ваальсовыми силами, так и развитые фазовые (когезионные) контакты с прочностью, обусловленной валентными силами.
Прочность дисперсных структур, формирующихся в порошках, зависит от размера частиц (чем дисперсность выше, тем сильнее взаимодействие), их формы (угловатая форма способствует повышению прочности структуры), шероховатости и природы материала, а также от условий хранения-(увеличение высоты столба порошка и его влажности ведет к усилению контактов). Аутогези-онные свойства порошков особенно наглядно проявляются при длительном их хранении.
Образование пористых дисперсных структур при аутогезион-ном взаимодействии порошкообразных материалов вызывает ряд осложнений в ходе технологических процессов. Усложняется выгрузка силосов (цемента, сырьевых смесей) вследствие сводообра-зования и зависания материала на стенках. Пылеулавливающие аппараты забиваются пылью, трудности ее удаления заставляют при проектировании пылеулавливающих систем усложнять их конструкцию, повышать расход энергии на очистку. Поэтому необходимо предотвращать образование аутогезионных контактов и разрушать их в случае возникновения. Решается эта задача в основном аэрацией порошков.
Управление процессами структурообразования особенно важно, поскольку получение любого материала — это непрерывный процесс структурообразования, конечная цель которого формирование в изделии плотной однородной бездефектной структуры, а основа достижения этой цели закладывается уже при измельчении и перемешивании сырьевых шихт.
Структура и технологические свойства сырьевых шихт
Суббота, сентября 19, 2009Сырьевые шихты получают в виде сухих порошков, пластичных масс или жидких суспензий (шламов или шликеров). При значительном разнообразии их химического состава и количества присутствующей жидкой фазы сырьевые шихты имеют ряд общих признаков, определяющих в свою очередь общность их свойств и поведения в ходе дальнейшей переработки. Все они тонкодисперсные системы, близкие к коллоидным — термодинамически активным агрегативно неустойчивые, способные к саморегулированию свойств и чувствительные к внешнему воздействию. Эти системы обладают высокой поверхностной энергией.
По законам термодинамики
F= ст • 5-> min,
где F— величина силы, действующей на межфазной границе, ст — удельное поверхностное натяжение на границе фаз, S— величина межфазной поверхности.
В системе «твердое вещество — газовая фаза» <т практически не меняется, остается один путь S-+ min, а это возможно за счет укрупнения размера частиц, агломерации их в более крупные агрегаты. Поэтому все сырьевые шихты склонны к структурообразо-ванию и обладают определенной структурой.
Сырьевые цементные шламы и глиняные шликера — полидисперсные и полиминеральные суспензии, в которых твердая фаза представлена частичками известняка, глины, кварца и других минералов, а жидкая — водой (иногда раствором электролитов — для глиняных шликеров). Размер твердых частиц колеблется в широких пределах — от тысяч нанометров до сотен микрометров и более. Крупные фракции представлены в основном непластичными минералами (кварцем, известняком, полевым шпатом), а мелкие — глинистыми минералами, аморфной кремнекислотой, гадроксидами железа, алюминия.
Структура шламов и шликеров представляется в виде пространственной сетки — каркаса, образованной молекулярным сцеплением друг с другом атомов, ионов, молекул коллоидных и дисперсных частиц. Такая система способна после разрыва связей под действием внешней приложенной силы снова восстанавливать свою структуру. Это свойство называется тиксотропностью и объясняется оно тем, что шлам структурирован. Частицы, образующие такие структуры, связаны между собой слабыми ван-дер-ваальсовыми силами через тонкие прослойки жидкой среды, которые дают возможность восстанавливать контакты в результате благоприятных соударений при броуновском движении. Такая структура, с одной стороны, обеспечивает текучесть шламов и шликеров, возможность их перемешивания (гомогенизации), а с другой — предотвращает расслаивание, способствует обеспечению их гомогенности.
Шламы и шликера имеют мицеллярное строение. Можно выделить три типа находящейся в них воды:
• прочно связанная в сольватных оболочках минеральных частиц, когда диполи воды имеют определенную устойчивую ориентацию, а толщина оболочек составляет сотни нм;
• вода, входящая в рыхлосвязанный диффузионный слой, находящийся за сольватной оболочкой, в которой степень упорядоченности диполей воды уже существенно ниже. При этом степень ориентации обратно пропорциональна расстоянию от этой поверхности;
• свободная вода — это вода, находящаяся в пространстве между частицами и не входящая ни в сольватный, ни в диффузионный слой.
В состояния покоя большинство гидратированых частиц шлама (шликера) имеет поверхности контакта, что делает систему структурированной и вязкой. Если на систему воздействовать механическим путем, то диффузные оболочки в мицеллах сжимаются за счет перевода части воды из диффузной области в разряд свободной, располагающейся в прослойках. Эти прослойки позволяют агрегатам скользить по поверхности подобных себе частиц, при этом текучесть повышается. Таким образом, для разрушения структуры шлама или шликера и увеличения его текучести требуется его интенсивная механическая обработка.