|
Химический состав сырьевой смеси
оказывает существенное влияние на скорость реакций, протекающих при обжиге
портландцементного клинкера, и, следовательно, определяет длительность
процесса клинкерообразования в целом.
Увеличение содержания в сырьевой смеси СаО, т. е.
повышение значения /С#, приводит к повышению содержания в клинкере элита L;3b
истребует большей продолжительности или повышенной температуры обжига для
получения продукта, не содержащего свободной СаО. Существует почти
прямолинейная зависимость между КН и содержанием в клинкере свободной
извести: с увеличением^// количество свободной известд_возрастает.„
Повышение содержания в сырьевой смеси Si02, т. е.
повышения значения силикатного модуля п, сопровождается возрастанием в
клинкере количества минералов-силикатов (C3S + C2S) и уменьшением
минералов-плавней (C3A+QAF), что также затрудняет спекание сырьевой смеси.
Это вызвано тем, что С3А и C4AF при высоких температурах плавятся и от их
содержания в смеси зависит количество образующегося расплава. Увеличение же
количества расплава в спекающемся материале расширяет сферу реакции
образования C3S, чем и объясняется лучшая спекаемость сырьевых смесей с
низкими значениями п.
Однако чрезвычайно большое количество расплава приводит к
образованию комьев и сваров, внутри которых материал не успевает
прореагировать, в результате чего получается клинкер с высоким содержанием
свободной СаО. Оптимальное количество расплава в обжигаемой портландцементной
сырьевой смеси составляет 25—30%, при этом содержание минералов рекомендуется
изменять в пределах от 20 до 25%, а силикатный модуль от 1,5 до 2,5.
При значениях глиноземистого модуля п до 1,4—1,8 СаО
усваивается в смесях достаточно интенсивно. Дальнейшее увеличение этого
модуля затрудняет спекание за счет повышения вязкости клинкерного расплава и
способствует появлению в клшжере свободной СаО. Так влияет глиноземистый
модуль на спекание смесей с различными значениями КН. Пониженное значение р
благоприятно влияет на спекаемость сырьевых смесей с высоким силикатным
модулем, так как в этом случае образуется менее вязкий расплав, чем расплав с
высоким содержанием А1203. Поэтому ре-комендуется при п смеси более 2,5
глиноземистый модуль ее понижать до единицы.
Тонкость измельчения сырьевой смеси — один из важнейших
факторов, влияющих на скорость усвоения СаО при обжиге клинкера. При грубом
помоле компонентов некоторая часть больших по размерам зерен не успевает
полностью прореагировать Е процессе обжига и остается в клинкере в свободном
состоянии, что приводит к изменению минералогического состава клинкера и
обычно ухудшает свойства полученного из него цемента.
Особое внимание необходимо уделять тонкости измельчения
кварца, входящего в состав сырьевых материалов, и известняка, так как именно
эти компоненты составляют основу грубых фракций сырьевых смесей. Остальные
глинистые минералы являются высокодисперсными по своей природе и при
размучивании или сухом помоле распадаются на тонкодисперсные частички.
Известняк рекомендуется размалывать до размера частиц
менее 100 мкм и получать смеси с различным зерновым составом, что
способствует улучшению их спекаемости. Домалывание крупных фракций и
получение смесей широкой гранулометрии достигается путем применения замкнутого
цикла помола.
При обжиге смесей, приготовленных на основе глин,
содержащих крупнокристаллический кварц или песок, повышенное количество
расплава в значительной мере улучшает спекаемость, поэтому в таких смесях
рекомендуется планировать повышенное содержание минералов-плавней, т. е.
работать с возможно более низким силикатным модулем.
Повышение температуры обжига способствует более
интенсивному протеканию всех физико-химических превращений. Эта
закономерность распространяется и на процесс обжига портландцементного
клинкера: при максимальной температуре материала в печи 1450° С время
жидкофазного спекания, т. е. продолжительность образования трехкальциевого
силиката в зоне спекания вращающихся печей, составляет 25—30 мин и при
повышении температуры необходимая длительность этого процесса существенно
уменьшается. При температуре 1600° С реакция алнтообразова- ния завершается
за 5—10 мин, а при температурах 1900 ЗОО^-С — даже за доли секунды. Однако
значительное повышение температуры обжига во вращающихся печах сдерживается
пока отсутствием требуемого качества огнеупоров для футеровки зоны спекания.
Рекомендуется увеличивать температуру обжига до 1480—1500°
С сырьевых смесей с повышенными значениями КН и силикатного модуля п, а также
смесей, содержащих грубодисперс- ные частицы. При высоком содержании
минералов-плавней в смеси (низкое значение п) следует даже несколько снижать
температуру обжига, чтобы предотвратить образование в обжигаемом материале
большого количества расплава и, следовательно, сваров и комьев в печи.
Минерализаторами в цементной промышленности
называют такие вещества, которые, будучи добавлены в небольшом количестве
(0,1—1%) в сырьевую смесь, ускоряют реакции, протекающие при обжиге клинкера.
Действие минерализаторов в основном сводится к снижению
температуры, когда появляется расплав в смеси, что повышает длительность
реакции алитообразования; в присутствии минерализаторов увеличивается
количество расплава и изменяются его свойства; при этом создаются более
благоприятные условия для растворения СаО и C2S и кристаллизации алита.
Минерализаторы особенно рекомендуется применять при обжиге
трудноспекающихся сырьевых смесей, т. е. смесей с повышенными значениями КН,
п и р, а также смесей, содержащих кристаллический кварц и известняк.
При производстве портландцементного клинкера в качестве
минерализаторов используют плавиковый шпат CaF2 в количестве 0,5% от массы
сухого шлама или 1,06% от массы клинкера; крем- нефтористые соединения
Na2SiF6, CaSiF6, содержание которых в сырьевой смеси не должно превышать
0,5%; гипс CaS04—в количестве 0,6—0,8% S03 в сырьевой смеси; апатит, который
следует добавлять не более 1 %, и некоторые другие.
Добавка минерализатора в сырьевую смесь позволяет на 5—10%
повысить производительность вращающейся печи при одновременном снижении
удельного расхода тепла на обжиг клинкера.
Процесс охлаждения клинкера — одна из наиболее ражных
стадий производства цемента. В зависимости от того, с какой скоростью
охлаждается клинкер, минералогический состав его и кристаллическая структура
изменяются в широких пределах.
При быстром охлаждении клинкера, имеющего глиноземистый
модуль р более 1,8, его состав характеризуется повышенным (на 5—10%)
содержанием C3S. Клинкеры, у которых р колеблется в пределах 0,9—1,8,
содержат практически одинаковое количество C3S при различных режимах
охлаждения. Если глиноземистый модуль меньше 0,9, то быстроохлажденные
клинкеры характеризуются пониженным содержанием C3S, чем медленноохлажденные.
Количество двухкальциевого силиката, естественно, изменяется в обратной
последовательности.
В клинкерах быстрого охлаждения наблюдается повышенное
содержание стеклофазы, так как процесс кристаллизации расплава не успевает
завершиться и большое его количество затвердевает в виде стекла. В этой связи
в быстроохлажденных клинкерах практически отсутствуют кристаллические С3А и
C4AF. При быстром охлаждении получаются клинкеры, характеризующиеся
мелкокристаллической структурой, что, как правило, обусловливает более
высокую активность цементов, полученных на основе таких клинкеров.
Быстроохлажденные клинкеры легче размалываются — производительность мельницы
при их помоле возрастает на 20—25%.
При медленном охлаждении клинкера в интервале температур
1300—1200° С происходит кристаллизация расплава, в результате чего увеличивается
содержание C3S и появляются минералы С3А и C4AF. Дальнейшее медленное
охлаждение от 1200 до 1000° С может сопровождаться разложением C3S, что
уменьшает его количество и увеличивает содержание свободной СаО в клинкере.
Мед- ленноохлажденные клинкеры, характеризующиеся крупнокристаллической
структурой, труднее размалываются.
Рекомендуется медленно охлаждать клинкер до температуры
1200° С с последующим быстрым охлаждением до нормальной температуры. Такой
режим охлаждения осуществляется за счет медленного охлаждения клинкера в печи
и быстрого снижения его температуры в холодильниках. Наиболее резкому
охлаждению следует подвергать клинкеры с повышенными значениями
глиноземистого р и силикатного п модулей.
|
