ОБЖИГ ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА

Изучение Процесса клинкерного пыления с разработкой способа получения гранулированного клинкера

Увеличение мощности печных агрегатов, а также использо­вание при производстве цемента техногенных продуктов с повы­шенным содержанием щелочей и серы приводят к появлению ряда нежелательных явлений в работе вращающихся печей. Одним из них является клинкерное пыление.

Впервые об исследованиях клинкерного пыления упомина­ется в работах Р. Алегрэ и П. Терье в 1960 г. [388]. Они иссле­довали клинкер 3 заводов, применявших сырье различного химического состава, и показали, что во всех случаях клинкер­ная пыль отличалась повышенным содержанием оксида кальция и кремнезема и пониженным содержанием полуторных оксидов. В соответствии с этим в пыли преобладал алит. Гранулы клинкера также неоднородны по составу: в ядре преобладала промежуточная фаза, в «скорлупе» — больше алита. Учитывая сходство химического и минералогического состава пыли и по­верхности гранул, авторы предполагали, что последняя обра­зуется в результате присадки пыли, летящей из холодильника, По их мнению, быстрое охлаждение клинкера в колосниковом холодильнике вызвало появление значительных термических напряжений, что привело к распаду гранул. Однако охлаждение клинкера в холодильнике—постоянно действующий фактор, а появление клинкерной пыли — временное явление.

Ю. М. Бутт, В. В. Тимашев и Б. С. Альбац [39, 57, 59, 389— 394], изучая процесс образования клинкерных зерен в зоне спе­кания вращающихся печей, установили, чтр на ЖЦЗ мелкая клинкерная фракция возникала не в холодильниках, а в самой печи. При анализе различных фракций клинкера авторы полу­чили в некоторых случаях результаты, противоположные дан­ным Алегрэ и Терье, а именно: количество минералов-плавней в пылевидной фракции и наружной части гранул больше, а сили­катов меньше, чем в ядре.

Возможность такого перемещения клинкерных минералов и обогащения поверхностных слоев образцов Fe203, по мнению Бутта и Тимашева, «обусловлена следующими причинами: во - первых, высокой подвижностью в расплаве групп (Fe06)9" и, во-вторых, разностью концентраций оксида железа в расплаве, находящемся в поверхностном слое и в середине спекающегося зерна. Поскольку в поверхностном слое гранулы образуется больше расплава, чем в ядре, то концентрация Fe203 в нем ока­зывается ниже, чем в жидкой фазе, находящейся в средней части зерна. Ионы Fe3+ и Fe2+ в этих условиях диффундируют в расплав, находящийся в поверхностном слое образца, вызы­вая движение ионов Si4+ и Са2+ с их кислородным окружением в противоположном направлении».

В связи с этим Альбац, Бутт и Тимашев считают: «клинкер­ная пыль образуется вследствие разрушения поверхностных слоев крупных зерен клинкера. На последних стадиях спекания, когда процесс кристаллизации охватывает все большее количе­ство расплава, последнего не хватает (несмотря на его повы­шенное содержание в поверхностных слоях зерен агрегатов) для образования сколь-нибудь плотного сростка. В результате образуется сильно пористая оболочка на клинкерном зерне. Эта оболочка частично разрушается под действием механических сил и термических напряжений» [39].

В работах [389,395—398] приводятся количественные зави­симости процесса жидкофазного спекания портландцементного клинкера, выведенные с позиций общей теории жидкофаз­ного спекания порошкообразных материалов.

1M-J

Бутт, Тимашев и Альбац [389] ввели два новых критерия— показатель спекаемости и скорость гранулирования. Показатель спекасмости представляет собой величину площади контактного участка между двумя агрегирующимися частицами, а второй критерий—отношение величины прироста площади контакта в пределах данного температурного интервала ко времени пре­бывания образца при этой температуре. Изучение зависи­мостей указанных показателей от модульных характеристик сырьевых смесей позволило авторам разделить все сырьевые смеси на две группы [399]: интенсивно агрегирующиеся при 1300— 1400°С (КН < 0,85; р < 1,5; п < 2) и интенсивно агре­гирующиеся в температурном интервале 1400—1500°С (КН > > 0,85; п > 2; р > 1,5).

В последующей работе [395] Тимашев и Альбац, рассматри­вая схему сил, действующих на шарообразные частицы в про­цессе агрегирования их друг с другом, показывают, что величи­на конечного конгломерата будет определяться отношением пол­ной силы (F), стягивающей частицы, к массе частицы (Р).

Анализируя это соотношение, авторы указывают на то, что увеличение размера частиц резко уменьшает отношение F/P, и предполагают, что при определенном предельном размере час­тиц перед зоной спекания они вообще не будут агрегироваться. При этом могут быть два варианта процесса агрегирования. Первый—когда отношение F/P достигнет критической величины в первой половине зоны спекания (на участке повышения температуры до максимальной), второй—когда критическое значение будет достигнуто в конце зоны спекания.

Образовавшиеся в первом случае конгломераты испытывают усадку и уплотнение длительное время в присутствии жидкой фазы, что должно оказать благоприятное влияние на конеч­ный фракционный состав и структуру клинкерных зерен. Во втором случае процесс агрегирования завершается к концу зоны спекания, когда происходит кристаллизация и резкое уменьше­ние количества жидкой фазы. Уплотнение конгломератов в этом случае происходит практически лишь за счет твердо­фазных процессов, скорость которых значительно меньше ско­рости процесса жидкофазного спекания. Образовавшиеся в этом случае клинкерные зерна очень пористы, особенно в поверхностных слоях, что способствует их быстрому разруше­нию. Пойдет процесс агрегирования по первому или второму варианту, определяется не только размером частиц, но и количеством, составом и свойствами расплава.

Альбац и Гаспарова [400] указывают пути снижения клин-

I «г»

Керного пыления во вращающихся печах размером 5X185 м завода «Пролетарий». Большое внимание при этом авторы уделяют аэродинамическому режиму холодильника. Согласно приведенным данным, клинкерное пыление прекращается при увеличении количества подаваемого из холодильника вто­ричного воздуха с одновременным снижением расхода газо­образного топлива. Эффективность данного мероприятия объяс­няется повышением температуры в зоне спекания. По влиянию химического состава сырья на процессы пыления клинкера Альбац и Гаспарова указывают, что увеличение глиноземного модуля (повышение содержания А1203) способствует лучшей грануляции клинкера.

В работах [401—403,399] рассматривается влияние техно­логических факторов на процессы гранулообразования клинке­ра в мощных вращающихся печах. Установлено, что для печей каждого завода наблюдаются экстремальные области темпера­тур газового потока, которым соответствует клинкер крупно­зернистого гранулометрического состава. Для печей всех заво­дов эти температуры находятся в пределах 1500— 1650°С. При температурах ниже экстремальных значений из-за малого количества и высокой вязкости расплава ухудшаются условия агрегирования частиц обжигаемого материала.

С повышением температуры выше экстремальных значе­ний также наблюдается увеличение содержания мелкой фрак­ции в клинкере. Это явление авторы объясняют, исходя из основных положений теории жидкофазного спекания, согласно которой движущая сила процесса агрегирования уменьшается с уменьшением начального размера частиц и с увеличением ко­личества жидкой фазы. В данном случае с повышением темпе­ратуры газового потока возрастает температура обжигаемого материала перед зоной спекания, а количество расплава увели­чивается. Это приводит к образованию мелкозернистого клин­кера. Достигать экстремальных значений температуры газового потока можно изменением расхода топлива, но в первую очередь увеличением температуры вторичного воздуха.

В то же время авторы отмечают, что при освоении мощ­ных вращающихся печей температура в зоне спекания находит­ся обычно выше экстремальных значений из-за повышенного расхода топлива. Поэтому рациональный теплотехнический ре­жим в них может быть достигнут не повышением, а понижением температуры газового потока. Кроме подбора экстремальных значений температур газового потока, авторы обращают внима­ние также на длину зоны спекания. По их мнению, при

Условии экстремальной температуры газового потока сокраще­ние зоны спекания приводит к укрупнению зерен клинкера, а с удлинением зоны размер частиц обжигаемого материала и гранул клинкера уменьшается.

Изучение клинкерного пыления на многих заводах проведено К. Г. Коленовой, И. В. Кравченко и др. [404—413]. Они впервые обратили внимание на то, что важнейшим фактором, определяю­щим гранулометрию клинкера, является состав алюмоферритов кальция. По их данным, в зоне спекания мощных вращающихся печей (производительность выше 50 т/ч) наблюдается повы­шенная температура обжига и более длительная выдержка клинкера при этой температуре, что и является главной причи­ной клинкерного пыления. В результате повышенных коли­честв оксида алюминия в жидкой фазе происходит кристалли­зация обогащенных А1203 алюмоферритов кальция, и при клин­керном пылении в клинкере преобладают близкие к C6A2F составы, что приводит к уменьшению количества жидкой фазы и нарушению процесса гранулообразования. Для предотвраще­ния клинкерного пыления и повышения качества клинкера ре­комендовано интенсифицировать работу подготовительных зон или понизить реакционную способность сырьевой смеси загруб - лением помола и повышением КН, п, р.

По данным Ансельма и Фритша [253], средняя температура материала в мощных вращающихся печах должна оставаться той же, что и в малых печах, однако следует учесть, что вслед­ствие повышенных температур и скорости газового потока в отдельных участках печи может происходить перегрев поверх­ностного слоя материала.

Определенный интерес представляет работа П. В. Зозули и Т. Н. Олесовой [414]. Исследуя спекание сырьевых шихт, содержащих S03 и R20, они пришли к выводу, что при тем­пературе 1100—1350°С образуется сульфоалюминат кальция— 3(СА) • CaS04, что сопровождается увеличением объема ма­териала, снижением прочности гранул и их разрушением. Для устранения пылеобразования в этих условиях авторы счи­тают целесообразным ввод в сырьевую шихту минерализаторов, способствующих смещению реакции образования сульфоалюми - ната кальция в область более низких температур. Однако этот механизм не объясняет того факта, что с увеличением содер­жания А1203 в сырье уменьшается клинкерное пыление.

Миллер и Мак-Грегор [415] рекомендуют для предотвра­щения клинкерного пыления следующие мероприятия: тщатель­ное измельчение и гомогенизацию сырьевой смеси, снижение

Расчетных КН и п, недопущение очень длинного и вялого или чрезмерно короткого факела.

На основании приведенных литературных данных можно сделать вывод, что единого мнения по вопросу о механизме клинкерного пыления до настоящего времени нет. Образование пылевидного клинкера связано с составом сырья и топлива, наличием примесей, мощностью печного агрегата и обусловлен­ных этим особенностей процесса обжига.

Особо важное значение для процесса агрегирования клин­керных зерен имеет режим обжига. По мнению различных авторов, определяющим фактором при этом могут быть повы­шенная температура обжига, длительная выдержка клинкера при высоких температурах и скорость охлаждения, восстанови­тельная среда в печи или температура газового потока. Поэтому вопросы влияния технологических параметров на процесс образования клинкерных гранул требуют дальнейшего исследо­вания и уточнения. Образование пылевидного клинкера сопро­вождается снижением основных технико-экономических показа­телей работы печного цеха и завода в целом, что проявляется прежде всего в ухудшении качества клинкера и цемента, увели­чении удельного расхода тепла, уменьшении стойкости футеров­ки. Клинкерное пыление в данной работе оценивалось по фракционному составу (табл. 33) и соответствовало условиям, когда содержание пылевидной фракции—(менее 1,25 мм) более 15% и показатель равномерности гранулометрии, согласно уравнению Розина-Раммлера, ниже 0,75.

В табл. 34 приведены результаты определения активности клинкеров и отдельных фракций клинкера, отобранных в течение 1963 г. из различных печей ЧЦЗ при работе в оптимальном режиме и при пылении.

Клинкер пылящих печей рассеивался на гранулированную и пылевидную фракции. Как видно, пылевидная фракция давала цемент худшего качества по сравнению с обычным клинкером. Отсеянные же гранулы показывали прочность еще меньшую. Подобные испытания неоднократно повторялись на других цементных заводах. В отдельных случаях активность пылевид­ной фракции достигала активности клинкера с оптимальной гранулометрией, но так как отсеянные гранулы всегда показы­вали меньшую прочность, то в целом качество клинкера при пылении печей оказывалось всегда ниже, чем при работе в опти­мальном режиме.

Замечено, что клинкерное пыление усиливается при возврате в печь пыли электрофильтров. Для выяснения особенности

Таблиц а 33

Фракционный состав клинкера

Завод

№ пробы

Остаток на сигах (%) с размером отверстий, мм

Средне- взвешен - II ы й д и - аметр, м м

І Іоказатель равномер­ности грануло­метрии

40

20

И)

5

2, Г)

1.2

Пыль

Пылевидный клинкер

ЧЦЗ

1

0

0

16,6

13,8

1 1,0

7,9

50,6

3,3

0,43

2

0

4,3

10,4

18,2

17,4

20,4

29,3

4,4

0,81

3

0

4,9

12,8

8,5

6,5

5,1

62,2

1,7

0,31

ТЦЗ

4

0

10,9

17,7

11,8

8,6

11,8

39,2

5,5

0,52

5

0

13,5

2,5

3,0

17

23,4

40,6

3,5

0,46

6

0

4,9

11,5

9,4

27,7

17

29,5

4,4

0,73

Соцз

7

0

1,3

8,2

12,3

9,8

4,6

63,8

1,3

0,69

8

3,6

9,2

16,1

19,6

14,1

6,2

31,2

7,5

0,52

9

0

4,9

8,6

6,7

7,2

3,1

69,5

1.0

0,45

10

0

1,8

12,4

15,2

1 1,4

4,2

55,0

4,0

0,53

11

3,5

3,5

11,4

15,5

22,2

12,9

31,0

5,1

0,61

12

0

0,9

5,8

13,1

10,6

6,9

62,7

1,3

0,51

13

0

5,6

18,1

19,1

15,8

9,6

31,8

7,0

0,62

Гранулированный клинкер

ЧЦЗ

14

1

29,1

49,1

9,7

11,0

0,1

0

17

1,02

15

5

25

35

12

3,5

6,4

3,1

12

0,89

ТЦЗ

16

0

57

32,4

7,5

1,3

0,5

1,3

19

0,84

17

0

31

22,6

16,2

12,2

7,3

10,7

14

0,68

18

0

40,5

30,8

16,0

5,7

1,5

5,5

16

1

19

0

12,0

26

34,6

20,0

7,4

0

10

1,31

20

0

13,4

25,5

30,3

18,1

8,5

4,2

9,5

1,01

21

20

18,8

44,8

12,3

1,5

0,3

2,3

18

1,18

СОЦЗ

22

3,3

9,0

38,0

37,9

9,7

1,0

1,1

12

1,35

23

1,9

17,7

31,8

35,5

11,1

1,9

1,0

13

1,3

25

0

5,1

37,1

44,8

11,6

0,6

0,8

9

1,55

26

1,2

69,2

29,6

0

0

0

0

19

2,35

28

1,0

9,5

24,6

33,5

18,7

7,6

5,1

9

1,1

29

0

4,4

23,3

30,1

26

11,8

4,4

7,8

1,07

31

26

49,3

18,9

4,6

0,6

0,1

0,5

20

1,13

32

0

16,8

57,9

22,7

1,8

0,1

0,7

9,5

1,9

Воздействия пыли на процесс клинкерного пыления необходимо определить разницу в составе пыли электрофильтров и рядового шлама. На ЧЦЗ в течение 7 лет было выполнено более 50 хими­ческих анализов пыли, выносимой из печи.

Во время возврата пыли электрофильтров из 2 печей в одну из них в июле 1963 г. отбирались и анализировались шлам после прохождения цепной завесы (на 30 м) и клинкер с обреза печи. Из приведенных в табл. 35 результатов видно, что по содержа - нию основных оксидов пыль электрофильтров, шлам и парал­лельные пробы материала из 5-й и 6-й печей отличались несу­щественно. Значительная разница наблюдалась в количестве щелочных оксидов и серного ангидрида. Сумма R20 и S03 в пыли электрофильтров превышала 19%, тогда как в сырьевом шламе не достигала 1,4%. При возврате пыли электрофильтров в печь содержание К20 в материале с 30 м увеличивалось почти в четыре раза, в клинкере же количество щелочей выравнива­лось. Рентгенофазовым анализом водных вытяжек из пыли электрофильтров установлено, что щелочи в ней представлены в виде сульфатов.

T а б л и ц а 34

Активность различных фракций клинкера

Характеристика шлама

Печь

Характеристика клинкера

Предел прочности при сжатии, МПа

Зс j

28с

КН = 0,91

№ 3

Гранулированный

34,5

39,1

52,7

П =2,6

№ 6

Гранулы

23,7

25,7

31,0

Р= 1,4

Пыль

31,3

35,4

39,1

КН = 0,90

№ 5

Гранулированный

33,7

41,6

56,1

П = 2,5

№ 4

Гранулы

24,0

29,4

36,1

Р= 1,4

Пыль

30,7

37,0

40,8

КН = 0,90

№ 6

Гранулированный

34,5

38,2

52,4

П = 2,3

№ 5

Гранулы

26,8

31,6

37,5

Р=1,3

Пыль

32,1

39,8

41,9

КН = 0,91

№ 4

Гранулированный

34,0

40,0

55,2

П = 2,6

№ 6

Гранулы

26,0

30,9

40,8

Р = 1,3

Пыль

34,0

49,0

53,6

Приведенные данные позволили предположить, что повы­шенное содержание щелочей и S03 в сырьевой смеси, посту­пающей на обжиг, приводит к возникновению клинкерного пыления, причем это не вызывает увеличения количества R2S04 в клинкере. Печи, работающие на загипсованном сырье (Жигулевский, Семипалатинский заводы), или применяющие высокосернистый мазут, имеют повышенную склонность к клинкерному пылению. Например, на Кантском заводе клин­керное пыление значительно усиливалось при переходе с Ахун-Бабаевского малосернистого мазута (S=0,3—0,6%) на Ангарский высокосернистый (S — 3—5%).

'Г а б л и ц а 35

Химический состав материала, отобранного из работающих печей № 5 и 6 ЧЦЗ

Дата отбора

Печь

Материал

Солерж

Ч Н И1*, %

Гтгтп

SiO*

АЬО,

Fe2Os

СаО

SO,

КаО

N а 2 О

15/У-63,

№ 5

Шлам

34,22

14,32

3,38

2,47

42,64

0,68

0,40

0,30

10 ч

Пыль э/ф

19,16

13,22

3,47

2,57

41,30

8,60

7,25

1,60

Пыль электрофильтров печей

№ 5 и 6

Возвращается в

Печь № 6

7/УП-63,

№ 5

Шлам (30 м)

32,00

14,38

3,17

2,45

44,00

1,10

0,45

0,69

10 ч

№ 6

Шлам (30 м)

29,15

14,69

3,09

2,32

44,70

2,7

1,75

0,93

7/УП-63,

№ 5

Клинкер

12 ч

Гранулированный

21,88

4,93

4,20

66,04

0,50

0,25

0,65

№ 6

Клинкер пыльный

21,78

4,99

3,99

66,24

0,40

0,45

0,70

Пыль электрофильтров печей

№ 5 и 6

Возвращается в

Печь № 5

2/УШ-63,

№ 5

Шлам (30 м)

30,22

14,03

3,09

2,40

43,76

2,65

1,60

0,98

10 ч

№ 6

Шлам (30 м)

32,36

14,33

3,21

2,45

44,71

1,50

0,44

0,78

2/УШ-63,

№ 5

Клинкер пыльный

_

21,78

5,47

4,06

65,44

0,38

0,41

0,92

12 ч

№ 6

Клинкер

Гранулированный

-

22,54

5,29

4,23

65,84

0,50

0,06

0,64

Примечание. Содержание щелочей и SO;j в пыли электрофильтров в зависимости от режима обжига и состава сырья колебалось в пределах: R20 = 4- 13 %; SO:? = 2—9 %.

Для выяснения отличительных особенностей в составе и структуре пылевидного и гранулированного клинкеров произво­дились химический и петрографический анализы отдельных клинкерных фракций. Для приготовления шлифов из клин­керной пыли она предварительно скреплялась зубным цементом в гранулы. Как видно из табл. 36, в пылевидной фракции преобладали СаО, Si02 и силикаты кальция, а в гранулах — А1203, Fe203 и промежуточное вещество. Однако имеются пробы, в которых наблюдался несколько иной, отличный от приведенного, характер распределения минералов. По содержа­нию оксидов и минералов в ядре и поверхностном слое гранул также не прослеживается определенной закономер­ности. В связи с этим избирательный выход в пылевидную фракцию отдельных минералов, вероятно, не является опреде­ляющим фактором в процессе появления клинкерной пыли.

При рассмотрении шлифов под микроскопом установлены различия в структуре клинкера при пылении печи и нормальной работе. В первом случае клинкер более пористый; поры рас­полагались не только в промежутках между минералами, но и в минералах, особенно в алите. Кристаллы алита характеризуют­ся большей величиной—до 200 мк, имеют резорбированные края и часто штриховку. Гранулированный клинкер отличался более мелкой и четкой кристаллизацией.

С целью выяснения влияния режима работы печей на микро­твердость клинкерных минералов из вращающихся печей ЧЦЗ отбирались различные пробы. Режим печей подразделялся на «устойчивый», когда печь выпускала клинкер нормальной грануляции, имела длинную зону спекания, и отсутствовал недожог топлива, и на «неустойчивый», когда печь постоянно или временно пылила, имела удаленную зону спекания, и часто наблюдался недожог газа.

Микротвердость определялась микротвердомером ПМТ-3 в полированных шлифах. Все шлифы протравливались дистил­лированной водой в течение 20 с. Измерения производились в трех участках гранулы: с краю, в центре и в промежутке между ними параллельно в двух образцах. В каждой области проводилось 10 замеров, из которых подсчитывал ось среднее значение. Результаты определений сведены в табл. 37.

Т а б л и ц а 36

Химический и минералогический состав отдельных фракций клинкера

№ пробы

Содер­жание

Пыли,

%

Фракция

Содержание, %

КН

Модули

Рассчитанный минералогический состав, %

Si02

АЬОз

Ре, Оч

СаО

П

Р

По химсоставу

Под микроскопом

C:)s

C2S

СзА

C, AF

C3s

C2S

Промежу­точное ве­щество

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

If)

17

Чимкентский завод

1

2

Гр а н ул а

22,12

5,64

3,93

64,61

0,87

2,31

1,43

66

15

8

11

53

26

21

Пыль

22,47

4,26

2,83

66,52

0,93

3,21

1,51

70

14

7

9

53

29

18

2

10

Гранула

22,03

5,70

3,97

66,12

0,9

2,28

1,43

59

21

8

12

51

30

19

Пыль

22,62

4,50

3,19

67,73

0,93

2,95

1,41

70

13

7

10

58

25

17

3

70

Гранула

21,64

4,95

3,40

64,91

0,92

2,59

1,46

65

16

8

1 1

52

31

17

П ыл ь

22,47

4,41

2,88

66,32

0,92

3,08

1,53

68

16

7

9

64

10

26

4

80

Гранула

22,32

5,36

3,82

65,72

0,89

2,43

1,40

59

21

8

12

55

25

20

Пыль

23,39

4,65

3,39

67,33

0,89

2,91

1,37

61

21

7

11

56

30

14

10

Ядро

21,50

5,20

3,85

64,60

0,91

2,38

1,35

61

18

8

13

Поверхн.

22,15

5,10

3,80

66,60

0,92

2,49

1,34

63

18

7

12

-

_

5

5

Ядро

22,60

5,06

3,70

65,88

0,89

2,58

1,37

59

22

7

12

-

Поверхн.

21,78

5,70

3,75

62,48

0,85

2,30

1,52

49

30

9

12

Жигулевский

Завод

6

7

Ядро

20,87

4,35

3,81

64,52

0,96

2,56

1.14

70

7

5

12

Поверхн.

19,87

4,46

3,99

62,06

0,95

2,36

1,12

67

10

5

12

_

_

7

10

Ядро

21,20

4,86

4,04

63,78

0,92

2,38

1,20

61

20

7

12

_

_

_

Поверхн.

19,87

4,46

3,99

62,06

0,96

2,35

1.12

67

10

5

12

-

_

_

8

40

Гранула

20,25

5,70

4,20

63,49

0,93

2,04

1,36

61

16

9

24

_

_

П ыл ь

20,30

5,88

3,55

63,07

0,98

2,15

1,66

59

19

10

12

-

Продолжение таблицы 36

2

3

4

5

6

7

8

9

10

И

12

Із

14

15

16

1 7

9

50

Гранула

20,44

5,56

4,05

63,35

0,92

2,13

1,37

60

17

J0

13

_

_

Пыль

20,34

4,76

3,48

64,08

0,92

2,47

1,37

69

9

11

10

40

Ядро

20,42

5,56

4,05

63,06

0,92

2,13

1,37

59

19

9

13

Поверхн.

20,20

5,90

4,05

63,35

0,92

2,03

1,4

60

17

10

13

Пыль

21,20

4,76

3,48

64,08

0,93

2,57

1,37

61

20

7

12

19,84

4,93

5,64

63,35

1,01

1,97

0,7

82

0

1

17

20,82

4,31

5,51

65,55

0,97

2,12

0,78

71

9

2

18

21,72

4,50

4,92

65,35

0,92

2,31

0,91

64

16

4

16

Ахан-Гарански

Й завод

21,96

5,31

4,71

65,55

0,9

2,19

1,13

54

25

6

15

21,04

5,36

4,90

65,35

0,93

2,05

1,09

63

15

6

16

Старооскольский завод

21,19

4,8

4,13

66,14

0,96

2,37

1,16

70

8

6

13

21,49

4,7

4,04

66,45

0,95

2,46

1,16

70

9

6

12

21,52

4,21

3,91

67,40

0,98

2,65

1,08

77

4

5

12

20,75

5,04

4,28

66,35

0,97

2,23

1,18

72

5

6

13

20,63

5,04

4,44

65,43

0,96

2,18

1,14

69

7

6

14

21,35

4,25

3,85

67,80

0,99

2,64

1,10

79

1

5

12

20,33

3,93

2,98

63,37

0,98

2,94

1,35

72

3

5

9

20,98

4,56

3,90

64,92

0,96

2,47

1,17

69

8

6

12

20,72

4,21

3,64

65,54

0,99

2,64

1,16

76

2

5

11

21,30

5,12

4,40

66,66

0,95

2,23

1,16

68

9

6

13

21,60

5,12

4,22

66,56

0,94

2,31

1,21

66

12

6

13

Кантский завод

Гранула пыль ядро поверхи.

Ядро поверхн. пыль

52 31 55 30

30 10

60

90 85 70 70

17 15

12

13

14

15

16 17

60

21

19

60

25

15

55

28

17

Ядро поверхн. Г] ыл ь

Ядро поверхн. пыль ядро поверхн. пыль ядро поверхн.

О к о н ч а п и с т а б л и ц ы 36

1

2

3

4

О

6

7

Н

9

10

11

1 2

13

14

1 о

Hi

1 7

Пыль

21,68

4,11

3,30

66,87

0,97

2,92

1,24

75

В

5

10

18

45

Ядро

21,45

5,36

4,29

64,27

0,90

2,22

1,25

57

19

7

13

-—

_

Поверхн.

21,41

5,55

4,28

63,96

0,89

2,18

1,30

54

21

7

13

_

П ыл ь

21,41

5,07

3,90

65,10

0,92

2,39

1,30

62

14

7

12

_

_

_

19

40

Ядро

21,05

4,73

4,11

65,21

0,95

2,38

1,15

67

9

6

13

_

Поверхн.

20,99

5,27

4,19

65,62

0,94

2,22

1,26

66

10

7

13

Пыль

20,89

4,62

3,55

65,73

0,97

2,56

1,30

73

5

6

11

_

_

_

20

40

Ядро

21,05

5,39

4,59

64,17

0,91

2,11

1,17

58

16

7

14

Поверхн.

21,45

4,86

4,44

65,00

0,92

2,31

1,09

62

14

5

14

.—

-

П ыл ь

21,40

4,50

3,90

65,11

0,94

2,55

1,15

67

11

5

12

_

_

_

21

0

Ядро

22,27

5,12

3,99

66,25

0,90

2,44

1,28

60

18

7

12

-

Поверхн.

21,68

5,52

4,25

65.62

0,91

2,22

1,30

59

18

7

13

22

0

Ядро

21,2

5,63

4,31

60,63

0,85

2,1 1

1,30

42

29

8

13

-

_

_

Поверхн.

20,63

5,55

4,46

61,20

0,87

2,06

1,24

49

22

7

14

-

Топкинский завод

23

60

Ядро

19,55

5,73

3,93

64,81

0,99

2,02

1,46

70

2

9

12

_

_

Поверхн.

19,55

5,88

4,25

64,81

0,98

1,93

1,93

69

4

8

13

-

Пыль

20,25

5,19

3,53

65,84

0,99

2,32

2,32

74

2

8

11

Таблица 37

Режим работы

Печей

Минерал

Устойчивый

Неустойчивый

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Алит, край

571

595

600

566

650

638

581

454

530

456

487

532

Алит, пром.

603

602

605

555

657

630

613

535

510

523

482

512

Алит, центр

655

614

612

590

668

640

614

556

530

540

531

561

Белит, край

517

404

430

472

515

492

388

479

398

323

390

397

Белит, пром.

523

410

440

459

478

494

470

483

414

340

407

410

Белит, центр

544

421

450

490

533

535

457

538

416

427

433

416

Целит, край

588

577

557

510

755

669

547

613

510

497

536

547

Целит, пром.

615

587

570

540

750

705

554

662

602

521

549

570

Целит, центр

651

636

582

526

777

756

640

723

556

602

555

604

Из таблицы

Видно, что почти

Во

Всех

Случаях

Микротвер-

Дость клинкерных минералов в центре выше, чем по краю. На­ибольшую твердость имело промежуточное вещество, затем алит и наименьшую — белит. Это совпадает с результатами исследований Сычева и не подтверждает данные Алегре и Терье, по которым микротвердость алита была наименьшей. Необхо­димо указать на важную особенность. Во всех случаях микро­твердость клинкерных минералов при устойчивой работе значи­тельно выше, чем при неустойчивой. Средние величины раз­нятся по алиту на 115 кг/мм2, по белиту и целиту более чем на 70 кг/мм2. Самой низкой микротвердостью обладали клинкер­ные минералы пылевого клинкера. Указанная разница в величи­не микротвердости при различных режимах работы печей, вероятно, оказывает влияние на процессы образования клин­керной пыли.

Микротвердость клинкерных минералов, кг/мм2

Для того, чтобы определить особенности работы печей различных типоразмеров при клинкерном пылении и оптималь­ной грануляции клинкера, исследовались пробы материала, отобранные подлине промышленных вращающихся печей. Ана­лиз гранулометрического состава материала по длине печей (рис. 82) показал, что на участке после зоны цепей наблю­далась частичная грануляция с уменьшением содержания пылевидной фракции до 20—50%. Определенной зависимости в содержании пылевидной фракции на данном участке в печах при клинкерном пылении и оптимальной грануляции клинкера не было замечено. Существенное увеличение содержания пыле­видной фракции соответствовало процессу декарбонизации.

70

110

Следует отметить, что в отдельных случаях происходило некоторое агрегирование материала на участке 70—90 м от холодного обреза печи с уменьшением содержания пылевидной фракции до 30—40%, что, вероятно, связано с образованием промежуточных щелочесодержащих соединений.

Действительно, на ДТАпроб, отобранных из подготовительных зон печей ЧЦЗ, проявилось резкое увеличение электро­проводности шихты (см. рис. 2). После завершения дис­социации карбоната кальция происходило незначительное понижение проводимости. Указанные факты подтверждают существование в портландцементной сырьевой смеси ЧЦЗ первоначальных расплавов при относительно низких тем­пературах (600—800°С), насыщающихся при декарбонизации известняка С02 и приобретающих весьма высокую подвиж­ность. Количество пылевидной фракции в материале неимуще­ственно уменьшалось с появлением основного клинкерного рас­плава.

Изучение Процесса клинкерного пыления с разработкой способа получения гранулированного клинкера

145 м

Іьо м

470 М

Изучение Процесса клинкерного пыления с разработкой способа получения гранулированного клинкера

Изучение Процесса клинкерного пыления с разработкой способа получения гранулированного клинкера

З

157 М 167 м 180 м

Рис. 83. Фотографии клинкеров, отобранных по длине печей Семи­палатинского (1), Старооскольского (2, 3) цементных заводов.

Установлено, что независимо от размера печи, типа холо­дильника, вида сырья и топлива при клинкерном пылении на расстоянии 20—30 м от выходного обреза печи возможно либо полное отсутствие клинкерной пыли, либо существенное умень­шение ее содержания в клинкере. По мере продвижения ма­териала к горячему концу печи количество пылевидной фракции в клинкере увеличивалось и на выходном обрезе достигало 40—80%. Этот факт свидетельствует о том, что во вращаю­щейся печи наряду с агрегированием клинкера происходило разрушение образовавшихся гранул.

В тех случаях, когда процессы агрегирования и распада гранул разделены, на коротком участке зоны спекания в печи может наблюдаться хорошая грануляция клинкера с содержа­нием пыли 0—3%. Если же эти процессы проходят одновремен­но, то промежуточная грануляция клинкера может практически отсутствовать. Так, на рис. 83 видно, что клинкер до 130 м на Семипалатинском заводе или до 153 м на Старооскольском со-

Стоял из пылевидной фракции, затем гранулировался, а в после­дующем, рассыпаясь, вновь переходил в пылевидное состояние. Иногда клинкер не агрегировался в прочные гранулы по всей длине зоны спекания, а представляет собой спекшийся из мелких частичек пыли легко разрушающийся пористый мате­риал (рис. 83; № 3).

При анализе химического и минералогического состава ма­териала по длине печей установлено, что наблюдались сущест­венные отличия в ходе процессов клинкерообразования в печах при клинкерном пылении и гранулированном клинкере (рис. 84, 85). Так, процессы декарбонизации в печах с хорошей грану­ляцией клинкера Кантского и Белгородского заводов завер­шались соответственно на 112 и 130 м, в то время как при клинкерном пылении—на 95 и 110 м. В соответствии с этим ве­личина потерь при прокаливании в материале по всей длине оставалась меньшей по сравнению с ППП материала при опти­мальной грануляции клинкера.

Ш

О

&16 «о

Процессы усвоения кремнезема в пылящих печах также сме­щены на 10—20 м к холодному концу. Усвоение извести при оптимальной грануляции клинкера заканчивалось на расстоя­нии 10—15 м от горячего обреза печи, тогда как при клинкер­ном пылении — на удалении 30—35 м. Сопоставляя приведен­ные на рис. 84 данные с характером изменения содержания пылевидной фракции в материале по длине печи (рис. 82), сле­дует отметить, что в одних случаях процессы интенсивного гра-
нулообразования идут одновременно или даже несколько рань­ше конечного усвоения извести (Кантский, Чимкентский заво­ды), в других — после полного усвоения оксида кальция (Семи­палатинский, Старооскольский).

В большинстве случаев при клинкерном пылении в материале печей наблюдалось повышенное содержание щелочных оксидов и серного ангидрида даже при относительно низком их содержа­нии в сырье и клинкере. Так, в печи Кантского завода при воз­врате пыли электрофильтров максимальное содержание S03 в материале на 105 м доходило до 7,8%. Интенсивная его воз­гонка происходила после усвоения извести и совпадала с про­цессом рассыпания гранул.

Важно отметить, что если при оптимальной грануляции клинкера возможно постепенное уменьшение содержания S03 и R20 в материале по мере приближения к горячему обрезу печи, то при клинкерном пылении процесс возгонки указанных ок­сидов происходил более интенсивно. Это может способствовать образованию пористых непрочных гранул, разрушающихся с об­разованием пыли, как будет показано далее.

ЧЦЗ СпЦЪ, ТЦЗ СОЦІ

Изучение Процесса клинкерного пыления с разработкой способа получения гранулированного клинкера

Рис. 85. Изменение минерального состава материала по длине печи при оптимальной грануляции (1) и клинкер­ном пылении (2).

При анализе пробы, просыпавшейся через люк в зоне охлаждения печи № 1 ЧЦЗ, установлено, что суммарное содер­жание щелочей и S03 в ней составляло 93%. В пробе, отобран­ной между обмазкой и футеровкой печи № 3, также обнаружено повышенное количество щелочных сульфатов. Следовательно, щелочи и S03 в области высоких температур могут выходить из состава обжигаемого материала не только в виде возгоняе­мых соединений, но и в виде выплавок.

Характерной особенностью процессов клинкерообразования в печах при клинкерном пылении является более раннее обра­зование основных клинкерных минералов (рис. 85). Так, белит обнаружен в пробах, отобранных на расстоянии 70—90 м от горячего обреза печи при клинкерном пылении и на расстоя­нии 60—70 м при оптимальной грануляции клинкера. Алит при клинкерном пылении появился на удалении 30—50 м от горячего обреза печи, тогда как при хорошей гранулометрии— на удалении 20—30 м. В тех случаях, когда алит обнаружи­вался на одних и тех же участках, как на 150-метровых печах Чимкентского завода, в дальнейшем его образование при клинкерном пылении идет более интенсивно, и максимальное со­держание наблюдалось раньше по сравнению с печами с нор­мальной гранулометрией клинкера. По мере продвижения к выходному обрезу печи происходило некоторое уменьшение количества алита в клинкере.

При анализе химико-минералогического состава отдельных фракций клинкеров, отобранных по длине печи № З СОЦЗ при клинкерном пылении, установлено повышенное содержание в пыли силикатов и пониженное — минералов-плавней (табл. 38).

Характерной особенностью работы вращающихся печей при клинкерном пылении является образование промежуточных сое­динений 2C2S • CaS04, 2C2S • СаС03,у—C2S. Кроме того, из-за наличия повышенного количества щелочных оксидов возможно снижение температуры превращения а-*ах—C2S до 1150— 1160°С.

В связи с тем, что указанное превращение происходит после кристаллизации жидкой фазы и сопровождается существенным уменьшением объема кристаллов двухкальциевого силиката, оно приводит к возникновению напряжений и деформаций в структуре клинкерных зерен, способствующих снижению их прочности. На рис. 86 представлен фрагмент рентгенограммы синтезированного в лабораторных условиях клинкера (КН = = 0,9; п = 2,2; р= 1,3) с добавкой 3% Na20, подвергнутого рез­кому охлаждению в воде со льдом от температуры 1300°С. В полученном образце в наибольшем количестве присутствует а-модификация C2S. В связи с тем, что a-C2S имеет плот­ность 2,94 г/см3 [416], как и ^-модификация двухкальциевого силиката, а плотность и' — C2S составляет 3,11 г/см переход a«-*a'C2S в зависимости от направления превращения бу­дет сопровождаться либо сжатием, либо существенным расши­рением решетки, соответствующим переходу Р у—C2S. Кроме

Таблица 38

Изменение химического и минералогического составов отдельных фракций клинкера по длине печи № 3 СОЦЗ

Расстояние от холодного конца печи, м

Содержа­ние

Пыли,

%

Фракция

Содержание оксидов, %

SiO 2

АЬ03

Fe,0:t

СаО

RaO

173

42

Ядро

21,93

4,53

3,71

65,31

0,45

Поверхн.

21,75

4,94

4,05

65,10

0,05

Пыль

22,38

4,40

3,44

65,42

0,62

171

44

Ядро

21,93

4,66

3,77

65,10

0,44

Поверхн.

21,93

4,70

3,74

65,0

0,43

Пыль

22,05

4,29

3,45

66,25

0,56

169

18

Ядро

21,48

4,64

3,86

64,59

0,43

Поверхн.

21,35

4,74

3,99

64,59

0,41

Пыль

21,12

4,01

3,26

64,59

0,66

165

0

Ядро

22,20

4,43

3,69

64,59

0,51

Поверхн.

21,75

4,77

3,78

64,79

0,39

163

4

Ядро

21,75

4,43

3,56

64,17

0,54

Поверхн.

21,75

4,61

3,59

64,38

0,52

Пыль

21,75

4,01

3,32

64,59

0,60

161

24

Ядро

21,63

4,43

3,51

64,38

0,54

Поверхн.

21,75

4,8

3,81

64,79

0,50

Пыль

21,75

4,08

3,29

65,00

0,57

157

36

Ядро

21,03

4,35

3,56

62,68

0,66

Поверхн.

20,97

4,70

3,81

63,10

0,69

Пыль

21,63

3,95

3,20

63,72

0,50

153

48

Ядро

20,74

4,32

4,71

62,26

0,92

Поверхн.

20,74

4,73

4,17

63,10

0,90

Пыль

21,54

3,95

3,17

64,34

0,65

149

51

Ядро

20,48

4,61

3,59

62,06

0,93

Поверхн.

21,03

4,46

3,65

62,80

0,93

Пыль

21,03

4,08

3,20

64,05

0,90

Того, в комплексе со щелочными оксидами в решетку C2S входят А1203 и Fe203, что приводит к уменьшению количества рас­плава и возможному возникновению нарушений в процессе агре­гирования клинкера.

Для изучения совокупного влияния щелоче - и серосодержа­щих примесей и характера газовой среды на процесс клинкерно­го пыления производили обжиг синтезированных смесей на получение клинкера без добавки и с 5% глазерита K3Na(S04)2. Из приготовленных смесей под давлением 300 МПа прессова­лись образцы диаметром и высотой 10 мм. Эксперименты про­водились в атмосфере воздуха и газовых средах, близких к составу отходящих газов вращающихся печей. Принята следующая классификация сред: — окислительная: а =1,3—

0,92

2,66

1,22

0,92

2,42

1,22

0,91

2,85

1,28

0,91

2,60

1,24

0,91

2,60

1,26

0,94

2,85

1,24

0,92

2,53

1,20

0,93

2,44

1,19

0,96

2,91

1,23

0,90

2,73

1,20

0,91

2,54

1,26

0,91

2,72

1,24

0,91

2,65

1,28

0,93

1,97

1,21

0,92

2,72

1,26

0,91

2,53

1,26

0,94

2,95

1,24

0,92

2,66

1,22

0,92

2,46

1,23

0,93

3,02

1,23

0,92

2,30

0,92

0,93

2,33

1,13

0,94

3,02

1,25

0,93

2,50

1,28

0,92

2,59

1,22

0,95

2,35

1,28

КН

Модул и

Минералогический состав,

%

П

Р

C3S

CaS

СзА

C<AF

C3s+c2s

C3A+C4AF

63,4

15,0

5,7

60,7

16,6

6,2

61,7

17,6

5,8

61,6

16,4

5,9

60,9

16,9

6,1

68,3

11.7

5,5

62,9

14,1

5,7

63,1

13,6

5,8

70,8

7,2

5,1

59,2

19,0

5,5

60,9

16,4

6,2

61,0

16,3

5,7

60,6

16,6

6,1

65,9

12,6

4,9

62,9

14,6

5,8

60,7

16,6

6,2

67,2

11,7

5,2

61,0 '

14,3

5,5

60,5

14,5

5,9

63,9

13,8

5,0

60,1

14,2

3,4

61,5

13,1

5,4

67,1

11,1

5,1

60,9

12,8

6,1

60,6

14,6

5,6

68,9

8,3

5,4

11,3

78,4

17,0

12,3

77,3

18,5

10,5

79,3

16,3

11,5

78,0

17,4

11,4

77,8

17,5

10,5

80,0

16,0

11,7

77,0

17,4

12,1

76,7

17,9

9,9

78,0

15,0

11,2

78,2

16,7

11,5

77,3

17,7

10,8

77,3

16,5

10,9

77,2

17,0

10,1

78,5

15,0

10,7

77,5

16,5

11,6

77,3

17,8

10,0

78,9

15,2

10,8

75,3

16,3

11,6

75,0

17,5

9,7

77,7

14,7

14,3

74,3

17,7

12,7

74,6

18,1

9,6

78,2

14,7

10,7

77,3

17,0

11,1

75,2

16,7

9,7

77,2

15,1

1,6; 02 = 4—8%; С02 = 6—9%; Н2 + СО < 0,02%; — нейт­ральная: ot = 1,1 — 1,3; 02 = 2—4%; С02 = 10—14%; Н2 + СО < ^ 0,02%; — восстановительная: а = 0,8—0,9; 02 = 0, С02 = = 10-12%; Н2 + СО < 0,8-2%.

Газовая среда в печи создавалась сжиганием газа пропан- бутана с соответствующим количеством воздуха. Образцы на­гревались со скоростью 15 град/мин от температуры 600 до 1200°С и далее до 1330 и 1450°С. После достижения необхо­димой температуры спеки вынимались из печи, охлаждались и подвергались дифференциально-термическому и высокотемпе­ратурному рентгеновскому анализам, определялись их объем­ная масса, линейная усадка и прочность при сжатии.

При анализе полученных результатов (рис. 87) замечено, что

1 2

Изучение Процесса клинкерного пыления с разработкой способа получения гранулированного клинкера

Рис. 86. Рентгенограммы клинкеров с добавкой 3% Na20 (1) и 3% К20 (2) при медленном от 1450°С (а) и резком охлаждении от 1300°С (6).

Изучение Процесса клинкерного пыления с разработкой способа получения гранулированного клинкера

Состав газовой среды практически не оказывал воздействия на спекание бездобавочной смеси и в значительной степени влиял на усадку и прочностные показатели образцов, содер­жащих щелочные сульфаты. При анализе кривых, полученных на основе смеси с добавкой, наблюдалась следующая зависи­мость. Наибольшую усадку образцы претерпевали в атмосфере воздуха, где к 1450° она достигала 17%. С увеличением коли­чества горючего газа и уменьшением воздуха усадка пони­жалась. В восстановительной атмосфере при этой же темпе­ратуре величина линейной усадки составляла всего 6%. Когда сопоставили эти результаты с данными потери массы образцов, то обнаружили взаимосвязь: чем интенсивней происходит воз­гонка солей из материала, тем слабее идет процесс усадки. Вероятно, причина такой зависимости кроется в том, что возгоняемые соли, с одной стороны, активизируют реакционную способность материала и тем самым способствуют быстрой рекристаллизации с интенсивным ростом кристаллов и «захва­том» пор. С другой стороны, пары щелочей и сернистого ангидрида повышают давление в порах и препятствуют уплот­нению частиц.

Кривые изменения объемной массы и пористости спеков (рис. 87, 88) хорошо согласуются с кривыми усадки и показы­вают, что клинкер, полученный из смеси с добавкой K3Na(S04)2, особенно в восстановительной - атмосфере, имеет объемную массу почти в 2 раза ниже объемной мыссы обычного клинкера, пористость при этом достигала 50—60% против 25% у образ­цов бездобавочного клинкера. Предел прочности при сжатии спеков из бесщелочной смеси практически не зависел от состава газовой среды в печи и постепенно увеличивался до 45— 47 МПа. Прочностные свойства образцов, содержащих K2SO4, существенно отличались от первых. С 600 до 800°С прочность повышалась, однако, уже к 900°С падала, достигая первона

Чального значения I —1,2 МПа. Эта температура близка к тем­пературе плавления K3Na(S04)2 и прекращения усадки мате­риала. Поданным Хвостенкова [417] и Тимашева [39], изу­чавших зависимость прочности прессованных брикетов из при­родного сырья от температуры обжига, минимальные значения прочности спеков находятся в интервале 1000—1200°С. Бутт и Тимашев объясняют это явление «разложением карбонатов и появлением в массе материала редких капель неустойчивых расплавов, вызывающих довольно резкое и закономерное понижение прочности образцов».

25

15

Рис. 88. Изменение проч­ности спеков на сжатие при нагревании в различных сре­дах.

Обозначения соответствуют рис. 87.

ТОО

В дальнейшем такая низкая прочность спеков оставалась неизменной почти до 1300°С. Прочность образцов в температур­ном интервале 1300—1450°С зависит от состояния газовой сре­ды при обжиге. В воздушной атмосфере предел прочности при сжатии спеков после обжига при 1450°С достигал 24 МПа, в окислительной— 19 МПа, в нейтральной — 12 МГІа, а в восстановительной — всего 4—5 МПа, т. е. в 9—10 раз меньше, чем прочность образцов из бесщелочного сырья.

В связи с вышесказанным становится понятным, что при об­жиге сырья, содержащего повышенное количество щелочных сульфатов, особенно в восстановительной среде, гранулы при­обретали большую пористость и малую прочность, в результате чего под действием истирающих нагрузок во вращаю­щейся печи они легко переходили в пылевидное состояние. Кро­ме того, если интенсивная возгонка R2SO4 совпадает с моментом агрегирования частиц материала в иечи, гранулообразование может вообще не происходить, а пылевидный материал будет непосредственно переходить в клинкерную пыль.

Процесс образоваия клинкерной пыли усугубляется в усло­виях длительной выдержки клинкера в печи. Установленное смещение процессов клинкерообразования при клинкерном пылении подтверждено при определении скорости движения материала в печах. Из приведенных на рис. 89 данных видно, что максимальная скорость движения материала в печах при клинкерном пылении на 90—120 м составляет > 10 м/мин. С появлением жидкой фазы по мере продвижения к выходно­му обрезу печи скорость перемещения материала уменьшалась, причем в большей степени в печах при клинкерном пылении.

В результате суммарное время пребывания клинкера в зонах спекания и охлаждения в печах при оптимальной гра­нуляции составляло 52—64 мин, при клинкерном пылении — 85— 104 мин, а длительность выдержки в печи готового клин­кера с полностью усвоенным оксидом кальция в среднем состав­ляла соответственно 25 и 75 мин.

Установлено, что при замедленной скорости охлаждения

Клинкера в интервале 1450—1100°С в течение 75 мин происходит снижение прочности клинкерных спеков в 1,5—2 раза. Для того, чтобы установить интервал температур, приводящий к наиболь­шему снижению прочности спеков, клинкер после спекания при температуре 1450°С подвергали охлаждению со скоростью 50°С/мин в печи и дополнительной выдержке при температурах 1550, 1500, 1400, 1350 и т. д. с интервалом 50 град с последую­щим охлаждением на воздухе.

Наибольшее снижение прочности клинкерных спеков про­исходило при длительной выдержке клинкера в интервале тем­ператур 1200—1300°С, соответствующем кристаллизации клин­керного расплава (рис. 90). При этом наблюдается наиболь­шая степень закристаллизованности жидкой фазы, образование обогащенных оксидом алюминия алюмоферритов кальция, что и приводило к разупрочнению спеков.

Изучение Процесса клинкерного пыления с разработкой способа получения гранулированного клинкера

Рис. 90. Прочность на сжатие спеков смесей Белгородского (1), Старооскольского (2), Ахан - гаранского цементных заводов, содержащих Ре2Оз 2,74% (3) и 3,76% (4).

Анализ режимных параметров работы вращающихся печей при различной гранулометрии клинкера, а также эксперименты по изучению влияния отдельных параметров процесса на усло­вия обжига и грансостав клинкера показали, что при работе на любом виде топлива высокая температура и повышенное содержание кислорода в отходящих газах приводят к удалению максимума на кривой температуры корпуса от выходного обреза печи, длительной выдержке клинкера в области высоких температур и интенсивному клинкерному пылению (табл. 39).

Таблица 39

Влияние режимных параметров работы печей различных заводов

На грансостав клинкера

№ ШІ

Топливо

Удельный расход тепла, кДж/кг

Темпе­ратура отходя­щих газов, °С

Разре­жение В г о ловке, Па

Состав отходящих /о

Газов.

Расстоя­ние от точки с м аксималь - ной темпе­ратурой корпуса до выход­ного обреза, м

Содер­жание пыле­видной

Фракции

%

Со2

О2

Со

СОаР

.V

Старооскольский

1

Газ

6893

280

50

20,0

3,0

0

23,3

30

60

2

Газ

6893

280

50

20,4

2,6

0

23,3

26

55

3

Газ

6599

-220

25

21,8

2,0

0

24,0

17

0

4

Газ

6453

210

15

22,7

И

0

24,7

15

0

Карачаево-Черкесский

5

Мазут

6981

270

14

21,1

3,8

0

25,8

32

28

6

Мазут

6834

265

10

22,5

2,8

0

26,0

25

15

7

Мазут

6746

260

10

24,2

1,6

0

26,3

16

5

8

Мазут

6687

240

8

24,8

1,2

0

26,3

14

3

Топкинский

9

Уголь

7039

280

70

19,6

4,4

0

26,4

28

29

10

Уголь

6981

250

50

22,4

3,6

0

27,0

20

24

11

Уголь

6629

185

30

25,1

2,3

0

28,2

15

2

12

Уголь

6335

180

15

26,6

1,3

0

28,4

13

1

Жигулевский

13

Мазут

6687

270

20

22,5

2,4

0

25,4

23

28

14

Мазут

6629

260

24

21,1

3,8

0

25,6

19

18

15

Мазут

6570

250

22

24,0

1,6

0

26,0

13

3

16

Мазут

6511

240

8

24,4

1,5

0

26,3

11

I

При смещении области максимальных температур корпуса с 30—19 м на расстояние 17—11 м от горячего обреза печи, что достигается уменьшением' содержания кислорода и сопро­вождается снижением температуры отходящих газов, клинкер­ное пыление удается полностью ликвидировать.

Существенное влияние на режим горения топлива и положе­ние зоны спекания в печи оказывает работа колосникового холодильника. Установлено, что устойчивая работа печей с оп­тимальной грануляцией клинкера может быть обеспечена лишь при достижении теплосодержания вторичного воздуха 1000 кДж/кг клинкера и кпд 0,8—0,85. Из приведенных в табл. 40 данных видно, что при недостатке воздуха, подавае-

Мого в холодильник (2,05 и 1,9 нм3/кг), не обеспечивается достаточное охлаждение клинкера, и существенно возрастают потери тепла (примеры 1, 4). В этих условиях, несмотря на высокую температуру вторичного воздуха (530 и 550°С), вслед­ствие относительно малого его количества, теплосодержание составляет 913 и 858 кДж/кг при кпд холодильника 0,65 и 0,60. На примере экспериментов 2 и 5 показано, что при уве­личении количества вторичного воздуха с одновременным сни­жением температуры также не удалось обеспечить высокую сте­пень использования тепла в холодильнике. Максимальное теплосодержание вторичного воздуха обеспечивается достиже­нием высокого количества его при оптимальном значении тем­пературы 450—500°С. В этих условиях достигается макси­мальный кпд холодильника (0,82—0,86), и до 0,16—0,35 нм3/кг клинкера сокращается поступление в печь холодного воздуха.

Высокое теплосодержание вторичного воздуха и снижение до минимума количества холодного воздуха, поступающего в печь, способствуют удлинению и приближению факела к горячему обрезу. В результате зона спекания также приближается к вы­ходному обрезу, происходит более равномерная подготовка и обжиг клинкера, предотвращается клинкерное пыление.

В результате выполненных исследований [32, 432] и в раз­витие работ [220, 398—411, 418—423, 484, 485] представляется следующий механизм клинкерного пыления.

Процесс образования клинкерной пыли можно условно разделить на следующие этапы:

1) Образование (спекание) клинкерных гранул.

2) Разупрочнение гранул с образованием пористой струк­туры.

3) Разрушение клинкерных гранул в частички пыли.

Наличие процессов образования и разрушения гранул под­тверждено анализом многочисленных проб материала, отоб­ранных по длине вращающихся печей. В отдельных случаях указанные процессы протекают одновременно, и тогда про­межуточная грануляция клинкера не наблюдается.

Разупрочнению клинкерных гранул способствуют следую­щие процессы:

— замедленная скорость охлаждения клинкера в печи, когда создаются условия для наиболее полной кристалли­зации жидкой фазы и образования обогащенных оксидом алюминия алюмоферритов кальция, характеризующихся пони­женной прочностью и плотностью;

— многостадийная последовательная кристаллизация жид­кой фазы, когда остаточное количество расплава кристаллизу­ется после завершения формирования основной кристалличе­ской структуры клинкерной гранулы;

— модификационные превращения основных клинкерных минералов, протекающие в процессе кристаллизации жидкой фазы и при более низких температурах, в частности, переход а-^а1—C2S сопровождается такими же объемными деформа­циями, как и Р-^Y переход;

— выделение газовой фазы при наличии в обжигаемом материале жидкой фазы, препятствующей этому процессу, вследствие чего может происходить разрыхление структуры и даже вспучивание конгломерата подобно производству ке­рамзита и пеностекла. Газовая фаза в высокотемпературных зонах печи может выделяться вследствие образования про­межуточных соединений — спуррита и силикосульфата каль­ция и возгонки легколетучих компонентов. Возгонка примесей усиливается в восстановительной среде. Кроме того, восста­новительная среда приводит к частичной диссоциации Fe203 с выделением 02, что также способствует снижению прочности спеков, а при замедленной скорости охлаждения в интервале 1450— 1100°С происходит полное рассыпание клинкера.

Процесс разрушения клинкерных гранул в пыль может идти по нескольким механизмам. Специально проведенными нами на Топкинском цементном заводе экспериментами путем умень­шения количества и увеличения температуры вторичного воз­духа (т. е. уменьшения энтальпии) удавалось воспроизвести начальный процесс образования клинкерной пыли на пороге вращающейся печи, который сводился к следующему.

При температуре 1200—1300°С на поверхности клинкерных гранул создается тонкий гетерогенный слой достаточно высокой пористости, содержащий некоторое количество жидкой фазы. При вращении печи этот слой налипает на поверхность фу­теровки или обмазки, и гранула «раскатывается» по внутрен­ней поверхности печи. В процессе эксперимента это было заме­чено по увеличению подъем-а клинкерных гранул и быстрому увеличению слоя пористой обмазки на пороге печи.

Таблица 40

Соцз

Тцз

Оптималь­

Оптималь­

Показатели

Размер­

Клинкерное пылен не

Ная гра­

Клинкерное пыленне

Ная гра­

Пп

Ность

Нуляция

Нуляция

I

2

3

4

5

6

1

•)

1

'

І.

;

Х Я

1

Температура клинкера на вхо­

°С

1280

1120

1180

1300

1100

1200

Де в холодильник

2

Количество тепла, поступаю­

КДж/кг

1404

1200

1290

1430

1170

1310

Щего в холодильник

Нм3/кг

3

Кол ичество воздуха острого

0,50

0,46

0,57

0,40

0,46

0,45

Дутья

Нм3/кг

4

Количество воздуха общего

1,55

1,84

2,37

1,50

1,74

2,25

Дутья

Нм3/кг

5

Общее количество воздуха

2,05

2,30

2,94

1,90

2,20

2,70

6

Давление под решеткой горя­чей камеры

Па

500

600

1200

350

450

700

7

Температура вторичного воз­духа по прибору

°С

880

550

680

900

660

760

Температура вторичного воз­

°С

530

350

450

550

385

500

Духа, замеренная отсасываю­

Щей термопарой

8

Температура клинкера после холодильника

°С

250

180

55

270

220

95

9

Температура избыточного воздуха

°С

190

200

ПО

200

160

130

10

Количество избыточного

Нм^/кг

1,09

1,51

0,91

1,27

1,00

0,93

Воздуха

Параметры работы холодильников Старооскольского и Топкинского цементных заводов

О к о!1 Ч СІ Н И Г Т <1 б.1 и II ы 40

1

11

Энтальпия охлажденного клинкера

КДж/кг

212

148

43

231

183

75

12

Энтальпия избыточного воздуха

КДж/кг

276

402

133

338

212

158

13

Суммарные теплоиотери

КДж/кг

488

550

176

569

395

233

14

Энтальпия вторичного воздуха

КДж/кі

О,

913

647

1110

858

772

1074

15

Объем вторичного воздуха

Нм /кг

1,25

1,37

1,81

1,13

1,48

1,56

16

Суммарный объем холодного воздуха (первичный воздух + подсосы)

Нм3/кг

0,85

0,82

0,16

0,93

0,52

0,35

17

КПД холодильника

0,65

0,54

0,86

0,60

0,66

0,82

Подобный механизм подтверждается многими исследова­телями, утверждающими, что при клинкерном пылении в печи образуется пористая рыхлая обмазка. Этот процесс аналогичен наблюдаемому в технологии производства асбестоцементных изделий, когда при формировании изделий асбестоцементная пленка переходит с менее плотной поверхности барабана на более плотное сукно. Такой механизм разрушения связан с тем, что предварительно должны образоваться пористые гранулы, поверхностный слой которых может переходить на поверх­ность футеровки. При этом не исключаются и другие механизмы разрушения, в частности, истирание малопрочных поверх­ностных слоев зерен клинкера.

Для проверки возможности повторного спекания клинкерной пыли были проведены следующие эксперименты. Пылевидный клинкер подвергали рассеву на ситах с выделением фракций размером 2,5; 1,25; 1 и 0,63 мм. Дополнительно растирали усредненную пробу клинкера до полного прохождения через сито № 008. Каждую фракцию подвергали повторному спе­канию при температуре 1450°С. Прочности полученных спеков находились в обратной зависимости от фракционного состава. Наибольшей прочностью обладали образцы, полученные из пов­торно измельченного клинкера. Спеки, полученные из частиц размером 2,5; 1,25; 1 и 0,63 мм, легко разрушались в руках.

Данные факты свидетельствуют о том, что если произошло разрушение клинкерных зерен в пыль, то в последующем могут образоваться лишь пористые пемзообразные конгломера­ты, повторное же спекание пылевидного клинкера с образова­нием прочных клинкерных гранул не может быть достигнуто.

В результате исследования процесса клинкерного пыления в промышленных условиях на многих цементных заводах, а также на основании лабораторных экспериментов разработан комплекс технологических, режимных и конструкторских решений, направленных на сокращение длительности выдержки клинкера при высоких температурах и позволивших после их внедрения практически предотвратить клинкерное пыление на 36 печах 11 цементных заводов. Конкретные мероприятия по модернизации оборудования и оптимизации режима обжига клинкера во вращающихся печах приведены в заключитель­ном разделе 4.4 данной главы.

ОБЖИГ ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА

Превращения В портландцементных смесях

Физико-химические процессы, протекающие при нагревании сырьевых цементных шихт, достаточно подробно изучены в мно­гочисленных работах [10, 20, 37—42, 50, 60—69, 100, 105, 106, 108, 113, 121, 132, 136—144, 155, 181, 241, …

Влияние Различных факторов на расход тепла При обжиге цементного клинкера

Расход тепла на обжиг клинкера составляет значительную величину энергетических затрат при производстве цемента, поэ­тому нахождение эффективных путей снижения расхода топли­ва является важной технико-экономической задачей. Снижение удельного расхода тепла имеет большое …

Влитие параметров процесса обжига клинкера на скорость движения и структуру материального потока во вращающихся печах

Эффективная работа вращающихся печей в значительной степени определяется интенсивностью теплообмена и, следова­тельно, зависит от характера движения материала в них [109—111, 248, 287—298]. Поэтому изучение закономерностей движения материала во вращающейся печи …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.