Помол клинкера
Процесс помола
Помол клинкера — важный технологический процесс, один из наиболее энергоемких в цементном производстве. Многие свойства цемента (активность, интенсивность нарастания прочности, морозостойкость и др.) зависят не только от химического и фазового состава клинкера, но и от тонкости помола.
Клинкер и добавки измельчают в трубных мельницах открытого и замкнутого цикла. Конструкции, принцип действия, технические характеристики помольных мельниц, а также основные схемы помола аналогичны рассмотренным в гл. 4.
При измельчении клинкера необходимо учитывать его высокую твердость. Кроме того, для получения качественного цемента нужно, чтобы зерна клинкера имели заданный состав. При помоле в разных фракциях клинкера содержание минералов неодинаково. В мелкой фракции (0—20 мкм) обычно больше C3S и СзА, а более крупные фракции обогащаются C2S и C4AF. Наибольшее влияние на прочность цемента оказывает фракция от 5 до 30 мкм. Ее количество в высокопрочных и быстротвердеющих цементах должно быть в пределах 45—70 %. Фракция менее 5 мкм оказывает решающее влияние лишь на прочность цемента в первые сутки твердения. Повышение ее количества до 20—25 % ведет к переводу цемента в разряд быстротвердеющих. Фракция 5—10 мкм влияет на прочность цемента в трех- и семисуточном возрасте, а фракция 10—30 мкм в возрасте 1 мес и более. Фракции цемента более 60 мкм практически являются балластом.
Химический и минералогический состав клинкера определяют его размалываемость (способность к измельчению). Этот показатель оценивается условно, применительно к способу измельчения и агрегату, в котором производится измельчение. Кроме того, размалываемость зависит от режима и способа обжига (в шахтных или вращающихся печах). Размалываемость характеризуется коэффициентом размолоспособности, равным 1 для клинкеров вращающихся печей средней размолоспособности; 0,8—0,9 — с повышенной и 1,1—с пониженной размолоспособностью. Чем выше коэффициент размолоспособности, тем быстрее измельчается клинкер и тем больше производительность мельницы. С повышением пористости клинкера сопротивление его размолу снижается. Так, клинкер шахтных печей более пористый, так как из гранул выгорает уголь, поэтому коэффициент его размолоспособности принимают равным 1,15—1,25. Отмечено, что при росте силикатного модуля размалывае- мость уменьшается. Высокое содержание C2S также ухудшает размалываемость клинкера, в связи с налипанием частиц на мелющие тела и с агрегацией.
Образование клинкерных минералов частично происходит в жидкой фазе. При очень быстром охлаждении клинкера размалываемость его понижается в результате содержания в нем жидкой фазы (клинкерного стекла). Доля жидкой фазы определяет размалываемость клинкера. Чем больше жидкой фазы, тем труднее размолоть клинкер. Высокая влажность материалов, питающих мельницу, также отрицательно сказывается на процессе помола и увеличении расхода энергии.
Тонкость помола цемента характеризуется по остатку на сите № 008 и составляет 8—12 % для большинства цементов (по ГОСТ 310.2—76 этот остаток не должен превышать 15 %). Более точна характеристика тонкости помола по удельной поверхности, определяемая методом фильтрации воздуха через слой спрессованного порошка на стандартном приборе — поверхностемере ПСХ-4. Удельная поверхность цементов около 2500— 3000 см2/г при остатке на сите № 008 5—8 %• Быстро- твердеющие цементы имеют высокую удельную поверхность (3500—4500 см2/г). С увеличением удельной поверхности цемента прочность и скорость твердения возрастают сначала достаточно интенсивно, а затем медленнее. Однако, когда удельная поверхность достигает 7000 см2/г, наблюдается некоторое снижение прочности, что объясняется более высокой водопотребностью тонко- измельченного цемента. Высокая .удельная поверхность отрицательно влияет также на морозостойкость цементов.
Расход электроэнергии на получение 1 т цемента 35—40 кВт/ч. С повышением тонкости помола затраты электроэнергии возрастают в большей мере, чем степень измельчения. Так, увеличение тонкости помола на каждый 1 % уменьшения остатка на сите № 008 повышает расход электроэнергии на 4—6 % и снижает производительность мельницы на 3—5 %.
Интенсификация процесса помола клинкера достигается рациональным подбором ассортимента мелющих тел, применением футеровки самосортирующих броневых плит, аспирацией мельницы и впрыскивания в последнюю камеру воды, введением поверхностно-активных веществ (ПАВ).
Эффективность действия мелющих тел зависит от степени заполнения ими объема отдельных камер мельницы: для камеры грубого помола в пределах 26—32; среднего — 26—30 и тонкого — 24—30. Применение самосортирующих броневых плит повышает производительность мельниц на 5—7 %.
Производительность мельниц увеличивается и при аспирации рабочего пространства мельниц. Просасыва- нием воздуха через мельницу из нее удаляется часть тонких частиц и тем самым уменьшается налипание их на мелющие тела; снижается температура среды в мельнице, что также благоприятно отражается на процессе измельчения. Оптимальная скорость аспирации воздуха в полости барабана мельницы 0,5—0,7 м/с.
На последних стадиях измельчения клинкера температура в мельнице поднимается до 150—160 °С, при этом производительность резко падает. Для снижения температуры и улучшения условий помола в последнюю камеру мельницы впрыскивают распыленную воздушно-водяную смесь, что повышает производительность ее на 15— 20%. Количество воды не должно превышать 1,5% массы цемента.
При достижении цементом .удельной поверхности 3500—4000 см2/г наблюдается агрегатирование частиц, ухудшается перемешивание цемента при затворении и повышается водопотребность. Агрегатирование резко снижается при применении ПАВ. Некоторые ПАВ одновременно с интенсификацией помола положительно влияют на строительно-технические свойства цемента — повышают морозостойкость, являются пластификаторами, гидрофобизаторами и т. п. В качестве ПАВ в основном используют катион-активные соединения: сульфитно- дрожжевую барду (СДБ), триэтаноламин (ТЭА), смесь СДБ и ТЭА в соотношении 1:1, мылонафт и др. При введении ТЭА в количестве 0,015—0,03 % по массе производительность мельниц повышается на 20—35 %, удельный расход электроэнергии уменьшается на 10— 35%.
