Процессы клинкерообразования
Влияние различных факторов на процессы клинкерообразования
Химический состав сырьевой смеси оказывает существенное влияние на скорость реакций, протекающих при обжиге клинкера, и предопределяет длительность процесса клинкерообразования в целом.
Увеличение содержания СаО в сырьевой смеси, т. е. повышение значения коэффициента насыщения КН, приводит к повышению содержания в клинкере алита C3S и требует большей продолжительности или повышенной температуры обжига для получения портландцемента, не содержащего свободной СаО.
Повышенное значение силикатного модуля п, обусловленное повышенным содержанием в сырьевой смеси Si02, сопровождается возрастанием в клинкере количества минералов-силикатов (C3S + C2S) и уменьшением минералов-плавней (C3A+C4AF), что также затрудняет спекание сырьевой смеси. Это вызвано тем, что С3А и C4AF плавятся при высоких температурах и от их содержания в смеси зависит количество образующегося расплава. Увеличение же количества расплава в спекшемся материале расширяет сферу реакции образования C3S, чем и объясняется лучшая спекаемость сырьевых смесей с низким значением силикатного модуля. Однако 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 сырьевой смеси для получения портландцемента составляет от 25 до 30 %, при этом содержание минералов-плавней рекомендуется изменять в пределах 20—25 %, а силикатный модуль — 1,5—2,5.
При значениях глиноземного модуля р до 1,4—1,8 СаО усваивается достаточно интенсивно. Дальнейшее увеличение р затрудняет спекание за счет повышения вязкости клинкерного расплава и способствует появлению в клинкере свободной СаО. Пониженное значение р благоприятно влияет на спекаемость смесей с высоким силикатным модулем, так как в этом случае образуется менее вязкий расплав, чем расплав с высоким содержанием А1203. Поэтому рекомендуется при я>2,5 глиноземный модуль понижать до единицы.
Таким образом, между спекаемостью клинкера, к» эффициентом насыщения КН и модулями пир сущесЛ вует непосредственная связь: чем выше КН, тем ху спек клинкера, тем больше в смеси неусвоенной СаО Спекаемость также ухудшается и с увеличением меду леи п и р.
Минералогический состав сырьевой смеси также cv щественно влияет на спекаемость клинкера. Реакцион ная способность смесей в значительной степени зависчі от реакционной способности алюмосиликатного компонента. Значительно меньшей активностью, чем глинистые минералы, обладают кварц и полевые шпаты. И} карбонатных пород самым реакционным является мел Смеси, в которые вместо карбонатов вводится Са(ОН)2, проявляют высокую активность. Это объясняется тем что СаО, полученная из Са(ОН)2, активнее СаО, образовавшейся из СаС03. Если в состав смеси ввести негашеную СаО, то ее реакционная способность снижается, так как под действием высоких температур происходит рекристаллизация[6].
Наиболее благоприятными для протекания реакции клинкерообразования являются мергели, в которых гли нистый и известняковый компоненты обеспечивают высокую реакционную способность смесей.
Замена глинистого компонента в сырьевой смесії шлаком приводит к снижению активности, особенно заметно при введении кислых шлаков, содержащих сложные алюмосиликатные соединения, которые после химического распада вступают во взаимодействие с известью. Поэтому степень усвоения извести в известково шлаковых смесях при низких температурах минимальна Максимум усвоения извести происходит в интервале 1300—1400 °С. Основные шлаки активнее кислых, та как в них содержатся C2S, C3S2 и CS.
Процессы клинкерообразования в значительной етт пени зависят от тонкости помола сырьевой смеси и рав номерности ее зернового состава. Повышение тонкості помола ускоряет реакции в твердом состоянии. Установ лено, что в грубодисперсных смесях значительно чаще чем в тонкодисперсных, остается неусвоенная известь крупные зерна не успевают полностью прореагировать Б процессе обжига и остаются в клннкере в свободном состоянии, что приводит к изменению минералогического состава клинкера и ухудшению свойств полученного из него цемента. Допустимая тонкость помола сырья в значительной степени определяется его минералогической природой. Так, сырьевые смеси на мергелях, белитовых ціламах и доменных шлаках требуют меньшей тонкости помола, чем на карбонатно-глиняном сырье.
Большое значение при клинкерообразовании имеет в температура обжига. При высоких температурах ускоряется синтез алита, резко снижается вязкость жидко» фазы, увеличивается ее количество, что оказывает решающее влияние на процессы получения плавленых цементов. Установлено, что при 1600 °С реакции минералооб- разования в сырьевой смеси заканчиваются за 5—10 мин, при 1700—1800 °С — за несколько секунд, а в интервале 1900—2000 СС — за доли секунд. Однако значительное повышение температуры обжига во вращающихся печах сдерживается пока из-за отсутствия огнеупоров для футеровки зоны спекания требуемого качества.
Температуру обжига сырьевых смесей с повышенными значениями КН и силикатного модуля п, а также смесей, содержащих грубодисперсные частицы, рекомендуется увеличивать до 1480—1500 °С. При высоком содержании минералов-плавней в смеси (низкое значение п) следует снижать температуру обжига, чтобы предотвратить образование в обжигаемом материале большого количества расплава и, следовательно, сваров и комьев.
Минерализаторы — вещества, вводимые в сырьевую смесь в количестве 0,1—1 % и участвующие в образовании клинкерных минералов при обжиге. Минерализаторы могут частично входить в состав сырьевых минералов.
Наиболее часто в качестве минерализаторов используют фтористые и кремнефтористые соединения: плавиковый шпат — флюорит CaF2, кремнефтористый натрий Na2SiF2, апатит Ca5(P04)3F, некоторые сульфаты (гипс, фосфогипс), хлориды, нитраты.
Введение минерализаторов увеличивает количество расплава, изменяет его свойства и создает благоприятные условия для растворения СаО и C2S и кристаллизации алита.
Минерализаторы рекомендуется применять при обжиге трудноспекающихся сырьевых смесей, т. е. смесей
с повышенными значениями КН, пир, а также смесеІІ содержащих кристаллический кварц и известняк.
Применение минерализаторов дает возможность па высить производительность печей на 8—10 % и снизит| расход топлива на 5—7 %
Таким образом для производства портландцементнц. го клинкера рекомендуется выдерживать его состав в следующих пределах: C3S=52—62%; C2S = 14—24%; C3S+C2S=75—78 %; C4AF=12—16%; C3A=5—8%; C3A + C4AF= 18—22 %; KH = 0,88—0,92; n= 1,9—2,5 и p = = 1-1,4.
