Процессы при обжиге
Процессы, протекающие при обжиге сырьевой смеси
При обжиге сырьевой смеси при 1300—1450 °С в результате физико-химических и термохимических процессов получают портландцементный клинкер, состоящий как отмечалось ранее, из четырех основных клинкерныл минералов: трехкальцневого силиката C3S (алита) двухкальциевого силиката C2S (белита), трехкальцневого алюмината С3А и четырехкальциевого алюмоферрита C4AF.
Процесс образования клинкерных минералов при обжиге, минералогический состав получаемого клинкера и свойства портландцемента зависят от физико-механических свойств и химического состава обжигаемой сырьевой смеси, вида и качества топлива, температурь и продолжительности обжига, а также от скорости ох лаждения клинкера.
Клинкер получают во вращающихся печах, применте мых как при мокром, так и при сухом способах произ водства портландцемента.
Характер физико-химических реакций, протекающи при обжиге сырьевых смесей, приготовленных по мокро му или по сухому способу, по-существу, одинаков и оп ределяется температурой нагревания материала.
При обжиге в печи по характеру определенных пре- ррашений сырьевой смеси можно выделить шесть температурных участков-зон: I — до 200 °С, испарение (подушка материала); II—200—800°С, подогрев (дегидратация)' III — 800—1200°С, декарбонизация (кальцинирование); IV— 1200—1300 °С, экзотермические реакции; V— 1300—1300 "С, спекание; VI — 1300—1000°С, охлаждение.
Рассмотрим процессы, протекающие при обжиге сырьевой смеси во вращающейся печи, работающей по мокрому способу.
Исходное сырье — шлам поступает в зону / — зону подсушки с начальной влажностью 35—42 %. В этой зоне сначала происходит разжижение шлама, вызванное его нагреванием. Затем по мере нагревания и испарения механически примешанной к нему воды шлам загустевает (увеличивается его вязкость), в результате чего образуются комья. При дальнейшем нагревании комья распадаются на мелкие гранулы. Скорость распада комьев зависит от пластичности исходных компонентов сырьевой смеси.
В следующую зону — зону подогрева материал поступает с температурой около 90—110°С и нагревается до 500—650 °С. В этой зоне начинаются химические реакции, изменяется химический состав и физические свойства сырьевой смеси. Органические вещества разлагаются и дегидратируется глинистый компонент. При дегидратации, начинающейся при температуре 450 °С, каолинит распадается на свободные оксиды Si02 и А1203. В результате дегидратации ухудшаются пластические свойства глинистого компонента, что приводит к превращению гранул в порошкообразную массу.
В зоне декарбонизации известняковый компонент сырьевой смеси разлагается по реакциям: СаСОэ= =Ca0 + C02; MgC03=Mg0+C02. Образовавшееся значительное количество свободной извести в виде тонкодисперсного порошка вступает во взаимодействие с кремнеземом и полуторными оксидами глинистого компонента, в результате чего получают клинкерные минералы. Эти реакции протекают в твердом состоянии (в твердых фазах) с большим выделением теплоты и сопровождаются превращением порошкообразной массы Е крупные гранулы.
Углекислый газ С02, образовавшийся в результате разложения СаС03 и MgC03> удаляется из печи с о; ходящими газами.
Зона декарбонизации является основной теплопо- требляющей зоной в печи.
Дальнейшее увеличение температуры материала я 1300 °С происходит в экзотермической зоне за счет вя деления теплоты при реакциях образования двухкаль- циевого силиката C2S, алюминатов С3А5 и С3А и алюмо- ферритов. При этом в сырьевых компонентах быстро уменьшается содержание свободной извести.
Наиболее ответственная часть печи — зона спекания где при 1300—1450 °С завершается процесс клинкеропб- разования. В зоне спекания материал расплавляется, в результате чего образуется жидкая фаза. Жидкая фаза вступает во взаимодействие с продуктами реакции в твердом состоянии, т. е. начинается процесс спекания. В начальный период спекания в состав жидкой фазы входят С3А, C4AF, СаО, MgO, при этом C2S находится в твердом состоянии. По мере повышения температуры C2S быстро растворяется в жидкой фазе, насыщается известью СаО до образования 3Ca0-Si02(C3S). C3S выделяется из жидкой фазы в виде кристаллов. Размер кристаллов C3S, зависящий от режимов обжига и охлаждения, влияет на прочность цемента. Наиболее прочные цементы дают клинкеры с мелкокристаллической структурой C3S. При длительном пребывании клинкера в зогіе спекания и медленном охлаждении кристаллы Сз» укрупняются, что приводит к понижению прочности цемента. При понижении температуры до 1300°С жидкая фаза начинает застывать, процесс спекания заканчивается.
В зоне охлаждения температура клинкера снижается до 1100—1000 °С. Жидкая фаза застывает, частично вы деляя кристаллы минералов С3А, C4AF, C2S, MgO |i частично переходя в стекловидное состояние. Из эт$ зоны клинкер поступает в холодильник печи для окон чательного охлаждения.
Качество клинкера повышается при быстром его ох лаждении, так как при этом не происходит роста крис таллов C3S и C2S, жидкая фаза в большей мере остас* ся в стекловидном состоянии и большая часть MgO od храняется в клинкерном стекле.
