Система мониторинга обжига сырьевой смеси и получения клинкера в производстве цемента

Система мониторинга обжига сырьевой смеси и получения клинкера в производстве цемента

Одним из наиболее важных технологических процессов в производстве цемента является обжиг сырьевой смеси и получение клинкера. Этот процесс протекает при температуре 1400…1500°С. При этом качество клинкера и в дальнейшем свойства цемента зависят как от физических свойств и химического состава обжигаемой сырьевой смеси, так и от поддержания на заданном уровне необходимых технологических параметров, т.е. от правильного ведения процесса обжига с максимальным учетом всех возможных параметров и воздействий, влияющих на этот процесс.

Клинкер обжигают главным образом во вращающихся печах, являющихся основным оборудованием печных агрегатов. Например, на ОАО «Мыколаевцемент» печной агрегат кроме печи включает в себя и другие механизмы и аппараты, которые показаны на рис.1.

Рис.1. Упрощенная технологическая схема мониторинга процесса обжига

С целью рационального ведения технологического процесса, который бы максимально приближался к оптимальному, ТОО «ВОТУМ» на основании технических требований ОАО «Мыколаевцемент» разработало и внедрило для двух вращающихся обжиговых печей автоматизированную систему мониторинга обжига сырьевой смеси и получение клинкера.

Рис.2. Схема функциональная комплекса технических средств (для одной печи)

Поставленную техническую задачу ТОО «ВОТУМ», являющееся системным интегратором компании Schneider Electric на Украине, выполнило на базе программируемых логических контроллеров серии Modicon TSX типа Premium и Micro (см. рис.2).

В целом система мониторинга осуществляет визуализацию на мониторе и регистрацию следующих параметров:

• температуры дымовых газов на входе и выходе электрофильтра, на выходе из печи, зоны подогрева и зоны кальцинирования печи, топливного газа перед сужающим устройством, подшипников дымососа и редуктора главного привода;
• давления и перепада давления топливного газа на сужающем устройстве;
• разрежения перед электрофильтром, в пылеосадительной камере и головке печи;
• концентрации в дымовых газах О₂, СО₂, СО и NO;
• расхода шлама;
• тока нагрузки электродвигателей дымососа и главного привода печи;
• тока и напряжения на электродах 1-го, 2-го и 3-го полей электрофильтра;
• положения исполнительных механизмов направляющих дымососа, дозирования шлама и заслонки на подаче топливного газа.

При этом, система выполняет предупредительную и аварийную сигнализацию превышения температуры подшипников и дымовых газов на выходе из печи, аварийную сигнализацию отсутствия шлама в питателе, предупредительную сигнализацию снижения расхода шлама и снижения разрежения в пылеосадительной камере и головке печи.

Система мониторинга регистрирует и сигнализирует о состоянии (включенный / выключенный) следующих механизмов и оборудования:

• дымососа;
• главного привода печи;
• механизмов встряхивания коронирующих и осадительных электродов;
• питателей бункеров пыли;
• продольных, поперечных, наклонных шнеков;
• клинкерных транспортеров;
• пылевых насосов,

а также сигнализирует о верхнем и нижнем значениях уровня шлама в дозирующем бачке, отклонении от нормы давления масла в маслосистеме главного привода печи; осуществляет индикацию пяти дискретных значений скорости вращения печи.

Кроме этого, по специальным алгоритмам и эмпирическим формулам система рассчитывает расходы шлама (м3/ч), клинкера (т/ч) и согласно РД50-213-80 — некоммерческий расход топливного газа. Также предусмотрена возможность расширения функций системы в направлении учета параметров работы печи и соответственно учета посменной и месячной работы машинистов печей.

Система мониторинга состоит из совокупности существующих и дополнительно приобретенных (газоаналитический комплекс SICK ) периферийных средств, контейнеров, шкафов и пультов управления, которые соединены между собой с помощью контрольных и интерфейсных кабелей (см. рис.2). В частности:

• шкаф представляет собой металлоконструкцию фирмы SAREL (Франция) размером 1800х600х600 мм с контроллером TSX Premium , куда входят:
  • процессор TSXP57203M ;
  • модули аналогового ввода TSXAEY1600 и TSXAEY414 (2шт.);
  • модуль дискретного ввода TSXDEY16D2 ;
  • модуль аналогового вывода TSXASY410 ;
  • модуль дискретного вывода TSXDSY08T2 ;
  • модуль питания TSXPSY5500M
  • и др. коммутационная и вспомогательная аппаратура;

  Индустриальный компьютер с монитором и соответствующим программным обеспечением (HMI/SCADA) представляет собой операторскую станцию, которая выполняет следующие фунции:

  • представление информации о технологическом процессе в виде мнемосхем, цифровых значений, графиков и текстовых сообщений;
  • дистанционное управление;
  • сигнализацию о технологических отклонениях и аппаратных отказах;
  • регистрацию отклонений, отказов и данных технологического процесса в архивах.

  Система сбора данных и оперативного диспетчерского управления ( HMI/SCADA ) представляет собой прикладную Windows-программу (программный пакет). Система разработана с учетом особенностей конкретного пакета и имеет модульно-ориетированную открытую архитектуру. Она предназначена для работы с операционными системами компании Microsoft и построена в соответствии с требованиями стандарта архитектуры распределенного сетевого управления (DNA) (см. рис.3).

  Рис.3. Архитектура системы сбора данных и оперативного диспетчерского управления

  Поиск необходимой информации в операторской станции осуществляется с помощью диалога, предусматривающего работу с мнемосхемами, с сигнализацией, с архивами и выполнение некоторых системных процедур.

  Кроме главного окна программы в операторской станции имеется две основные технологические мнемосхемы под названиями «Печь» и «Фильтр» (см. рис.4 и рис.5).

  Рис.4. Мнемосхема вращающейся обжиговой печи «Печь»

  Рис.5. Мнемосхема системы электрофильтров и дымососа «Фильтр»

  Особенностью данной системы мониторинга является повышенное требование к детальной проработке графического отображения изменения (трендов) контролируемых параметров технологического процесса обжига. Для вызова отображения трендов используется пунк «Графики» меню главного окна программы, а также окон мнемосхем «Печь» и «Фильтр». Пример окна «Графики» показан на рис.6.

  

  Рис.6. Пример окна «Графики»

  Внедренная система мониторинга значительно расширила объем полезной информации о протекании процесса обжига. В распоряжение оператора обжиговой печи поступает в удобной для восприятия форме дополнительная информация о динамике процесса обжига, а также значения новых параметров, получаемых расчетным путем. В результате этого процес обжига на двух вращающихся печах ОАО «Мыколаевцемент» ведется на новом качественном уровне, что, по мнению специалистов, дает основание считать внедрение данной системы мониторинга экономически выгодным и целесообразным мероприятием.

  ГЛАВА VIII ОБЖИГ СЫРЬЕВЫХ СМЕСЕЙ И ПОЛУЧЕНИЕ КЛИНКЕРА

  Наиболее важная стадия процессов производства цемента — превращение тщательно подготовленной сырьевой смеси соответствующего химического состава в клинкер путем регулируемого сжигания топлива в обжигательной печи и дальнейшего охлаждения его в холодильнике печного агрегата. При этом качество клинкера и свойства цемента зависят от физических свойств и химического состава обжигаемой сырьевой смеси, вида и качества топлива, температуры и продолжительности обжига, а также от скорости охлаждения клинкера.

  § 38. Процессы, протекающие при обжиге клинкера

  Для образования клинкера из исходной сырьевой смеси минералы одного сырьевого компонента — известняка и минералы второго компонента — глины должны химически прореагировать между собой. В обычных условиях компоненты сырьевой смеси — известняк, глина и др. — инертны, т. е. не вступают в реакцию один с другим. При нагревании они становятся активными и начинают взаимно проявлять реакционную способность. Объясняется это тем, что с повышением температуры энергия движущихся молекул твердых веществ становится настолько значительной, что между ними происходит взаимный обмен молекулами и атомами с образованием нового соединения. Образование нового вещества в результате реакции двух или нескольких твердых веществ называют реакцией в твердых фазах.

  Скорость химической реакции возрастает, если часть материалов расплавляется, образуя жидкую фазу. Такое частичное плавление получило название спекания, а материал — спекшимся.

  Портландцементный клинкер обжигают до спекания. Спекание необходимо для более полного химического усвоения окиси кальция СаО кремнеземом Si02 и получения при этом трехкальциево- го силиката 3Ca0-Si02.

  Клинкер получают в тепловых агрегатах различных по конструкции и принципу действия. Вращающиеся печи — основной тепловой агрегат как при мокром, так и при сухом способах производства клинкера; в них получают примерно 98,1% клинкера от общего выпуска, 1,9% клинкера обжигают в шахтных печах.

  Обжигательным аппаратом вращающейся печи служит барабан, футерованный внутри огнеупорными материалами. Барабан установлен с наклоном на роликовые опоры. В поднятую концевую часть барабана поступает жидкий шлам или гранулы из сырьевой смеси или мука. В результате вращения барабана обжигаемый материал перемещается к опущенной концевой части печи. Топливо подается в барабан и сгорает со стороны опущенной концевой части. Образующиеся при этом раскаленные дымовые газы продвигаются навстречу обжигаемому материалу и нагревают его, а сами охлаждаются. Обожженный материал в виде клинкера выходит из барабана. В результате температура материалов в барабане по мере их движения все время возрастает, а температура газов — снижается.

  Физические свойства сырьевых смесей, приготовленных по сухому или мокрому способу, по мере их нагревания до определенных температур изменяются по-разному. После испарения воды в обоих видах сырьевых смесей при дальнейшем их нагревании протекают одни и те же химические реакции.

  распределение температуры материала и газового потока по длине барабана вращающейся печи, работающей по мокрому способу производства. По оси абсцисс отложена длина отдельных зон печи в процентах к общей длине барабана печи, а по оси ординат — температура материала и газового потока в каждой точке печи. Ломаный характер кривой температуры материала показывает, что при нагревании сырьевой смеси в ней происходят различные физико-химические процессы, в одних случаях тормозящие нагревание (пологие участки), а в других — способствующие резкому нагреванию (крутые участки).

  По характеру процессов температурные зоны в печи называют: / — до 200° С — испарения (сушка шлама); II — 200—800°С — по

  догрева (дегидратации); III — 800—1000° С — декарбонизации (кальцинирования); IV—1000—1300°С—-экзотермических реакций; V — 1300—1450—1300° С — спекания; VI — 1300—1000° С — охлаждения.

  В зоне испарения 1, находящейся в холодной части печи, поступающий шлам подвергается действию нагретых до высокой температуры отходящих дымовых газов. В результате шлам нагревается. Температура отходящих газов при этом снижается примерно от 800—1000 до 150—250° С.

  Часть зоны испарения влаги из шлама оснащается цепными завесами с целью интенсификации процесса сушки. При нагревании

  шлам вначале разжижается, а затем загустевает и при потере значительного количества воды превращается в крупные комья. При дальнейшем нагревании эти комья распадаются на значительно более мелкие гранулы, которые выходят из цепной завесы влажностью до 12%, а температурой около 90—100° С.

  Процесс испарения из шлама механически примешанной к нему воды (сушка шлама) длится примерно до температуры 200° С, так как влага, содержащаяся в тонких порах и капиллярах материала, испаряется медленно.

  В зоне подогрева II высушенный материал, продвигаясь вдоль печи, подвергается воздействию более горячих газов и нагревается примерно до 600° С. В этой зоне наряду с подогревом выгорают органические примеси и теряется вода, содержащаяся в минералах глинистого компонента. Потеря химически связанной воды (дегидратация) приводит к тому, что глинистый компонент теряет связующие свойства. При этом происходит частичное или полное разложение глинистых минералов на свободные окислы Si02 и AI2O3, а также декарбонизация углекислого магния. В результате дегидратации и распада минералов глинистый компонент теряет пластичность и рассыпается в порошок, который поступает в зону декарбонизации.

  В зоне декарбонизации III происходит процесс разложения углекислого кальция. Этот процесс протекает быстро в том случае, если температура достигает 900° С и более. Декарбонизация СаСОз требует значительных затрат тепла: для разложения 1 кг карбоната кальция по схеме СаСОз-* СаО + С02 требуется 1785 кДж (425 ккал), поэтому подводимое тепло расходуется на протекание

  реакции, а не на нагревание материала, что и обусловливает медленный рост температуры сырьевой смеси в этой зоне.

  В этой зоне возникают реакции между основным окислом СаО и кислотными окислами глинистого компонента Si02, А1203 и Fe203 с образованием основных соединений Ca0-Fe203, Са0-А1203 и Ca0-Si02. Процесс разложения известняка требует большого количества тепла, вследстие чего зона кальцинирования — наиболее напряженная в тепловом отношении часть печи. Температура обжигаемого материала в зоне декарбонизации колеблется в пределах 900—1200° С.

  В зоне экзотермических реакций IV взаимодействие между основным и кислотными окислами продвигающегося материала протекает с большой скоростью вследствие более высокой температуры. Эти твердофазовые реакции протекают с выделением тепла (экзотермические реакции). При температуре 1200°С и выше происходит насыщение образовавшихся ранее низкоосновных соединений до соответствующих клинкерных минералов. Однокальциевый силикат превращается в 2Ca0-Si02(C2S); однокальциевый алюминат— в ЗСа0-А1203(С3А); окись железа — в4Са-А1203Х XFe203(C4AF) или 2Ca0-Fe203.

  В результате бурного протекания этих реакций, сопровождающихся выделением большого количества тепла, температура материала поднимается на 200—250° С. При температуре 1300° С твердофазовые процессы образования минералов заканчиваются и материал к этому моменту состоит из образовавшихся соединений C2S, С3А, C4AF, Ci2A7, C2F, СаО, MgO и некоторых других соединений.

  В зоне спекания V материал частично плавится, т. е. спекается. Этот процесс начинается при температуре 1300° С, продолжается при дальнейшем повышении До 1450° С и последующем охлаждении до 1300° С. После расплавления в зоне спекания части материала и образования жидкой фазы в твердом состоянии остается главным образом только двухкальциевый силикат C2S, который частично также растворяется в жидкой фазе. Соединяясь в расплавленном состоянии с окисью кальция, C2S образует трехкальциевый силикат C3S. C3S менее растворим в расплаве, чем C2S, и поэтому выкристаллизовывается из жидкой фазы. При этом количество СаО и C2S в расплаве уменьшается и в нем растворяются новые порции этих соединений, которые опять вступают в реакцию и т. д. Известно несколько модификаций двухкальциевого силиката. Из них в портландцементе встречается главным образом р — 2Ca0-Si02.

  Образование C3S в условиях обжига завершается за 25—30 мин. За это время почти вся свободная окись кальция успевает раствориться в расплаве и принять участие в реакции образования трех- кальциевого силиката; часть двухкальциевого силиката остается непрореагировавшей.

  Трехкальциевый силикат 3Ca0-Si20 — главная составная часть портландцементного клинкера. Желательно, чтобы 3Ca0-Si02 был представлен в клинкере в виде хорошо оформленных некрупных кристаллов. Это достигается при сравнительно быстром обжиге и быстром охлаждении клинкера. Из зоны спекания клинкер поступает в зону охлаждения.

  В зоне охлаждения VI температура клинкера понижается с 1300 до 1000° С, в результате чего расплав кристаллизуется и из него выделяются минералы С3А, C4AF, C2S, MgO и в небольшом количестве C3S, а часть жидкой фазы затвердевает в виде стекла. Охлаждение клинкера ниже 1000° С производится в холодильниках.

  Количество жидкой фазы, образующейся при обжиге портландцемента в зоне спекания вращающейся печи, колеблется обычно в пределах от 15 до 30%. При быстром охлаждении жидкая фаза может застыть в виде стекла, а при медленном — полностью закристаллизоваться. В заводских условиях производства процесс охлаждения протекает обычно не настолько медленно, чтобы вся жидкая фаза успела закристаллизоваться, но и не столь быстро, чтобы произошло полное превращение жидкой фазы в стекло. Поэтому часть охлажденной жидкой фазы представлена в виде стекла, а часть — в виде кристаллов. Не входившая при обжиге в состав жидкой фазы более значительная (70—85%) часть клинкера находится полностью в кристаллическом состоянии.

  К основным клинкерным фазам относят алит, белит и заполняющее пространство между ними промежуточное вещество. В составе алита — трехкальциевого силиката — в твердом растворе имеются включения небольшого количества окиси магния, окиси алюминия, окиси и закиси железа, щелочей и некоторых других соединений. Белит состоит в основном из |>-C2S и небольшого количества других модификаций двухкальциевого силиката, окиси магния, окиси алюминия, окиси железа, щелочей и некоторых других соединений, стабилизирующих p-C2S. В промежуточное вещество входят минералы (алюминаты и алюмоферриты кальция), оставшиеся свободными СаО и MgO и не успевшие закристаллизоваться в стекло.

  В составе алюминатов и алюмоферритов кальция в твердом растворе могут находиться включения небольшого количества окиси магния, щелочей и некоторых других соединений.

  Содержание свободной ОКИСИ кальция не должно превышать так как в противном случае цемент при затворении будет неравномерно изменяться в объеме, что вызывается запоздалой гидратацией пережженной СаО. Содержание окиси магния не должно быть более 5%.

  В процессе обжига при температуре 1450° С и выше получается неактивная MgO, называемая периклазом и обладающая свойством очень медленно (несколько лет) гидратироваться в воде. Медленный процесс гидратации периклаза при повышенном содержании его в клинкере вызывает значительные напряжения и явления неравномерности изменения объема цементного камня, т. е. трещины в бетоне.

  Содержание щелочей в клинкере составляет обычно 0,3—1% и в отдельных случаях достигает 1,5%. ГЦелочи, как правило, замед:. ляют процесс спекания клшпсера. Весьма существенно влияют щелочи на образование трехкальциевого силиката. Обычно при значительном количестве калия наблюдается избыточное содержание СаО, которое в цементе приводит к растрескиванию и разрушению бетонных изделий.

  Смотрите также:

  В состав клинкерных минералов входит каждый из исходных компонентов сырьевой смеси.
  вания трехкальциевого силиката температуру обжига клинкера увеличивают до 1450° С. В качестве установок для получения клинкера могут быть использованы.

  Основной задачей является получение клинкера с заданным фазовым (минеральным) составом, что зависит от состава и
  требуемой дисперсности и однородности сырьевой смеси и правильного режима обжига и охлаждения клинкера.

  При использовании для обжига клинкера твердого топлива расчет смеси .не зависимо от числа
  Для получения доброкачественного портландцемента химический состав клинкера, а следовательно, и состав сырьевой смеси должны быть устойчивы.

  Производство портландцемента включает в себя следующие технологические операции: приготовление сырьевой смеси, обжиг этой смеси и получение клинкера, помол клинкера с добавкой гипса.

  Обжиг сырьевой смеси и получение клинкера сопровождаются сложными физическими и физико-химическими процессами, в результате которых из исходных компонентов образуются спекшиеся зерна, состоящие в основном из минералов C3S.

  Производство портландцемента включает следующие технологические операции: приготовление сырьевой смеси, ее обжиг и получение клинкера, помол клинкера с добавкой гипса ( 36).

  Обжиг сырьевой смеси цемента

  Образованию конечного продукта — клинкера предшествует ряд физико-химических процессов, в результате которых клинкер приобретает сложные минералогический состав и микрокристаллическую структуру.

  Обжиг сырьевой смеси как при сухом, так и при мокром способе производства осуществляется в основном во вращающихся печах. Шахтные печи применяют иногда только при сухом способе. Вращающаяся печь представляет собой длинный, расположенный слегка наклонно цилиндр (барабан), сваренный из листовой стали с огнеупорной футеровкой внутри. Длина печей 95— 185—230 м, диаметр 5—7 м. В нашей стране стали применять вращающиеся печи, работающие по сухому способу, размером 7×95 м, производительностью 3000 т/сут при расходе теплоты на обжиг 3400 кДж/кг. На предприятиях, работающих по мокрому способу производства, применяют печи 7х230 м, производительностью 3000 т/сут при расходе теплоты 5600 кДж/кг. Для улучшения теплообмена внутри печей ближе к верхнему (холодному) концу устраивают цепные завесы, устанавливают теплообменники различной конструкции.

  Вращающиеся печи работают по принципу противотока. Сырье в виде порошка (сухой способ) или шлама (мокрый способ) подается автоматическим питателем в печь со стороны ее верхнего (холодного) конца, а со стороны нижнего (горячего) конца вдувается топливо (природный газ, мазут, воздушно-угольная смесь), сгорающее в виде 20—30-метрового факела. Сырье занимает только часть поперечного сечения печи и при ее вращении со скоростью 1—2 об/мин медленно движется к нижнему концу навстречу горячим газам, проходя различные температурные зоны. Выдающийся советский ученый В. Н, Юнг, разработавший основы теории обжига клинкера, условно разделил вращающуюся печь на шесть температурных зон в зависимости от характера протекающих в них процессов. Рассмотрим эти процессы, начиная с поступления сырьевой смеси в печь, т. е. по направлению с верхнего ее конца (холодного) к нижнему (горячему).

  В зоне испарения (сушки) происходит высушивание поступившей сырьевой смеси при постепенном повышении температуры с 70 до 200 °С (в конце этой зоны), поэтому первую зону называют еще зоной сушки. Подсушенный материал комкуется, при перекатывании комья распадаются на более мелкие гранулы.

  В зоне подогрева, которая следует за зоной сушки сырья, при постепенном нагревании сырья с 200 до 700 °С сгорают находящиеся в нем органические примеси, из глиняных минералов удаляется кристаллохимическая вода (при 450—500 °С) и образуется безводный каолинит Al2О3×2Si02. Подготовительные зоны (испарения и подогрева) при мокром способе производства занимают 50-60 % длины печи (считая от холодного конца); при сухом же способе подготовка сырья сокращается за счет зоны испарения.

  В зоне декарбонизации (ее протяженность 20—23 % длины печи) температура обжигаемого материала поднимается с 700 до 1100 °С; здесь завершается процесс диссоциации карбонатных солей кальция и магния и появляется значительное количество свободного оксида кальция. Термическая диссоциация СаСО3 —это эндотермический процесс, идущий с большим поглощением теплоты (1780 кДж на 1 кг СаСОз), поэтому потребление теплоты в третьей зоне печи наибольшее. В этой же зоне происходит распад дегидратированных глинистых минералов на оксиды SiO2, А12Оз, Fе2O3, которые вступают в химическое взаимодействие с СаО. В результате этих реакций, происходящих в твердом состоянии, образуются минералы ЗСаО-А12Оз, СаО-А12Оз и частично 2CaO-SiO2.

  В зоне экзотермических реакций (1100—1250 °С) проходят твердофазовые реакции образования ЗСаО×А12О3; 4CaO-AI2O3-Fe2O3 и белита. Эти экзотермические реакции на сравнительно коротком участке печи (5—7 % ее длины) сопровождаются выделением большого количества теплоты (до 420 кДж на 1 кг клинкера) и интенсивным повышением температуры материала (на 150—200 °С).

  В зоне спекания (1300—1450—1300 °С) температура обжигаемого материала достигает наивысшего значения (1450°С), необходимого для частичного плавления материала и образования главного минерала клинкера — алита. В начале спекания, начиная с 1300 °С, образуется расплав в количестве 20—30 % объема обжигаемой массы из относительно легкоплавких минералов ЗСаО-А12Оз, 4СаО-А12Оз-Fе2Оз, а также MgO и легкоплавких примесей. При повышении температуры до 1450°С в клинкерной жидкости растворяются 2CaO-SiO2 и СаО и из них в расплаве происходит образование алита ЗСаО-SiO2, проходящее почти до полного связывания оксида кальция (в клинкере СаОсвоб не более 0,5—1 %). В расплаве сначала образуются тетраэдры SiO44-, которые потом соединяются с ионами Са2+, образуя кристаллическую решетку трехкальциевого силиката. Алит плохо растворяется в расплаве и вследствие этого выделяется из него в виде мелких кристаллов, что влечет дальнейшее растворение в расплаве 2CaO-SiO2 и СаО. Процесс образования алита заканчивается за 15—20 мин пребывания материала в зоне спекания (ее протяженность 10—15% длины печи). Поскольку при вращении печи частично расплавленный материал непрерывно перекатывается, мелкие частички слипаются в гранулы. Понижение температуры с 1450 до 1300°С вызывает кристаллизацию из расплава ЗСаО-А12Оз, 4СаО×А12Оз-Fе2Оз и MgO (в виде периклаза), которая заканчивается в зоне охлаждения, следующей за спеканием.

  В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300 до 1000 °С; здесь полностью формируются его структура и состав, включающий алит С3S, белит C2S, C3A, C4AF, MgO (периклаз), стекловидную фазу и второстепенные составляющие.

  Цементный клинкер выходит из вращающейся печи в виде мелких камнеподобных зерен — гранул темно-серого или зеленовато-серого цвета. По выходе из печи клинкер интенсивно охлаждается с 1000 до 100—200 °С в колосниковых, рекуператорных и других холодильниках воздухом, идущим навстречу клинкеру или просасываемым через слой горячего клинкера. После этого клинкер выдерживается на складе одну-две недели.

  Сухой способ производства цемента в последние годы значительно усовершенствован. Наиболее энергоемкий процесс — декарбонизация сырья — вынесен из вращающейся печи в специальное устройство — реактор-декарбонизатор, в котором он протекает быстрее и с использованием теплоты отходящих газов.

  Из расходных силосов сырьевая мука сначала поступает в систему циклонных теплообменников, где, находясь во взвешенном состоянии, нагревается движущимися навстречу (снизу-вверх) отходящими газами и уже горячей подается в декарбонизатор. Непосредственно в декарбонизаторе сжигают около 50 % топлива, что позволяет быстро и почти полностью (на 90 %) завершить разложение СаСОз. Остальная часть топлива сжигается, как обычно, в горячем конце вращающейся печи, в которой получают клинкер из уже подготовленной к обжигу, т. е. декарбонизированной, сырьевой муки. Теплообменное устройство с декарбонизатором устанавливают около печи.

  Повсеместное распространение сухого способа производства с применением декарбонизатора обусловлено возможностью ускорить технологический процесс, повысить суточную производительность технологических линий до 3000 т клинкера, использовать теплоту газов, отходящих из печи и холодильника, и тем самым снизить затраты топливно-энергетических ресурсов. При системе декарбонизатор—печь сокращается примерно вдвое длина вращающейся печи, компоновка цементного завода получается более компактной, соответственно уменьшается потребность в земельных площадях.

  В СССР открыт новый способ производства портландцемента — путем обжига клинкера в солевом растворе хлоридов. При этом способе основная реакционная среда в печи (силикатный расплав) заменена солевым расплавом на основе хлорида кальция. В солевом расплаве ускоряется растворение основных клинкерообразующих оксидов (CaO, SiO2, А12Оз, Fe2O3) и образование минералов завершается при 1100—1150 °С вместо обычных 1400—1500 °С, что существенно снижает энергоемкость получения цементного клинкера. Полученный клинкер, наряду с алитом, содержит минерал – хлорсодержащий аналог алита, названный алинитом. Алинит — это высокоосновный А1—С1— силикат кальция, содержащий около 2,5 % хлорида. Клинкер, синтезированный в солевом расплаве, размалывается в 3—4 раза легче, чем обычный. Это позволяет снизить электрозатраты на помол и увеличить производительность цементных мельниц. При этом сокращается число помольных агрегатов. Алинитовый цемент быстрее гидратируется в начальные сроки. Технология нового цемента осваивается на цементных заводах. Сейчас глубоко изучаются коррозионная стойкость бетона на этом цементе и поведение стальной арматуры в бетоне с учетом наличия в нем хлора. Все это позволит определить рациональные области применения алинитового цемента.

     Портал о цементе и бетоне.

      Обжиг цемента. Клинкер
  Процессы происходящие при обжиге смеси
  Обжиг тонкоизмельченной и хорошо гомогенизированной сырье­вой смеси заданного состава в специальных обжиговых агрегатах является важнейшей составной частью производства цемента. В результате обжига сырьевой смеси получается цементный клинкер, содержащий в основном известь и кремнезем, а также глинозем и окись железа, находящиеся в виде силикатов, алюминатов tf-алюмоферритов кальция.

  Свойства портландцемента как вяжущего материала обусловли­ваются» свойствами составляющих его минералов, основными из ко­торых являются трехкальциевый силикат (C3S), двухкальциевый силикат (C2S), алюмоферриты кальция переменного состава (qt i C8A3F до C2F), алюминаты кальция (СзА и С5А3). Кроме того, в клинкере могут находиться и другие минералы, присутствие которых будет обусловливаться наличием тех или иных примесей в сырье.
  Образованию конечного продукта-портландцементного клинкера предшествует ряд физико-химических и теплотехнических процессов, которые протекают в определенных температурных границах — технологических зонах печного агрегата. При мокром способе производства шлам с влажностью от 28 до 50% поступает в так называемую зону испарения влаги. Часть зоны испарения влаги шлама обычно оснащается цепными завесами с целью интенсификации процесса сушки. В процессе нагревания и испарения влаги происходит загустева* ние шлама, и при некоторой вязкости шлама в цепных завесах обра­зуются гранулы, которые выходят с влажностью 6—12% и темпера­турой порядка 90—-100° С. Расход тепла на испарение влаги шлама в зависимости от спо­соба производства, т. е. от влажности сырьевой смеси или гранул, поступающих в печь, колеблется от 20 до 650 ккал/кг клинкера и составляет при мокром способе производства более одной трети от об­щих затрат тепла на обжиг. Газовый поток поступает в зону испарения влаги с температурой 800—1000° С и покивает печь с температурой 150° С или несколько выше.

  Потери тепла с отходящими газами на лучших современных печах не превышают 150 ккал/кг клинкера. В следующей зоне печи — подогрева и дегидратации — материал нагревается от 90—100 до 600° С. При температуре 450° С и выше на­чинаются дегидратация и процесс разложения каолинового ядра глинистого компонента на SiOa и AI2O3, a также декарбонизация углекислого магния.
  На этом участке печи обычно устанавливаются металлические или керамические теплообменники, кото­рые улучшают процесс передачи тепла и снижают температурный перепад между газами и материалом. Участок печи, где происходит разложение карбонатной составляющей,—так называемая зона декар­бонизации, является с теплотехнической точки зрения главной зоной печи с максимальным потреблением тепла. Процесс разложения карбоната кальция начинается при температуре около 600° С и ускоряется по мере повышения температуры материала, достигая максимума при 900 С.

  В интервале температур 800—1000° С из глинозема глинистого компонента и свободной извести образуется моноалюминат кальция^ (СА), который при более высокой температуре реагирует с окисыо§ кальция и образует вначале С5А3, а’затем и С3А. Взаимодействие окиси железа с окисью кальция начинается Щ температуре 800-—900° С с образованием CjF, который при-более высокой температуре вступает во взаимодействие с алюминатами кальция.
  Для более полного прохождения твердофазовых реакций, протекающих, как известно, в местах контактов зерен взаимодействующих компонентов, имеют весьма существенное значение такие факторы, как тонкость помола и однородность сырьевой смеси.
  .При плохой гомогенизации и крупном помоле смеси образовав­шиеся в результате разложения СаСОз зародышевые кристаллы извести могут остаться в свободном виде и вследствие рекристаллнза*-ции не могут быстро взаимодействовать с другими окислами.
  Расход тепла на разложение известнякового компонента и водогрее сырьевой смеси от 900 до 1250—1300° С составляет 550—650 ккал/кг клинкера. Все процессы так называемого «белитового периода» обжига клинкера можно значительно ускорить путем увеличения температурного напора на 150—200° С. В зоне экзотермических реакций за счет выделения тепла (примерно 100 ккал/кг клинкера) при реакциях образования двухкальциевого силиката, алюминатов и алюмоферритов кальция температур ра материала резко повышается от 1100 до 1300° С и выше. Вместе с тем в этой зоне часть материалов начинает расплавляться и вслед- ? ствие имеющих место диффузионных процессов происходит насыщение ранее образовавшихся зерен P-C2S до трехкальциевого силиката. Образование алита .заканчивается в интервале температур 1300— 1450° С. По данным последних исследовании советских и зарубежных ученых можно представить себе механизм образования алита в результате растворения окиси кальция и двухкальциевого силиката в жидкой фазе с последующей кристаллизацией алита или в результате диффузии молекул окиси кальция в расплаве к кристаллам двухкальциевого силиката, т. е. взаимодействием в твердой фазе. Время полного усвоения окиси кальция и образования алита в зоне спекания исчисляется в действующих, печах от 10 до 25 мин.
  Этот участок печи и располагающаяся здесь же зона горения топлива являются самой ответственной частью печи, так как от правильной организации процесса сжигания топлива и дальнейшего использования тепла продуктов сгорания зависят расход тепла на обжиг и качество клинкера’.
  В зайисимости от времени пребывания клинкера при высоких температурах, а также скорости охлаждения клинкера кристаллы его могут имеет различные размеры.
  Кристаллическая структура клинкера оказывает существенное влияние на прочностные Показатели. Установлена; что мелкокристаллическая структураypa клинкера позволяет яри прочих равных условия!: получать цементы более высоких прочностей. ; Процесс охлаждения клинкера в самой печи и в холодильниках щахт большое значение как с теплотехнической, так и с технологи­ческой точки зрения. Обычно в зоне охлаждения, расположенной в самой печи, температура клинкера снижается до 1100—1350° С, а в холодильниках в зависимости от нх конструкции — до 50—300е С. Вторичный воздух, охлаждающий клинкер, нагревается до 600— 800° С ним возвращается в печь 200—270 ккал/кг клинкера. Следовательно, эффективное охлаждение клинкера приводит к значительной экономии тепла и повышению температуры горения топлива.
  Быстрое охлаждение клинкера препятствует разложению алита, находящегося в метастабильном состоянии в интервале температур 1200—1250° С, способствует фиксации жидкой фазы в стекловидном состояния и мелкой кристаллизации клинкерных минералов, мешает выделению примесей из минералов и росту самих кристаллов.

  Последовательно пройдя все стадий тепловой обработки, полученный полу­фабрикат (клинкер) выгружается из печи в холодильное устройство и далее транспортером подается в клинкерный склад. Вращающиеся печи состоят из сле­дующих основных элементов: корпуса с бандажами и венцовой шестерней, привода, роликоопор, теплообменников, холодной и горячей головок с уплотнительными устройствами Корпуса вращающихся печей изготовляли клепаными, а теперь они полностью сварной конструкции.Это дает экономию металла и обеспечивает герметичность швов. В месте установки бандажей участок обечайки изготовляется из более толстого сталь­ного листа. Для печей с диаметром кор­пуса до 4 м бандажи изготавливают цельнолитыми, а для печей больших диаметров — сварными из двух поло­вин. Примерно на середине печи уста­навливается венцовая шестерня, приво­димая во вращение электродвигателем через редуктор. Кроме основного рабо­чего двигателя привода имеется вспо­могательный, который обеспечивает вра­щение печи в случае внезапного выхода из строя основного привода. Бандажи опираются на роликовые опоры, смонтированные на металлической раме, которая установлена на массив­ном железобетонном фундаменте.

  В местах соединения корпуса вра­щающейся печй с пыльной камерой и горячей головкой создается уплотнение с целью устранения подсосов холодного наружного воздуха.
  В цементной промышленности для обжига клинкера применяются печи различной производительности и конст­рукций. Описание конструкций и основ­ные показатели работы вращающихся печей производительностью до 25 т/ч довольно подробно освещены в технической литературе. В справочнике дается краткое описание печей’ большой мощ-ности, которые в настоящее .время внедряются лв промышленность в качестве основных, агрегатов для обжига» Вращающаяся печь размером 4X150 м. Производительность этой печи составляет 35 т клинкера в час. «Корпус печи сварен из стальных листов толщиной 30 и 32 мм. На корпусе печи установ­лены семь бандажей , которые опираются на роликоопоры. В местах установки бандажей подбандажная обечайка имеет толщину листа 50 мм. На третьей опоре 4 устанавливается упорная стойка с упор­ными роликами из стального литья, которые ограничивают продоль­ное движение вращающейся печи. Привод печи осуществляется от разъемного зубчатого венца 5, который крепится к. корпусу печи с помощью пружинящих прокладок. Толщина листа подвенцоврй обе­чайки составляет 50 мм. Подвенцовая шестерня надевается непосредственно на выходной вал редуктора.
  Для увеличения жесткости корпуса печи предусматривается уста­новка колеи жесткости . Сирьевая смесь (жидкотекучий шлам) поступает в загрузочный конец печи , У холодного конца печи расположен цепной фильтр , а далее — гирляндная цепная завеса и металлические Теплообмен­ники . Уловленная в электрофильтрах пыль возвращается в пеяь через специальное устройство на корпусе печи. Горячий клинкер поступает через горячую головку печи в холодильник.

  Подшипники опор и ролики снабжены системой водяного охлаждения. Смазка подшипников опор печи — жидкая черпаковая, из мас­ляных ванн подшипников. Смена масла — периодическая централи­зованная. Смазка подшипников упорных роликов, главного редукто­ра, подшипников подвенщэвой шестерни — жидкая циркуляционная, а смазка редуктора вспомогательного привода и венцовой пары —жидкая заливная.

  Стальной барабан, состоящий из отдельных обечаек, сваренных из листом в продольном и поперечном направлениях. На корпусе печи закрепляются бандажи опирающиеся на роликоопоры Между четвертой и третьей опорами на корпусе печи крепится шестерни
  Клинкер через горячую головку печи В поступает н колосниковый холодильник И Пони спекания печи орпширтся надой с помощью устройств, й комплект печного агрегата входит: колосниковый холодильник ячейковый транспортер для трйпепоргиронаппн клинкера шириной 1000 мм и производительностью 200 т/ч;
  весы с вращающимся барабаном для взвешивания клинкера произво­дительностью 120 т/ч; вентилятор высокого давления тнпя ВМ-75/1200-16 производитель­ностью 4000 м*/ч и напором до 1300 мм под. ст. Этот вентилятор применяется дли сжигйнни твердого топлинн, двойной шлимоный Питатель с регулируемой скоростью вращения черпакового колеся. Производительность с емкостью контрольного бачка 500 л;
  дымосос типа Д-14 производительностью 270 000 мг/ч и напором 200 мм вод. ст. с электродвигателем мощностью 350 кет. На каждую печь устанавливаются по два дымососа.

  голоса

  Рейтинг статьи
  Читайте так же:

  Как выбрать цементный раствор