ТЕМА: випал сировинної СУМІШІ. ПРОЦЕСИ клінкерообразованія
Випал - завершальна технологічна операція виробництва клінкеру. У процесі випалу з сировинної суміші певного хімічного складу отримують клінкер, що складається з чотирьох основних клінкерних мінералів.
Як установок для отримання клінкеру можуть бути використані різні за своєю конструкцією та принципом дії теплові агрегати.
Однак в основному для цієї мети застосовують обертові печі. в них отримують приблизно 95% клінкеру від загального випуску, 3,5% клінкеру отримують в шахтних печах і залишилися 1,5% - в теплових агрегатах інших систем - спікальних решітках, реакторах для випалу клінкеру в підвішеному стані або в киплячому шарі.
Обертові печі є основним тепловим агрегатом як при мокрому, так і при сухому способах виробництва клінкеру.
Обпалювальної апаратом обертової печі є барабан, футеровані всередині вогнетривкими матеріалами. Барабан встановлений з нахилом на роликові опори.
З піднятого кінця в барабан надходить рідкий шлам або гранули. В результаті обертання барабана шлам переміщається до опущеного кінця. Паливо подається в барабан і згоряє з боку опущеного кінця. Утворені при цьому розпечені димові гази просуваються назустріч обпікає матеріалом і нагрівають його. Обпалений матеріал у вигляді клінкеру виходить з барабана.
Рісунок14.1 - Технологічна схема отримання цементу по мокрому способу: 1 - щокові дробарка; 2 - молоткова дробарка; 3 - склад сировини; 4 - млин «Гідрофол»; 5 - млин мокрого помелу; 6 - вертикальний шламбассейн; 7 - горизонтальний шламбассейн; 8 - обертова піч; 9 - холодильник; 10 - клінкерна склад; 11 - млин; 12 - силос це-мента.
В якості палива для обертової печі застосовують вугільний пил, мазут або природний газ. Тверде та рідке паливо подають в піч в розпиленому стані. Повітря, необхідне для згоряння палива, вводять в піч разом з паливом, а також додатково подають з холодильника печі. У холодильнику він підігрівається теплом розпеченого клінкеру, охолоджуючи останній при цьому. Повітря, який вводиться в піч разом з паливом, називається первинним, а що отримується з холодильника печі - вторинним.
Утворилися при згорянні палива розпечені гази просуваються назустріч обпікає матеріалом, нагрівають його, а самі охолоджуються. В результаті температура матеріалів в барабані в міру їхнього руху весь час зростає, а температура газів - знижується.
Сировинний шлам, який має температуру навколишнього повітря, потрапляючи в піч, піддається різкому впливу високої температури димових газів і нагрівається.
Випал сировинної суміші проводиться при температурі +1 470 ° C протягом 2 ... 4 годин на довгих обертових печах (3,6х127 м, 4 × 150 м і 4,5х170 м) з внутрішніми теплообмінними пристроями, для спрощення синтезу необхідних мінералів цементного клінкеру. У обпалюють матеріалі відбуваються складні фізико-хімічні процеси.
Обертову піч мокрого способу умовно можна поділити на зони:
· Сушки (температура матеріалу 100 ... 200 ° C - тут відбувається часткове випаровування води);
· Підігріву (200 ... 650 ° C - вигорають органічні домішки і починаються процеси дегідратації і розкладання глинистого компонента). Наприклад, розкладання каолініту відбувається за такою формулою: Al2 O3 # 8729; 2SiO2 # 8729; 2H2 O → Al2 O3 # 8729; 2SiO2 + 2H2 O; далі при температурах 600 ... 1 000 ° C відбувається розпад алюмосиликатов на оксиди і метапродукти.
· Декарбонізації (900, ... 1 200 ° C) відбувається декарбонізація вапнякового компонента: СаСО3 → СаО + СО2. одночасно триває розпад глинистих мінералів на оксиди. В результаті взаємодії основних (СаО, MgO) і кислотних оксидів (Al2 O3. SiO2) в цій же зоні починаються процеси твердофазових синтезу нових сполук (СаО # 8729; Al2 O3 - скорочений запис СА, який при більш високих температурах реагує з СаО і в наприкінці жідкофазового синтезу утворюється С3 А), що протікають поступово;
· Екзотермічніреакцій (1 200, ... 1 350 ° C) завершується процес твёрдофазового спікання матеріалів, тут повністю завершується процес утворення таких мінералів як С3 А, С4 АF (F - Fe2 O3) та C2 S (S - SiO2) - 3 з 4 основних мінералів клінкеру;
· Спікання (1 300 → 1 470 → 1 до 300 ° C) часткове плавлення матеріалу, в розплав переходять з клінкеру мінерали крім C2 S, який взаємодіючи з рештою в розплаві СаО утворює мінерал АЛИТ (С3 S);
· Охолодження (1 300 ... 1 000 ° C) температура знижується повільно. Частина рідкої фази кристалізується з виділенням кристалів клінкерних мінералів, а частина застигає у вигляді скла.
Основні мінерали клінкеру: Аліто, білить, трехкальциевого алюмінат і аллюмоферіт
Алит - найважливіший мінерал клінкеру, який визначає швидкість твердіння, міцність і інші властивості портландцементу; міститься в клінкері в кількості 45 ... 60%. Він швидко твердне і набирає високу міцність, інтенсивно виділяє тепло. Алит є твердий розчин трехкальциевого силікату і невеликої кількості (2 ... 4%) MgO, Al2O3, P2O5, Cr2O3 і інших домішок, які можуть істотно впливати на структуру і властивості мінералу.
Білить - другий за важливістю і змістом (20 ... 30%) силікатна мінерал клінкеру. Він повільно твердне, але досягає високої міцності при тривалому твердінні портландцементу; володіє малим тепловиділенням. Білить в клінкері є твердий розчин b-Двухкальціевий силікату (b-С2S) і невеликої кількості (1 ... 3%) Al2O3, Fe2O3, MgO, Cr2O3.
Чотирьохкальцієвого алюмоферріт в клінкері міститься в кількості 10. 20%. Алюмоферрітная фаза проміжної речовини клінкеру є твердий розчин алюмоферитів кальцію різного складу, в клінкер звичайних портландцементів її склад близький до 4CaO × Al2O3 × Fe2O3. За швидкістю гідратації мінерал займає проміжне положення між АЛІТА і білить.
ПЕЧІ СУХОГО СПОСОБУ ВИРОБНИЦТВА КЛІНКЕРА
Печі сухого способу виробництва приблизно в два рази коротше печей мокрого способу при рівній або навіть більшої продуктивності. Сучасні потужні печі цього способу мають розміри: 6,4 / 7,0x95 м, 5x75 м і продуктивність 25 т / год і 75 т / год відповідно. Зменшення довжини печі пов'язано з двома основними факторами: по-перше, в печах сухого способу в принципі відсутня зона сушіння, по-друге, частина процесів виноситься з печі в запечная теплообмінні пристрої (циклонні теплообмінники, реактор-декарбонізатор або конвеєрний кальцинаторів).
В основу конструкцій печей з циклонними теплообмінниками покладено принцип ефективного теплообміну між відходять з печі димовими газами і частинками сировинної муки, що знаходяться в підвішеному стані. Зменшення розміру часток пекучого матеріалу і збільшення його питомої поверхні, а також максимальне використання всієї поверхні частинок для контакту з теплоносієм інтенсифікують теплообмін між ними. Цей спосіб передачі теплоти забезпечує швидкість і рівномірність нагріву і тому дуже ефективний. В підвішеному стані при досягненні температури дисоціації декарбонізація СаСОз протікає також набагато швидше, ніж при випалюванні шихти в шарі. Але всі процеси, пов'язані з безпосереднім контактом частинок-реагентів між собою (твёрдофазовие реакції, спікання), навпаки, уповільнюються.
Скоригований сировинна борошно надходить в систему циклонних теплообмінників. Відходять з обертової печі гази з температурою 900-1000 ° С по газоходу 10 рухаються в циклонний теплообмінник IV ступеня, а потім послідовно проходять циклонні теплообмінники III, II і I ступенів, пилеуловлювальне пристрій і димососом 9 через Димар 1 викидаються в атмосферу.
У вузьких газоходах циклонних теплообмінників середня швидкість газів становить 15-20 м / с, що значно вище за швидкість витання часток сировинної муки. Тому що надходить в газохід між I і II ступенями циклонів сировинна мука захоплюється потоком газів і викосили в циклонний теплообмінник I ступеня, де матеріал підігрівається, а гази охолоджуються. Який осів в циклоні матеріал через затвор-мигалку 11 надходить в газохід між II і III ступенем циклонів, а з нього виноситься з газовим потоком в циклон II ступені. Потім матеріал рухається в газоходах і циклони III і IV ступенів. Таким чином, сировинна мука опускається вниз, проходячи послідовно циклони і газоходи всіх ступенів, і при цьому нагрівається. Після виходу з циклону IV ступеня матеріал має температуру 700-800 ° С, потім він подається в обертову піч 8 для подальшого випалення.
Час перебування частинок сировинної муки в циклон теплообміннику не перевищує 25-30 с, і за це дуже короткий час матеріал нагрівається, повністю дегидратируется глиниста складова сировинної суміші, а також на 25-30% встигає пройти декарбонізація карбонатної породи. Таким чином, в циклон теплообміннику здійснюються процеси, які відповідають зоні підігріву і частково зоні кальцинування.
Обертові печі з циклонними теплообмінниками мають високі техніко-економічні показники, тривалий термін служби, прості за конструкцією і надійні в експлуатації (відсутність Рухомих елементів), вони відрізняються високим коефіцієнтом використання. Основним недоліком даного теплообмінного Пристрої є велика висота циклонічної вежі - 50-60 м.
Найбільш сучасними є технології, засновані на триступеневий випалюванні, які дозволяють направляти в випалювальну піч матеріал який декарбонізірован майже ПОВНІСТЮ. Для інтенсифікації процесу дисоціації CaСО3 між запечная теплообмінником і піччю встановлюється спеціальний реактор - діссаціонная щабель (декарбонізатор), що представляє собою піч спеціальної конструкції з вихровий форсункою, де відбувається спалювання палива і декарбонізація сировинної муки в вихровому потоці
Температура матеріалу на вході в реактор складає 720-750С. В результаті згорання додаткової кількості палива температура газового потоку підвищується до 1000-1050, а матеріал нагрівається до температури 920-950. Кожна Частка матеріалу знаходиться в системі "циклонний теплообмінник - Діссоціонний реактор" всього 70-75 с, але після виходу з неї ступінь його декарбонізації становить 85-95%.
Установка діссоціонной ступені дозволяє підвищити з'їм клінкеру з 1 м3 внутрішнього об'єму печі в 2,5-3 рази, в результаті піч діаметром 5-5,5 м може мати продуктивність 6000-8000 т / добу питома витрата теплоти знижується до 3-3,1 кДж / кг клінкеру. Розміри реактора невеликі, він може бути використаний не тільки при будівництві нових ліній, а й при модернізації вже існуючих коротких обертових печей з циклонними теплообмінниками.
Малюнок 14.2 - Технологічна схема отримання цементу сухим способом: 1 - бункер вапняку; 2 - щокові дробарка; 3 - молоткова дробарка; 4 - бункер глини; 5 - валковая дробарка; 6 - об'єднаний склад сировини; 7 - млин «Аерофол»; 8 - циклон-осадитель; 9 - проміжний силос; 10 - сепаратор; 11 - млин; 12 - Гомогенізаціонний силос; 13 - запасний силос; 14 - піч з циклонними теплообмінниками; 15 - холодильник; 16 - склад клінкеру і добавок; 17 - млин; 18 - цементний силос.