автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Оптимизация технологических параметров при производстве портландцементного клинкера комбинированным способом

РГ6 од На правах рукописи

/ 3 ;

ИВАНОВА НАТАШ АДОЛЬФОВНА '

ОПТИМИЗАЦКЯ 'ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПОРТЛ АЩЩЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА КОИБИНИРОВШШ СПОСОБОМ

Специальность 05.17. н. -Технология керамических, силикатных

и тугоплавких неметаллических материалов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на согзканне ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1997

- г -

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (техническом университете).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Корнзев Валентин Исаакович Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Федоров Николай Федорович

кандидат технических наук, с.к.с. Никифоров Юрий Васильевич

Ведущая организация: АО "Пикалевское объединение

"Глинозем"

Защита диссертации состоится 1997 г. В

часов на заседании Диссертационного совета К. 063.25.06 в Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (техническом университете) по адресу: 198013, Санкт-Петербург, Московский пр.,26.

С диссертацией кото ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). -.

Отзывы и замечания на автореферат в одном экземпляре, заверенные печать» учреждения, просим направлять по адресу: 198013, Санкт-Петербург, Московский пр.,26, Ученый Совет.

Автореферат разослан *30 л*¿Не? 1997 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета .

К.063.25.06, к.т.н. З^СС^^е^И.А.Туркин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время, благодаря совершенствовании оборудования и технологии, сухой способ производства портландцементного клинкера явллегся- наиболее экономичным. Удельный расход тепла на обжиг клинкера при сухом способе производства составляет 3000-3350 кДж/кг по сравнению с 5850-6700 кДж/кг при мокром. Однако мокрый способ еще имеет значительный удельный вес в общем объеме производства для целого ряда стран, в том числе и России, где по мокрому способу производится около 88% цемента.

Уменьшение удельного расхода топлива при обжиге клинкера является одним из основных факторов, позволяющих снизить себестоимость цемента на заводах, работающих по мокрому способу.

Наиболее радикальное решение этой проблемы - переход на сухой способ - требует очень больших инвестиция, его применимость лимитируется природной влажностью сырья и содержанием в нем примесей (щелочей, серы и хлоридов). Поэтому в ряде случаев целесообразно использовать технологию комбинированного способа производства, при котором более половины содержащейся в шламе воды удаляется не испарением, а механическим отжатием (фильтрацией). В этом случае приведенные энергозатраты на удаление воды снижаются в 8-10 раз, а обьем инвестиций на реконструкции в 5-8 раз.

Опыт эксплуатации зарубежных технологических линий подтверждает, что комбинированный способ производства клинкера в ряде случаев предпочтительнее сухого, как по суммарным энергозатратам, так и по удельным капиталовложениям, особенно при высокой природной влажности сырья (вьпие 18-20%). .

Реализация комбинированного способа выявила ряд технологических особенностей при приготовлении сырьевой смеси и ее переработке. Представленная работа посвящена выявлению особенностей и устранению их негативного влияния.

В настоящее время в нашей стране введена в эксплуатацию линия комбинированного способа производства ' портландцементного клинкера на Себряковском цементном заводе. Работа выполнена преимущественно применительно к материалам этой линии.

Перспективными планами развития цементной промышленности' России предусмотрена реконструкция технологических линий мокрого способа и других цементных заводов.

Цели работы. Оптимизация технологических параметров подготовки и обжига сырьевой снеси при комбинированном способе производства портландцементного клинкера.

В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие основные задачи:

1) изучить химический состав сырьевых материалов при их переработке в условиях работы линии комбинированного способа производства Себрякозского цементного заЬода;

2) изучить особенности нинералообразования в портландцемент-. ных сырьевых скесях при использовании дополнительного сжигания топлива в запечной системе;

3) выявить причины настнлеобразования в запечной системе и разработать способы борьбы с ним';

4) разработать рациональный режим обжига сырьевой смеси путем использования дополнительного сжигания топлива в запечной системе и изменения теплотехнического режима работы печи:

5) разработать научно-технические предложения, направленные на повышение производительности печи;

6) выявить специфические условия использования пыли при комбинированном способе производства портландцементного клинкера.

Научная новизна. -

1) Установлена взаимосвязь физико-химических и технологических особенностей и теплотехнических параметров обжига сырьевой смеси при комбинированном способе производства портландцементного клинкера. .

2) Получены данные о последовательности и особенностях фазо-образования в различных частях печной системы при комбинированном способе производства портландцементного клинкера.- #

3) Получены данные по содержанию щелочей и хлора на различных стадиях технологического процесса.

4) Определены условия и температурный интервал образования спуррита в печах с двухступенчатым циклонным теплообменником.

5) Показана возможность регулирования содержания щелочей в клинкере путем изменения параметров обуига.

Практическое значение работы. Определены технологические параметры обжига портландцеиентного клинкера при комбинированном способе производства с использованием дополнительного сжигания топлива в запечной системе.

Предложены технологические мероприятия по улучшению работа линии комбинированного способа производства.

Разработан регламент эксплуатации технологической линии комбинированного способа производства. Полученные данные использованы при проектировании новых линий комбинированного способа производства в нашей стране.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Некдународной конференции "Ресурсе- и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций" (Белгород. 1995), на научно-технических совещаниях АО "Себряковце-мент" и АО "Гипроцемент", а также на семинарах кафедры химической технологии строительных и специальных вяжущих веществ Санкт-Петербургского государственного ч«апологического института (технического унигерситета).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 2 статьи и 1 тезисы доклада.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, Ь глав, выводов и списка литературы, включающего 122 источника и 3 приложений. Работа изложена на 178 страницах машино-. писного текста, содержит 28 рисунков и 20 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы и определены основные направления' исследования.

В первой главе приведен аналитический обзор данных по работе линий комбинированного способа за рубежом. Проанализированы причины образования настылей при производстве портландцементного клинкера и.меры борьбы с настнлеобразованием.- Сформулированы цели и задачи исследования.

Во рторой главе приведена характеристика материалов, йсполь-зозанных в данной работе. Исследования проводились на материалах Себряковского цементного завода (сырьевой шлам, кек. пыль электрофильтров, настыли, клинкер). Были использованы также сырьевой шлам Волховского цементного зазода и искусственно приготовленные сырьевые смеси.

В третьей главе приведена технологическая схема первой в нашей стране линии комбинированного способа производства портланд-цементного клинкера, работающей на Себряковском цементном заводе (рис.1), и дано ее описание.

Шлам для этой лиши готовится так же, как и для печей мокрого стсоба. , Далее он обезвоживается в четырех пресс-фильтрах. Полученный кек • сушится и дробится в молотковой сушилке-дробилке. Мука поступает в двухступенчатый циклонный теплообменник и далее во вращающуюся печь. Полученный клинкер охлаждается в колосниковом холодильнике.

При освоении этой технологической линии возникли проблемы с обеспечением проектных показателей:

1. Пресс-фильтры не обеспечили заданную производительность (180т/час) ввиду увеличения цикла пресс-фильтрования. При этом производительность линии снижается с 95.8 т кл./час до ' 63-65 т кл./час;

2. Активное образование настылей в газоходе и циклонах вызывало необходимость частых остаьовок печи, что привело к снижению ее коэффициента использования до 0.4.

В четвертой главе изучено изменение состава сырьевых материалов при их переработке. В соответствии с технологией комбинированного способа, применяемой на Себряковском цементном заводе, шлам механически обезвоживается на четырех пресс-фильтрах до влажности 19л. Прг' згок справедливо предположить, что часть щелочей. находящаяся в виде растворимых соединений, будет уходить с фильтратом.

Так как по данной технологии фильтрат возвращается обратно в процесс и идет на приготовление новой порции шлама, в нем может происходить накопление щелочей. Тогда отвод фильтрата будет способствовать снижению их уровня.

Для проверки этого предположения в лабораторных условиях были проведены исследования влияния температуры на про.цесс отмывки те ночей, (табл. 1).

фшпътрат 8 ГЛЮТ обо-ттушхи

Рис- Технологическая схема линии комбинированного способа производства Себряковского цементного завода

й-шламбассейн: 2гпресс-фильтры: З-бункер-разгрукатель; 4-транспортер кека-5-сушлка-дробилка: 6-резервный силос: 7-циклон-осадитель: 8-циклокнь& теплообменник: 9-система дополнительного сжигания топлива; Ю-вращающаяся пзчь: 11-колосниковый холодильник: 12-печной дымосос; 13-электрофильтр; 14-К0НцеЕ0й дымосос: 15-дамозая труба. 1-т V—точки отбора-проб.

Из таблицы видно, большая часть щелочей остается в кеке и лишь 10-1255 щелочей переходит в фильтрат при температуре 20°С. Влияние температуры на отмывку щелочей незначительно. Концентрация щелочей в кеке с повышением температуры снижается мало. Эти данные подтверждаются и проведенными заводскими исследованиями. Концентрация щелочей при фильтрации шлама в заводских условиях снижается на 0.01-0.08%, что составляет 2-17Ж от начальной концентрации щелочей в,шламе.

Расчет возможного увеличения концентрации щелочей в шламе показал, что при возврате фильтрата содержание щелочей в шламе через бесконечно большое число циклов фильтрации возрастет на 15%. при первоначальном допущении, что все щелочи водорастворимые. При начальной концентрации щелочей 0.5% концентрация щелочей через бесконечно большое число циклов фильтрации составит 0.58%, что не превышает погрешности измерений.

Таким образом, с возвратом Фильтрата в технологический процесс содержание водорастворимых примесей в шламе не будет существенно увеличиваться.

Таблица 1.

N п/п Наименование материала Температура . Содержание щелочей в кеке(на сух.вещ-во), масс. % / %

м На20

1. 2. Исходный материал Шлам N 1 20 0.50 ТШ 0,48 96 0.44 (§8 Чк 0,30 100 0,28 93 <4? Р. 20 ь7

3. 4. Шлам N 2 Шлам N 3 40' 60. .

5. Шлам N 4 90 ч? и

В пятой главе рассмотрен процесс спурритообразования при обжиге сырьевой смеси на материалах Себряковского цементного завода.

Одной из причин, отрицательно влияющих на работу печей сухого и комбинированного способа производства, является настыле-образование в запечной системе. Этот процесс вызывает частые остановки печи и снижает коэффициент ее использования.

Основные точки образования настылей на восьмой линии Себряковского цементного завода - это циклон первой ступени и шахта-газоход декарбонизатора.

Настали представляют собой более или менее прочный слоистый материал серого цвета, в котором, по данным химического анализа, наблюдается повышенное по сравнению с кеком содержание щелочей и хлора. G целью определения фазового состава настыля были проведены рентгенофазовый, дифференциально-термический и петрографический анализы этого материала. В настыле обнаружены две основные фазы- кальцит (СаС03) и спуррит (2CgSCaC03). В настыле также присутствует небольшое количество C2S. CaOcg и Са(0Н)2.

Так как основной причиной, вызывающей образование настылей, является спуррит, было изучено влияние различных Факторов на процесс образования спуррита.

Синтез спуррита изучался в зависимости от температуры, времени обжига и содзржания в материалах щелочей и хлора. Образцы обжигались в муфельной печи в атмосфере С0г, которая создавалась за счет разложения доломита.

Наличие спуррита в обожженных образцах определялось рентге-нофазовым. петрографическим и дифференциально-термическим'анализами. По обработанным данным рентгенофазового анализа были построены полуколичественные зависимости для определения сравнительного содержания спуррита в различных пробах кека и пыли в зависимости от температуры и времени обжига (рис.2). Для этих зависимостей из рентгенографической характеристики спуррита (б.03, 5.14, 3.81, 3.47. 2.701, 2.663. 2.635. 2.609, 2.170, 1.982,

о о

1.892 А) был выбран даффракционный максимум 5.14 А. так как на него не накладываются максимумы других соединений, присутствующих в обжигаемых материалах. Кривая спурригообразования кека имеет максимум при 850 °С (рис.2а), тогда как у пыли такого максимума нет. а есть площадка в области 820-840 "С. Обратившись к графической зависимости спурритообразования от времени выдержки, видим, что при обжиге кека количество спуррита, образовавшееся при достижении температуры 850 "С, остается постоянным до 30 мин выдержки. а далее до 2 часов выдержки наблюдается резкое увеличейие количества спуррита в пробе, после чего его количество остается практически постоянным. В пыли ситуация иная, при выдержке в течение 10 минут идет заметный рост количества спуррита, при дальнейшей выдержке количество спуррита практически не меняется (рис. 26).

Л, мм 100+

50-

10(Н

30 1о 1о 1^0 1^0 160

■с, мин

20 120 Т.НИК

Рис. 2 Зависимости образования спуррита а) от температуры;-0) от времени выдержки; ь> от содержания примесей.

I - кек ; 2 - пкль электрофильтров;

3 - смесь с добавкой СГ; 4 - смесь с добавкой К20

Так как известно, что на образование спуррита елияот наличие в материале щелочей и особенно хлора, были исследованы смеси, содержащие СГ в количестве о.зох и йго в количестве 2.40%. Повышз-ние концентрации щелочей и хлора в сносях достигалось за счет введения в сухой нэк добавок солей. Для сравнения обжигалась искусственно приготовленная смесь, не содержания щелочей и хлора, В опыте варьировалось время выдержки при постоянной температуре Б60 еС,

Из полученных данных следует, что повышение содержания СГ в смеси значительно влияет на процесс образования спуррита, который завершается за 10 минут при 860 "С. а при последующей выдврше его количество в пробе мало меняется, При повышении концентрации щелочей увеличение количества спуррита идет более плавно и завершатся за 90 минут, о затем не меняется (рис.2в).

Так как на образование спуррита влияет присутствие в обжигаемых материалах соединений щелочей и хлора, был проведен специальный эксперимент по изучении возгонки ¡полочных соединений.

В шестой главе приведены экспериментальные данные по влиянию температуры на возгонку щелочей.

Для этих исследований были использованы сырьевые смеси Себ-ряковского и Волховского цементных заводов. Эти смеси подвергались грануляции и обжигались в силитовой печи при температурах 1000, 1200, 1300 и 1400 "С с постоянный временем выдержки 0.5 часа. В образцах определялось содержание щелочей аналитическим путем. По этим данным были построены зависимости содержания щелочей от температуры обжига (рис.3). Сравнивая эти зависимости, можно, отметить, что натрия возгоняется менее интенсивно, чем калий. Из рисунка видно , что до 1200 °С возгоняется основная часть щелочей. Степень возгонки зависит таете от минералогического состава сырьевой смеси. Так, в смеси, состоящей из мела и глины, щелочи находятся в составе полевых шпатов и гидрослюд и основная часть цэлсчей возгоняется до 1200 °С. При этом характер возгонки калия й на?рия приблизительно одинаков, а концентрация щелочей в клинкере (обжиг при температуре 1400 "О уменьшается примерно на 50% (рис.За).

Содержание

вдело 2.00-

чей.%

1.501.000.50 О

+

Содержание

щело 2.""

00-■

чей.:

1.50-

1000 1100 1200 1300 1400 1000 1100 1200 1300 1400

температура, °С Температура, °С

Рис. 3 Зависимость содержания щелочей от температуры

а)

б)

смесь, смесь, (-

состоящая из мела и глины;

состоящая из известняка и нефелиьового шлама

-) - к20

(- ----) - Na20

Была тякже исследована смесь, содержащая в своем составе известняк и нефелиновый шлам - твердый остаток от выщелачивания из-вестково-нефелиновых спеков. В процессе обжига натриевые щелочи

возгоняются в значительно меньшей степени, чем калиевые (рис.36).

Полученные результаты показывают» что температура и минералогия сырьевой смеси оказывают влияние на возгонку щелочных соединений. Хотя лабораторный эксперимент не учитывает многих факторов. прчсутствующих в реальных условиях обжига, а именно, циркуляцию летучих, возврат части щелочей с пылью и некоторых других технологических факторов, он показал, что, снижая.температуру в зоне спекания подбором режима обжига, возможно перевести в клинкер большую часть щелочей, .тем самым снизив их циркуляцию в запечной системе. >

В седьмой главе проведен анализ работа промышленной технологической линии, разработаны химико-технологические приемы, обеспечивающие повышение производительности.

Проведенные теплотехнические испытания и технологические исследования работы технологической линии комбинированного способа производства Себряковского цементного завода, а также наблюдения за режимом работы печи показали, что печь работала на очень короткой и горячей зоне спекания, зона охлаждения в печи отсутствовала. Плохая тепловая подготовка материала, выходящего из циклона первой ступени (ПШ1 - 25-30%, что с учетом присадки пыли из печи, означает, что материал в запечной системе почти не декарбо-низируется). вызывает необходимость компенсировать ее интенсивной тепловой обработкой в зоне спекания. Содержание свободного оксида кальция в клинкере при этом режиме не превышает о. 2155. При попытке работать на более высоком содержании Са0св в клинкере кондиционного клинкера получить не удалось. Такой режим приводит к возгонке в ней всех щелочей и хлоридов/ и клинкер выходит с низким содержанием щелочей (не выше 0.3035) и хлора в клинкере при этом режиме не ,. обнаружено. Щелочи и хлориды в свою очередь уносятся газовым потоком, конденсируются в холодной части запечной системы при температурах 800-900 "С.

Здесь летучие соединения участвуют в трех процессах: образовании настылей, конденсации на крупных частицах, которые непосредственно попадают во вращающуюся печь, конденсации на мелких частицах, которые проходят через весь тракт и осаждаются в электрофильтрах, а затем снова возвращаются в печь. Далее все три группы вместе с материалом снова попадают в зону спекания. При этом образуется контур циркуляции с высокой концентрацией летучих. так как в клинкере их количество значительно ниже, чем в

сырьевой смеси, поступающей в систему.

Отсюда следует, что одним из путей уменьшения интенсивности настылеобразования является уменьшение возгонки летучих в зоне спекания. Этого можно достичь путем уменьшения теплового напряжения в зоне спекания за счет сжигания части топлива в запечной системе. При этом должно увеличиться количество летучих, выходящих с клинкером. С этой целью была использована система дополнительного сжигания топлива "Пироклон" (рис.1).

Проведенные промышленные исследования показали, что сжигание 1755 топлива в запечной системе обеспечивает увеличение степени декарбонизации до 50%. Включение системы "Пироклон" позволило увеличить длину зоны спекания и снизить теплонапряжение в ней.. Результаты расчета тепловых балансов для различных редамов'обдага представлены в табл.2. Из таблицы видно, что при работе печи с дополнительным сжиганием топлива несколько снизился удельный расход тепла на обжиг клинкера- до 4500 кДж/кг кл. В печи появилась зона охлаждения, и температура клинкера на выходе из печи'снизилась с 1450 °С до 1300 "С. Подбор режима обжига позволил увеличить количество щелочей, переходящих в клинкер, снизить их циркуляцию в запечной системе (табл.3). Что касается уменьшения циркуляции хлоридов, то в настоящее время удалось добиться лишь 0.002% содержания его в клинкере. Из литературных данных известно, что выход иона хлора .с клинкером обычно не превышает 0.01-0.0335, масс. При содержании иона хлора В' кеке, поступающем в печную установку, от 0.008 до 0.03% в пересчете на клинкер, накопление его в циркуляционной системе в процессе эксплуатации печи остается возможным.

В процессе эксплуатации линии выяснилось, что из-за увеличения цикла фильтрации шлама по сравнению с проектным при существующей производительности цеха пресс-фильтров не удается достичь проектной производительности линии 95.8 т кл./час. При работе печи о производительностью 63-65 т кл./час, нарушаемся аэродинамический режим. Скорость газового потока на входе в циклон первой ступени составляет 6.5 м/с. Такая низкая скорость приводит к залеганию материала в газоходе циклона первой ступени, и способствует процессу настылеобразования, снижая коэффициент использования линии.

Повысить производительность за счет увеличения производительности цеха пресс-фильтрования че представляется возможным.

Поэтому был рассмотрен вопрос о дополнительной подаче шлама непосредственно в сушилку-дробижу. Сушилка-дробилка загружена не полностью, и температура газов на выходе превышает проектную и составляет 200 "Си выше. Теплотехнические раочеты показали, что при дополнительной подаче в нее 30-40 м3/час шлама мокко вывести печь на производительность 89 т кл./час, при этом удельный расход тепла на обжиг клинкера составит 4902 кДж/кг кл. (табл.2). Температура отходящих из сушилки-дробилки газов снизится до 155 °С.

Таблица 2

Параметр Размерность Реааш I (без дополнительного сжигания топлива) Реяаш II (с дополнительным сжиганием топлива) Расчетные данные (с дополнительной по-дочей шлама в сушилку-дробилку) •

Производительность печи т/час 63 63 89,3

Удельный расход тепла на обжиг ш кг 4609 4500 4902

Температура клинке ра на выходе из печи °с 1450 1300 1300

Влажность кека % 18,6 18,6 26.0*

Температура отходящих газов °с ■ 200 200 ' 155

Потери тепла с отходящими газами КДЯС кг '851. 838 674

Температура газов за печью °с 1020 1070 1070

Степень декарбонизации материала в запечной системе 35 6.5 45.0 • » 32.3

Потери тепла с ас-пирационным воздухом кДж кг 602 510 510

» - приведенная влажность кека и шлама

В восьмой главе изучены химические особенности пыли, улав-

ливаемой электрофильтрами, и разработаны пути ее утилизации.

Таблица з

Режим Контроли- ■ Наименование материала.

работы руемый пара-

Матери-

линии метр Кек Матер:, Матери* Клин- Пыль

из оса- ал из ал из кер эл/ф.

дителя II циклона I циклона

Без допол- |емпература. С 15 190 540 750 1450

нител£ Содержание

ного летучих.

сзхига- 55, масс, на

ния прокаленное

топли- вещество:

ва в ко 0. 93 2.14 2.93 4.20 0.20 4.56

запеч- 2

ной 0. 80 1.72 2. 02 2.42 0.30 2.16

систе- 3

ме СГ 0.02 0.51 0.68 1.62 нет 2.21

С до- Температура, С 15 550

полга- 190 770 1300 —

тель- Содержание

ным летучих.

сжига- % масс, на

нием прокаленное

топли- вещество:

ва в к„о 1.04 2.86 3.42 3.13 0.85 3.53

запеч- 2

ной яо. 0.55 1.08 1.18 1.02 0. 49 1.46

систе-

ме сг 0.03 1.14 1.06 1.47 0. 002 2.30

Применение дополнительного сжигания топлива в газоходе первой ступени (система "Пироююн") позволило увеличить степень декарбонизации сырьевой смеси до 5055. При этом увеличился выход щелочей с клинкером, однако содержание хлоридов составило не более 0.002%. Для снижения циркуляции хлора в запечной системе было предложено отводить часть пыли электрофильтров, обогащенной этими соединениями (СГ - 1.0-1.5Ж, Rz 0-1. 5-2. 5%;.

Были проведены лабораторные исследования по изучению возможных путей утилизации шли ¡электрофильтров, рассмотрены два варианта: использование шли в качестве добавки к клинкеру при помоле; обжиг пыли в отдельной печч.

Изучив содержание ло^учих соединений в пили по полям электрофильтра, было установлено, что различие по содержанию „~е*у'-х в

них незначительно и находится в пределах погрешности измерения. Поэтому было предложено отводить общую пыль, а не пыль какого-то отдельного поля.

Исследования пробы пыли, отобранной со шнекового транспортера, показали, что основной фазой пыли является СаС03 - до 80%. в пыли также присутствуют кварц , карбонаты щелочей не более 1%, хлориды щелочей 1-2%, сульфаты щелочей 3-4%, клинкерные минералы не более 65», примеси полевых шпатов и слюды. в некоторых пробах присутствует карбонатный спуррит до 7%. Содержание СаОсв в пали не превышает 1%.

Для изучения влияния добавки пшм на свойства вяжущих материалов была приготовлена серия цементов с различным содержанием пыли,(табл.4). Цементы готовились смешением ранее размолотого клинкера, гипса и пыли. Пыль вводилась в цемент без дополнительного домола, так как она характеризуется удельной поверхностью 6300 см2/г и остатком на сите 008 - 0,6%. Гипс вводился из расчета 3. 5% S03 на клинкер.

Таблица 4

Номер цемента Состав. % Прочность при сжатии. МПа/55 Прочность на сжатие при пропаривании, МПа/%

Клинкер Пыль 1 сутки 3 суток 7 суток 28 суток

1 100 0 7.6 15,5 27.6 49.7 25.1

■ 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0

2 95 5 7l76 13.7 ВО 20.7 7S.0 44.9 90.3 24.0 95.6

3 90 10 4,3 5б!б ЕН 18.8 68.2 41.4 83.3 21.2 04.6

4 85 15 3,8 5о!о -М: 13.2 4778 24.8 1979 17.3 68 ."5

5 50 50 0.7 О 2.3 то 2.7 ÜJ3 '4.1 Ü72 3.2 12.7

Физико-механические испытания проводились на образцах- кубиках размерами 3x3x3см, изготовленных из цементного раствора с постоянным В/Ц - 0.40 (табл.4). Результаты испытаний свидетельствуют о существенном влиянии добавки пыли на' прочностные показатели.

Это особенно наглядно иллюстрируется испытаниями в 28 - суточном возрасте. Результаты физико-химических исследований свидетельствуют об отсутствии вяжущих свойств у. пыли, поэтому ее применение возможно только в количестве до 10%. Дальнейшее увеличение количества пыли в составе цемента приводит к резкому снижению прочности. Расчеты показал!, что для снижения циркуляции хлоридов до требуемого уровня необходимо отводить от 1 до 4 т пыли в час. При производительности печи 63 т кл. /чао добавка пыли будет составлять от 1.5 до 6%.

Для изучения возможности использования пыли в качестве сырьевого компонента при производстве вяжущего материала обжигались чистая пыль и пыль, откорректированная суглинком до КН - 0.92. п т 2.58. р - 1.2.

Из исходных материалов были спрессованы образцы-кубики, которые обжигались в лабораторной силитовой печи при температуре 1450 °С.

Результаты физико-механических испытаний образцов представлены в табл.5. Клинкер N 2 из откорректированной пыли характеризуется более высокими прочностными показателями во все сроки испытаний по сравнению с клинкером К 1. Это, безусловно, объясняется его более рациональным химико-минералогическим составом .и практическим отсутствием СаО

-Таблица 5

Номер клинкера Исходные сырьевые материалы Предел прочности при сжатии, МПа/%

3 суток 7 суток 28 суток

N 1 пыль 16.2 25,9 73.2 40,3 87.5

N 2 пыль, глина 21,6 100.0 35.4 100.0 46.0 ЮО.О

Для получения клинкера нормального состава требуется корректировка пыли, однако организация системч корректирования пыли потребует значительных капиталовложений. Поэтому можно рекомендовать обжиг неоткорректированной пыли с последующим получением смешанных цементов с доменным шлаком, трепелом, золой или'добавлять полученный клчнкер к нормальному клинкеру при помоле.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Определены технологические параметры обжига портландце-ментного клинкера при комбинированном способе производства с использованием дополнительного скигания топлива в запечной системе, что обеспечило смещение зоны высокотемпературного спекания клинкера, снижение теплонапрякения зоны спекания и снижение циркуляции щелочей в запечной системе.

2. Изучено изменение состава сырьевой смеси от подготовки кека до его термообработки в запечной системе и формирования клинкера. Показано, что повышение температуры при фильтрации шлама не оказывает существенного влияния на отмывку щелочей. При температуре фильтрата 20 0 С в кеке остается 85-90% щелочей. Установлено, что в запечной системе происходит накопление щелочей и хлора в результате их циркуляции и возврата в процесс пыли, обогащенной этими соединениями.

3. Определены особенности формирования фазового состава материала в процессе обжига, связанные с образованием карбонатного спуррита, который является основной фазой, ответственной за нас-тылеобразование. Изучено влияние технологических факторов - температуры и времени обжига на образование карбонатного спуррита. Показано, что в кеке и пыли электрофильтров спуррит образуется в температурном интервале 750-910 °С. Этот интервал соответствует температурному интервалу образования настылей. Так как образование спуррита в пыли начинается несколько раньше, чем в кеке, и рост его количества идет более интенсивно, добавка пыли к кеку в условиях существующей технологической схемы обжига клинкера по комбинированному способу будет приводить к более интенсивному спурритообразованию.

4. Подтверждено, что щелочи и хлор оказывают сильное влияние на процесс спурритообразования. Влияние хлора на этот процесс более интенсивное, чем щелочей. Даже при содержании хлора в количестве 0.04% в пробе происходит интенсивное настылеобразование. При увеличении этой концентрации до 0.33% образование спуррита происходит очень интенсивно и количество резко повышается. Щелочи хотя,и менее интенсивно, также влияют на этот процесс.

5. Обоснована необходимость дополнительного сжигания топлива в запечной системе. Применение системы дополнительного сжигания позволило улучшить тепловую подготовку материала в запечной сис-

теме и снизить теплонапряяение в зоне спекания. Показано, что снижая температуру в зона спекания подбором режима обаига, возможно перевести в клинкер большую часть щелочей, тем самым снизив их циркуляцию а запечной системе.

6. Предложены технологические мероприятия по улучшению работа линии:

- повышение производительности линии за счет дополнительной подачи клана в суапшсу-дробилку приведет к улучшении аэродинамического режима работы печи;

- отвод часта пыли электрофильтров позволит снизить циркуляции щелочей и хлора я запечной системе. >

?. Сделанные теплотехнические расчеты показали, что дополни-, тельной подачей влама в сушку-дробилку возможно увеличить производительность печи до 89 т iui. /чао при удельном расходе 4195 кд&/кг кл. Этот режим обеспечит подъем скорости газов в циклонном теплообменнике до 20 м/с.

8. Предложены варианты использования дали электрофильтров комбинированного способа производства:

- как инертной добавки к клинкеру;

- обйиг ее в отдельной печи.

Пыль,улавливаемая электрофильтрами, содержит значительно« количество сырьевой смеси. Эта пыль лредставляет собой по сути ту же сырьевую смесь, но характеризующуюся более высоким коэффициентом насыщения и незначительным изменением модульных характеристик. Существенным отличием пыли от исходной сырьевой смеси является повышенное содержание щелочей, хлора и серного ангидрита. Это объясняется особенностью использования пылегазового потока и избирательным пылеуносом. Использование пыли в качестве компонента при помоле цемента-возможно в ограниченном объёме в связи с практическим отсутствием у нее вяжущих свойств (инертная добавка) .

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Иванова H.A., Бернштейн Л.Г., Михин A.C., Безродный H.A. Комбинированный способ производства цемента на Себряковском цементном заводе, //п. цемент.-1995. -N S.-С. 35-38.

2. Иванова Н.А. Исследование процесса обжига в печи полусухого способа производства/'/Международная конференция "Ресурсо-и экер-