Процессы, протекающие при обжиге клинкера во вращающихся печах

Обжиг сырьевой смеси, и получение клинкера сопровождается сложными физическими и фи­зико-химическими процессами, в результате которых из исходных компонентов спекшиеся зерна размером до 2-Зсм, состоящие в основном из минералов C₃S, β-C₂S, C₃A, C₄AF и стекловидной фа­зы.

Характер процессов, протекающих в сырьевой смеси определяется температурой обжига. Ус­ловно вращающуюся печь можно разделить на следующие зоны:

- зона сушки: шлам, попадая в печь, подвергается действию отходящих газов нагретых до вы­сокой температуры (t=300-600°C). При этом происходит испарение воды, шлам загустевает. Когда значительная часть воды испарилась, образуются крупные комья, распадающиеся затем на мелкие частицы, вследствиеухудшения связующих свойств глиняного компонента. Процесс испарения из шлама воды длится примерно до температуры 200°С, так как влага, содержащаяся в тонких порах и капиллярах материала, испаряется медленно.

- зона подогрева: в этой зоне материал нагревается до температуры t=500-600°C, при том происходит выгорание органических веществ 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 оксиды SiO₂ и А1₂Оз, а также декарбонизация углекислого магния MgCO_3. Удаление воды приводит к потере пластичности глинистым материалом, рассыпа­ется в порошок и поступает в зону декарбонизации.

В смеси начинаются реакции в твердом состоянии между его составляющими. При этом на­блюдается сцепление отдельных частиц порошка и образование гранул различного размера.

зона декарбонизации: В этой зоне протекает процесс разложения углекислого кальция CаСОз. Здесь потребление тепла наибольшее, так как происходит эндотермическая реакция разло­жения СаСОз с образованием СаО и СО₂. В этой зоне возникают реакции между основным окси­дом СаО и кислотными оксидами глинистого компонента А1₂О₃, SiO₂ и Fe₂O₃ c образованием CaO ∙ SiO₂, СаО ∙ А1₂О₃, СаО ∙ Fе₂Оз. Температура обжигаемого материала в зоне декарбонизации ко­леблется в пределах 900 - 1200°С.

- зона экзотермических реакций: В этой зоне взаимодействие между основными и кислот­ными оксидами протекает с большей скоростью вследствие более высокой температуры. Эти твердофазовые реакции осуществляются с выделением теплоты. При температуре 1200°С и более про­исходит насыщение образовавшихся ранее низкоосновных соединений до соответствующих клин­керных минералов: C₂S, C₃S, СзА, С₄АF. Реакция образования алюминатов, силикатов и алюмоферритов кальция является экзотермической, что приводит к повышению температуры материала на 200 - 250°С на коротком участке печи. При температуре 1300°С твердофазовые процессы обра­зования минералов заканчиваются, и материал к этому времени состоит из образовавшихся соеди­нений C₂S, C₃A, С₄АF, С₂F, СаО, MgO, C₁₂A₇.

-зона спекания: В этой зоне температура подымается до 1300-1500°С, происходит спекание материала, вследствие образования в нем расплава в количестве 30%. Оптимальная температура спекания зависит от свойств исходных материалов, наличия в них примесей, тонкости измельчения, однородности смеси.

После расплавления в зоне спекания части материала, и образования жидкой фазы в твердом состоянии остается главным образом только двухкальцевый силикат C₂S, который частично также растворяется в жидкой фазе. Соединяясь в расплавленном состоянии с оксидом кальция, C₂S обра­зует 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.

Образование C₃S в условиях обжига завершается за 25...30 мин. Увеличение продолжитель­ность выдержки материала в зоне спекания с одной стороны способствует более полному усвоению СаО, а с другой стороны может вызвать чрезмерное укрупнение кристаллов алита, что скажется на качестве.

- зона охлаждения: В этой зоне температура клинкера понижается с 1300 до 1000°С, в ре­зультате чего расплав кристаллизуется и из него выделяются минералы СзА, C₄AF, C₂S, MgO, С₃S, а часть жидкой фазы затвердевает в виде стекла.

 

 

ГРАФИК ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ.

На рисунке показано распределение температуры материала и газового потока по длине барабана вращающейся печи, работающей по мокрому способу производства.

Ломаный характер кривой температуры материала показывает, что при нагревании сырьевой смеси в ней происходят различные физико-химические процессы, в одних случаях тормозящих нагревание (пологие участки), а в других – способствующие резкому нагреванию (крутые участки).

 

 

 

I-зона испарения;

II-зона подогрева и дегидратации;

III-зона декарбонизации;

IV-зона экзотермических реакций;

V-зона спекания;

VI-зона охлаждения;

РЕЖИМ РАБОТЫ ЦЕХА

Режим работы цеха является основой для расчета производительности, потоков сырья, обо­рудования. Он определяет количество рабочих дней в году, количество смен работы в сутки и рабо­чих часов в смене.

Режим работы основных цехов и отделений в течение года:

карьер и дробильное отделение - 307 дней по 16 часа в сутки (4912);

отделение помола сырья - 307 дней по 24 часа в сутки (7368);

отделение помола цемента - 307 дней по 24 часа в сутки (7368);

цех обжига клинкера - 337 дней по 24 часа в сутки (8088);

силосно-упаковочное отделение - 365 дней по 24 часа в сутки (8760);