Введение

Расчет состава сырьевых смесей является важнейшей частью технологического процесса производства цемента. Цель расчета заключается в определении соотношения между компонентами в смеси, обеспечивающего получение портландцементного клинкера с заданными характеристиками.

Расчет состава сырьевой смеси проводят различными методами. Наиболее распространен способ расчета сырьевой смеси по значениям коэффициента насыщения и модулей, при этом число сырьевых компонентов должно быть на единицу больше числа заданных характеристик. В отдельных случаях расчет состава сырьевой смеси проводят по заданному минералогическому составу клинкера.

Настоящие методические указания предназначены для выполнения расчетно-графической работы студентами специальности 270106 – «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» очной и заочной форм обучения, а также могут быть использованы при выполнении курсового проекта студентами специальности 240304 – «Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов».

В методических указаниях даны пример расчета состава трехкомпонентной смеси и варианты исходных данных для расчета (см. приложение).

1 Общие положения по расчету состава сырьевой смеси

Расчета состава сырьевой смеси проводят для определения количественных соотношений входящих в смесь компонентов, что позволяет получить клинкер необходимого химического и минералогического состава. Расчет осуществляют по результатам химического анализа на содержание следующих оксидов (масс. %): SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, SO₃ и на потери при прокаливании.

При наличии в сырьевой смеси FeO и MnO их содержание прибавляют к содержанию Fe₂O₃, использую при этом коэффициенты для FeO – 1,1114 и для MnO – 1,1127.

Содержание TiO₂ и P₂O₅ учитывают вместе с Al₂O₃.

Минерализаторы типа плавикового шпата, кремнефтористого натрия, гипса и фосфогипса, вводимые в сырьевую смесь в коли-честве менее 1%, при расчете сырьевой смеси обычно не учитывают.

Для удобства проведения расчетов сумму оксидов, полученную при анализе, пересчитывают на 100%. Для этого содержание каждого оксида умножают на коэффициент k, определяемый путем деления 100 на сумму всех оксидов.

Химико-минералогический состав клинкера может быть задан либо в виде содержания основных минералов C₃S, C₂S, C₃A и C₄AF, либо в виде значений коэффициента насыщения (КН), силикатного модуля (n) и глиноземистого модуля (р).

(1)

(2)

Для расчета КН сырьевой смеси используют более простую формулу:

(3)

Число сырьевых компонентов должно быть на единицу больше числа заданных характеристик. Поэтому для получения клинкера строго заданного состава (с принятыми значениями (КН, n и р) необходима четырехкомпонентная смесь. Чаще всего используется трехкомпонентная сырьевая смесь. В этом случае могут быть заданы только два параметра КН и n или КН и р. При использовании запесоченного сырья или сырья с карстовыми включениями трепельных линз рекомендуется назначить КН и n, а при использовании относительно однородных по составу известняков и глин или мергелей – КН и р. При высокой однородности состава известняков и глин рекомендуется упрощенная корректировка состава сырьевой смеси по титру и содержанию Fe₂O₃.

Исходя из технологических особенностей производства портландцементного клинкера, содержание Fe₂O₃ в нем не должно превышать 6,5%, а значение силикатного модуля 2,4...2,5.

При расчете сырьевых смесей определяют также характеристики их спекаемости – индекс обжигаемости и коэффициент спекаемости, влияющие на поведение сырьевых смесей в процессе обжига во вращающихся печах.

Индекс обжигаемости сырьевой смеси ИО – модуль, предложенный для характеристики спекемости сырьевой смеси.

. (4)

Индекс обжигаемости должен находиться в пределах 2,5...3,0. Индекс обжигаемости также косвенно связан с размаываемостью клинкера (смеси с низким значением ИО дают трудноразмалываемый клинкер).

Коэффициент спекаемости К_с вычисляется по формуле:

. (5)

Для клинкеров с хорошей спекаемостью коэффициент спекаемости находится в пределах 0,5...0,6.

При обжиге клинкера на твердом топливе, а также при использовании метода двустороннего питания печей, необходимо учитывать присадку золы топлива или компонента, вдуваемого в печь с горячего конца печи.

При проведении расчетов пользуются следующими сок-ращенными обозначениями содержания основных оксидов (таблица1).

Таблица 1. - Сокращение обозначения оксидов

Оксиды	В клинкере	В сырьевой смеси	В первом компо-ненте	Во втором компо-ненте	В третьем компо- ненте	В четвертом компо- ненте
CaO	С	С0	С1	С2	С3	С4
SiO2	S	S0	S1	S2	S3	S4
Al2O3	A	A0	A1	A2	A3	А4
Fe2O3	F	F0	F1	F2	F3	F4
П.п.п.	П.п.п.	(П.п.п.)	(П.п.п.)1	(П.п.п.)2	(П.п.п.)3	(П.п.п.)4

Все вычисления при расчете сырьевой смеси ведут с точностью до 0,01%.

2 РАСЧЕТ СЫРЬЕВОЙ СМЕСИ ПО КОЭФФИЦИЕНТУ

НАСЫЩЕНИЯ И МОДУЛЯМ БЕЗ УЧЕТА

ПРИСАДКИ ЗОЛЫ ТОПЛИВА

2.1 Расчет двухкомпонентной сырьевой смеси

Расчет можно производить по коэффициенту насыщения или гидравлическому модулю, которые характеризуют основность сырьевой смеси. Расчет по коэффициенту насыщения более целесообразен, т.к. в формуле его учитывается, что оксид кальция соединяется с кремнеземом, глиноземом и оксидом железа не в одинаковых массовых соотношениях, а при обжиге при недостатке оксида кальция не полностью насыщается ею только кремнезем.

Рассмотрим расчет двухкомпонентной сырьевой смеси по коэффициенту насыщения. В рассматриваемом методе расчета принимается, что на одну часть второго компонента приходиться х частей первого. Исходя из этого, можно рассчитать содержание отдельных компонентов по следующим формулам:

. (6)

Если в формулу (3) подставить приведенные выше расчетные символы, то получим

После решения этого уравнения относительно х находим соотношения между первым и вторым компонентом

(7)

Долю каждого компонента в сырьевой смеси определяют затем по формулам:

. (8)

. (9)