Обжиг сырьевых смесей.

Физико – химические процессы при производстве клинкера протекают в определенных температурных границах – технологических зонах печного агрегата. При мокром способе производства по ходу движения материала вращающаяся печь условна разделена на следующие зоны:

1 – испарения; 2 – подогрева и дегидратации; 3 – декарбонизации; 4 – экзотермических реакций; 5 – спекания; 6 – охлаждения.

1. В зоне испарения происходит высушивание сырьевой смеси при повышении температуры от 70º до 200ºC (в конце этой зоны). При нагревании шлам вначале разжижается, затем загустевает, комкуется и при перекатывании комья распадаются на более мелкие гранулы. Затраты тепла на испарение влаги составляют около 35% общего расхода. В печах для обжига сухого сырья эта зона отсутствует. Длина зоны 35 -40% от L печи.

2. В зоне подогрева при температуре 200 - 700ºC выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента. При 450 -500ºC из глинистых минералов удаляется кристаллохимическая вода и образуется безводный каолинит AL₂О₃*2SiO₂ Длина зоны 15 – 20% от L печи.

3. В зоне декарбонизации при температуре 900 - 1200ºC происходит диссоциация карбонатов Ca и Mg с образованием свободных CaO и MgO. Поскольку разложение карбоната кальция (CaCO ) - реакция эндотермическая, с большим поглощением теплоты, (1780 кДж на 1 кг. СаСO ), то потребление теплоты в этой зоне печи наибольшее. В этой зоне происходит распад дегидратированных глинистых минералов на оксиды SiO , Al O , Fe O , которые вступают во взаимодействие с СаО. В результате твердофазовых реакций образуются минералы 3СаО*Аl O ; CaO*Аl O и частично 2СаО*SiO . Длина зоны 20 – 25% от L печи.

4. В зоне экзотермичесих реакций при температуре 1200 - 1300ºС происходят твердофазовые реакции образования: 3СаО*Аl O ; 4CaO*Аl O *Fe O ; 2СаО*SiO . Содержание свободной СаО в этой зоне резко уменьшается, но остаётся еще достаточным для насыщения белита (2СаО*SiO ) и образования из него алита (3СаО*Аl O ). Образование всех перечисленных минералов сопровождается экзотермическими реакциями (выделение теплоты до 420кДж на 1кг клинкера) и повышением температуры на 150 - 200ºС. Длина зоны 7 -10% от L печи.

5. В зоне спекания (1300 – 1450 -1300ºС), при температуре 1300ºС образуется 20-30% расплава от объема обжигаемой массы из минералов 3СаО*Аl O; 4CaO*Аl O *Fe O , а также MgO и легкоплавких примесей. При повышении температуры до 1450ºС в расплаве (клинкерной жидкости) растворяются 2СаО*SiO и СаО и образуют главный минерал – алит 3СаО*SiO . Процесс образования алита длится 15-20 мин. Понижение температуры с 1450 до 1300ºС приводит к кристаллизации из расплава 3СаО*Аl O ; 4CaO*Аl O *Fe O и MgO (в виде периклаза). Длина зоны 10-15% от L печи.

6. В зоне охлаждения температура клинкера понижается с 1300 до 1000ºС; здесь полностью формируются его структура и состав, включающий С S; С S; С А; С AF; MgO (периклаз), стекловидную фазу. Длина зоны 2 - 4% от L печи.

Вращающиеся печи.

Тепловыми агрегатами в производстве клинкера являются вращающиеся печи. Тип печи и ее размеры зависят от способа производства клинкера – мокрого или сухого.

Вращающаяся печь для производства клинкера по мокрому способу представляет собой сварной металлический барабан, футерованный изнутри огнеупорным материалом. Барабан устанавливается под уклоном 3-4º к горизонту на опоры и вращается со скоростью от О.S – 1,4 об./мин. Количество опор – 7 шт. Функциональное назначение футеровки: защита металлического корпуса от воздействия высоких температур; уменьшение тепловых потерь корпусом печи за счет излучения и конвекции, передача теплоты от футеровки материалу.

Работает печь по принципу противотока. Сырье подают в печь с верхнего (холодного) конца печи, а со стороны нижнего (горячего) вдувается топливо-воздушная смесь, сгорающая в факеле длиной 20 - 30см. В качестве топлива используют природный газ – 55,7%; мазут – 27,4%; угли и сланцы – 16,9%. Сжигание газообразного топлива производится в горелках при скорости истечения газового потока от 200 до 450 м/с. Сжигание мазута осуществляют при помощи форсунок с механическим распылением. Твердое топливо сжигается в виде пыли, подаваемой в печь форсунками при скорости 50 – 120 м/с. Для эффективной работы печи снабжены внутренними теплообменными устройствами, в частности – цепными завесами, которые улучшают их теплотехнические характеристики и интенсифицируют процесс обжига. В настоящее время для производства клинкера по мокрому способу используют печи размерами 5 х 185м. и 7 х 230м., производительностью – 1800 и 3000 т клинкера в сутки.

В печах сухого способа часть физико-химических процессов идет в запечных теплообменниках, что позволяет в 2 раза уменьшить габариты печей.