Тема занятия: Влияние модульных характеристик, тонкости помола сырьевой шихты, температуры и продолжительности обжига на усвоение СаО свободной и процессы спекания клинкера

Цель работы: Ознакомить магистрантов с методами помола сырья, приготовления сырьевых шихт, формования таблеток, лабораторного обжига клинкеров, определения качества обжига клинкера по содержанию СаО свободной и микроструктуре клинкера.

План занятия

1. Изучить методы лабораторного обжига клинкеров.

2. Изучить влияние модульных характеристик, тонкости помола сырьевой шихты, температуры и продолжительности обжига на усвоение СаО свободной и процессы спекания клинкера

Краткие теоретические сведения

Клинкер это продукт обжига до спекания тонкоизмельченной, тщательно откорректированной и гомогенизированной сырьевой смеси, обеспечивающей преимущественное образование высокоосновных силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция. Клинкер представляет собой округлой формы окатанные спеченные гранулы размером 5…50 мм. Качественно обожженный клинкер имеет черный цвет. Размер гранул клинкера зависит от состава

сырьевой смеси, температуры и продолжительности обжига, количества жидкой фазы.

Как пережог, так и недожог снижают качество клинкера и цемента. При недожоге образуется «горчица» с высоким содержанием свободной СаО, при пережоге происходит чрезмерное спекание клинкера, кристаллы минералов вырастают до больших размеров, что снижает гидратационную активность, приводит к перерасходу топлива, ухудшению размалываемости клинкера.

Объемная масса клинкера характеризует степень спекания, от которой зависит качество цемента. Температура и длительность обжига при этом оказывают большое влияние на пористость, а следовательно, и на объемную массу.

Качество обжига портландцементного клинкера на цементных заводах оценивают по содержанию СаО свободной, по массе (весу) литра клинкера, который может колебаться от 1200 г/л до 1750 г/л. Низкая объемная масса (вес литра), равная 1200…1400 г/л, свидетельствует либо о недожоге, либо об образовании в печи мелкого пылевого клинкера более низкого качества. Масса литра клинкера выше 1700 г/л является признаком пережога клинкера, связанного с перегревом футеровки, преждевременным износом огнеупора и перерасходом топлива. Оптимальная масса литра клинкера устанавливается опытным путем на заводе и находится в пределах 1450…1650 г/л.

При обжиге цементного клинкера иногда в силу ряда причин часть оксида кальция не усваивается и остается в виде так называемой «свободной извести». Полнота усвоения СаО зависит от состава сырья и режима обжига. Так, при высоком коэффициенте насыщения обжигаемого материала, КН = 0,94 и выше, грубом помоле и плохом перемешивании сырья, повышенном содержании щелочных соединений в нем, а также при недостаточно высокой температуре и малой продолжительности обжига в клинкере может оставаться не связанная известь.

В промышленных условиях клинкер обжигается при температуре 1450^оС, продолжительность обжига при этой температуре составляет 20…40 минут.

При затворении цемента водой происходит гидратация клинкерных минералов и свободной извести.

Известь, при гидратации по уравнению СаО + Н₂О = Са(ОН)₂, увеличивается в объеме почти в два раза. Оксид кальция - СаО обожженная в известковых печах при температуре 1000-1100^оС гасится в течение 15…20 минут. В отличие от извести, полученной в известковых печах при 1000-1100^оС, свободная СаО, присутствующая в клинкере, обжигалась при температуре 1450^оС и поэтому является «намертво обожженной», гасится в течение длительного времени, иногда по истечении нескольких месяцев и лет. Поэтому, если содержание такой извести в цементе более 1…2 %, она реагирует с водой уже после того, как цементное тесто схватилось и затвердело. Возникшие в этих условиях большие внутренние напряжения в бетоне могут разрушить сооружение из-за неравномерности изменения в объеме цемента.

Согласно ГОСТ цемент должен выдержать испытание на равномерность изменения объема. Неравномерность изменения объема может быть вызвана следующими причинами:

1. Гидратацией свободного СаО, если его содержание превышает 1,5…2 %. Такая известь, гасясь в уже затвердевшем цементе, обуславливает возникновение напряжений. Хотя сумма объемов исходных СаО и воды больше объема гашеной извести, однако частички Са(ОН)₂ растут в одном направлении, вызывая расширение на 95,5% объема исходного СаО;

2. Гидратацией МgO, выделяющегося в виде кристаллов периклаза;

3. Образованием в твердеющем цементе высокосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция при избыточном введении гипса.

Для определения неравномерности или равномерности изменения объема цемента по методике ГОСТ приготавливают цементные лепешки и через 1 сут их кипятят в воде. Если лепешки не растрескались, не искривились, не появилась сетка мелких трещин, то цемент считается выдержавшим испытание и в журнале записывают – «выдержал».

Оборудование, приборы и технические средства: Сырьевые материалы, истиратель дисковый ИД-200, вибромельница СВМ-4, прессе ПГМ-100МГ4, заформованные таблетки, тигли, высокотемпературная электропечь КНР, щипцы, защитные очки, рукавицы, фарфоровые чаши, технические весы, стеклянные стаканы, ложка, пипетка, бюретка, шпатель, штангенциркуль, сушильный шкаф лабораторный, смеситель лабораторный, разновесы.

Задание и порядок выполнения работ в аудитории: