Тема занятия: Подбор и оптимизация малоэнергоемких составов сырьевых смесей на основе нетрадиционного сырья и промышленных отходов для получения клинкеров общестроительных и специальных цементов

Цель работы: Осуществить расчет и подбор оптимальных малоэнергоемких составов сырьевых смесей с использованием техногенного сырья и магматических пород для получения клинкеров общестроительных и специальных цементов.

План занятия

1. Изучить методы расчета и подбора оптимальных малоэнергоемких составов сырьевых смесей.

2. Изучить методы расчета двухкомпонентной сырьевой смеси.

3. Изучить методы расчета трехкомпонентной сырьевой шихты с использованием техногенного сырья.

4. Изучить методы расчета минералогического состава клинкера.

Краткие теоретические сведения

Портландцемент – продукт совместного помола клинкера с гипсом. Портландцементным клинкером называется продукт обжига до спекания тонкоизмельченной, специально подобранной, тщательно откорректированной и перемешанной сырьевой смеси обеспечивающей преимущественное образование высокоосновных силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция. Основными характеристиками клинкера являются химический, минералогический состав, коэффициент насыщения клинкера, силикатный и глиноземный модули. Коэффициент насыщения клинкера или сырьевой смеси определяется по формуле:

КН =

Силикатный модуль определяется по формуле: n =

Глиноземный модуль определяется по формуле: р = А1₂О₃ / Fe₂O₃

Титр сырьевой смеси представляет собой содержание СаСО₃ и имеет величину 75-80 %. Клинкер состоит из 4-х основных клинкерных минералов: трехкальциевый силикат или алит – 3СaO∙SiO₂ - сокращенно C₃S 45-60 %, двухкальциевый силикат или белит – 2СaO∙SiO₂ - сокращенно C₂S 20-30 %, трехкальциевый алюминат 3СаО∙А1₂О₃ - сокращенно С₃А 5-15 %, четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО∙А1₂О₃∙ Fе₂О₃ - сокращенно С₄АF 10-20 %.

Расчёт состава сырьевой смеси производят для определения количественного содержания компонентов шихты, обеспечивающей получение клинкера заданного химического и минералогического состава. При этом исходят из минералогического состава клинкера, обеспечивающего для данного завода оптимизацию технологических параметров обжига клинкера и заданные свойства цемента.

Вначале задают оптимальный минералогический состав клинкера, который пересчитывают на химический состав по формулам С. Д. Окорокова, а затем состав клинкера выражают в виде КН, п и р, которые берут за основу расчёта сырьевой шихты.

Назначая характеристики будущего клинкера, технолог должен исходить из того, чтобы задаваемый состав: 1) обеспечивал готовому цементу требуемый комплекс строительно-технических свойств; 2) способствовал нормальному протеканию процесса клинкерообразования при обжиге (достаточно полное освоение извести, получение хорошей петрографической структуры клинкера); 3) обеспечивал оптимальные условия работы печей – их высокую производительность, предотвращение образования колец и сваров, создание устойчивой обмазки на футеровке.

Опыт работы цементных заводов показывает, что чрезмерно высокое отношение С₃S к С₂S (т.е. высокое значение КН) снижает производительность печи, повышает расход топлива, ухудшает условия работы футеровки и может вызвать повышенное содержание в продукте свободной извести.

Клинкер с малым содержанием минералов - плавней (т.е. с высоким n) характеризуется трудной спекаемостью, в результате чего снижается производительность печей и повышается расход топлива. С другой стороны, высокое содержание минералов-плавней в клинкере приводит к избытку жидкой фазы в процессе обжига, что в свою очередь вызывает образование комьев, сваров, а иногда и колец в печи.

Преобладание С₃А в составе минералов-плавней (высокое значение р ) повышает вязкость жидкой фазы и тем самым затрудняет образование алита и его кристаллизацию. Наоборот, избыток алюмоферритов кальция (например, в виде С₄АF) может чрезмерно снизить вязкость жидкой фазы и вызвать при неблагоприятных условиях появление комьев и сваров.

Для удовлетворения перечисленных положений Гипроцемент (Л.С. Коган) рекомендует при получении обычного портландцемента назначать состав клинкера в следующих пределах: