Разогрев печи перед подачей сырья

1. Перед розжигом закрыть шибер третичного воздуха и все маятниковые клапаны циклонов.

2. Постепенно повышать подачу топлива в печь до ~ 35% с минимальной тягой, чтобы сохранить тепло в печи и не перегреть теплообменник. При этом не допускать недожога топлива, т.е. СО в отходящих за теплообменником газах.

3. Печь следует перевести со вспомогательного на главный привод, когда температура на загрузочном конце печи достигнет не менее 950°С. Перед подачей сырья необходимо разогреть футеровку в зоне спекания до яркого свечения.

Разогрев печи после подачи сырья

4.Подачу сырьевой муки в теплообменник начать ориентировочно через 2 часа после перевода печи на главный привод.

5.Запустить дымосос теплообменника при закрытых шиберах, затем при минимальных оборотах открыть шибер на 100% и повысить обороты до ~ 50%. Отрегулировать разрежение в нижних циклонах №4 и №5, чтобы в отходящих за теплообменником газах отсутствовал СО и содержалось ~ 1...2% O₂.

6.После того, как отрегулировано необходимое разрежение, увеличить расход топлива до ~ 55%.

7.Открыть шибер третичного воздуха на 10%, чтобы обеспечить достаточное количество кислорода в декарбонизаторе перед подачей в него топлива. Подать в декарбонизатор топливо, когда температура в нем достигнет не менее 750°С. Отрегулировать шибер третичного воздуха, чтобы поддерживать баланс кислорода между печью и теплообменником. Подать до ~ 10% топлива в декарбонизатор. Отрегулировать разрежение, чтобы обеспечить необходимые параметры: температуру в декарбонизаторе, содержание кислорода, уровень угарного газа за теплообменником, позволяющие повысить подачу топлива в декарбонизатор.

8.После стабилизации всех параметров начать подачу сырья в теплообменник с ~ 30%.

9.Поддерживать частоту вращения печи на уровне 0,5 об/мин до тех пор, пока разогретый материал не будет четко просматриваться на подходе к зоне спекания.

10.Произвести набор обмазки на футеровке в зоне спекания как при мокром способе.

11.После выхода клинкера из печи и выравнивания всех параметров следует постепенно увеличивать подачу сырьевой муки ~ 3% через каждые 2...4 часа и пропорционально частоту вращения печи.

12.Одновременно с подачей сырья включить дутьевые вентиляторы холодильника, постоянно регулируя открытие шиберов таким образом, чтобы в головке печи поддерживать –Н_ГП на уровне 30...50 Па.

13.После достижения ~ 40% (от номинала) подачи топлива в печь начать подачу топлива в декарбонизатор и в дальнейшем с увеличением производительности печи увеличивать расход топлива только в декарбонизатор, поддерживая заданную температуру материала (~ 850...870°С) на входе в 5-ую ступень циклонного теплообменника.

Описать систему питания печей сухого способа сырье­вой мукой.

Точное дозирование сырьевой муки, подаваемой в печную систему, производится с использованием комплекса оборудования (рис. 10.22).

Дозирующий блок состоит из взвешиваемого бункера, питающего узла и измерителя потока. Бункер опирается на 3 датчика нагрузки, которые определяют текущую массу муки в бункере. Питающий узел представляет собой аэрожелоб, в котором установлен дозирующий валок. Принцип работы дозирующего валка заключается в изменении проходного сечения валка при его повороте. Положение валка в закрытом и открытом состоянии показано на рисунке. Перед валком установлен шибер для отсечения потока материала в случае прекращения его подачи. Измерение количества сырьевой муки непрерывно производится проходным лотковым массоизмерителем. Принцип его работы основан на изменении величины отклонения лотка в зависимости от поступающего на него потока материала.

Описать состав, свойства, способы получения вяжущих низкой водопотребности. Механизм формирования структуры и свойств цементов низкой водопотребности. Обычно механохимическую активацию цемента связывают с более тонким измельчением материала, а также с дефектностью минералов, якобы возрастающей с измельчением.

Структурные дефекты в полиминеральных системах, подобным цементным, весьма сложны для исследований. М.Я.Бикбау были впервые экспериментально обнаружены и описаны дефекты в основных минералах портландцемента, а также показано, что интенсивность воздействия минералов с водой определяется ионностью-ковалентностью связей атомов (как основных, так и примесных) в кристаллических решетках минералов. В процессе измельчения цементного клинкера разрушение кристалликов минералов идет сначала по более слабым, хрупким стекловидным прослойкам, соединяющих микрокристаллы, затем зонам сопряжения, срастания кристаллов, плоскостям спайности, до выделения более мелких монокристаллов клинкерных минералов таким образом, что, по Ребиндеру, сохраняются наиболее прочные, бездефектные кристаллики минералов.

По Ю.М. Бутту и В.В. Тимашеву при измельчении разрушение частиц происходит по участкам кристаллов со скоплением дефектов, возникающие при разрушении кристаллов новые поверхности покрыты электрическими зарядами с большой поверхностной плотностью. В местах разлома частиц кристаллов наблюдается мощная эмиссия электронов. В этом плане большее значение, чем собственная (внутренняя) дефектность кристаллов, имеет наведенная дефектность поверхности кристаллов, образовавшаяся в результате разрыва межатомных связей при деструкции кристаллов в процессе измельчения, тесно связанная с суммарной поверхностью и высокой химической активностью частиц цемента.

Реализация технологии цементов (вяжущих) низкой водопотребности может осуществляться по двум направлениям: для производства высокоактивных цементов и для производства достаточно активных малоклинкерных цементов с минеральными добавками (рис. 20.1).

Производство высокоактивных цементов становится востребованным в связи с наблюдающимся во всем мире переходом в строительстве на более высокие марки бетонов, а также необходимостью придания бетонам различных специальных свойств с общим требованием повышения долговечности изделий и конструкций из бетона. Новые бетоны получили в мировой практике строительства название High Performance Concrete (НРС).

Строительно-технические свойства таких бетонов характеризуются прочностью на сжатие в двое суток твердения 30-50 МПа, в 28 суток от 60 до 150 МПа, водонепроницаемостью W12 и выше, водопоглощением не более 1-2 % масс., истираемостью не более 0,3-0,4 г/см² и морозостойкостью F600 и выше. НРС должны обеспечивать срок службы изделий и конструкций не менее 200 лет, а в перспективе и 500 лет. В настоящее время такие бетоны с высокими характеристиками свойств производятся с применением тщательно подобранных компонентов исходных бетонных смесей, минимальным их загрязнением глинистыми, ограничениями по гранулометрии и морфологии мелких и крупных заполнителей, использованием достаточно дорогих химических добавок и микрокремнезема. Высококачественные бетоны радикально увеличили возможности строительства для возведения небоскребов, мостов, тоннелей, плотин, шахт и подводных сооружений.

1 вариант - выпуск высоко- и сверхпрочного быстротвердеющих портландцементов;

2 вариант - выпуск портландцементов с минеральными добавками по действующему ГОСТ 31108-2003

Рис. 20.1. Два направления производства цементов (вяжущих) низкой

водопотребности (Бикбау М.Я.)

Механохимическая активация цемента - новое направление регулирования строительно-технических свойств и получения высококачественных бетонов с вышеуказанными свойствами – наиболее конкурентоспособное с обычным модифицированием бетонных смесей, упрощающее требования к крупному и мелкому заполнителям, не требующее применения микрокремнезема, позволяющее существенно снизить стоимость бетона, отказаться от его тепловой обработки.

Рассматриваемый второй вариант производства механоактивированного цемента с минеральными добавками дает возможность радикального сбережения удельных энергозатрат на тонну цемента за счет снижения содержания портландцементного клинкера в цементах до 50-75 %, с сохранением высоких строительно-технических свойств.

Введение до 50-75 % минеральных кремнеземистых добавок в цементы с сохранением их высокой активности может позволить снизить (с учетом затрат топлива на сушку добавок) реальные удельные затраты топлива на тонну цемента на 80-100 кг условного топлива, что весьма актуально для России с подавляющим объемом цементных заводов, работающих по мокрому способу и затрачивающих сегодня 220-240 кг условного топлива на тонну клинкера.

Весьма важным является возможность эффективного использования при этом в качестве клинкерных добавок не только различных природных пуццолановых пород, мелких кварцевых песков, отходов вскрыши и т.п., но и техногенных отходов - зол и шлаков различных производств, переработка которых превратилась в значительную экологическую проблему.

Минеральные добавки предварительно высушивают. Поэтому в технологическую схему для производства механоактивированных цементов с добавками обычно включают участок сушки. Снижение содержания клинкерной части в цементах с минеральными добавками позволяет, кроме энергосбережения, значительно уменьшить выбросы СО₂ в атмосферу, сопровождающие производство цементного клинкера и ставшего во всем мире проблемой отрасли.

Оптимальная схема получения механоактивированных цементов - вяжущих низкой водопотребности с сохранением производительности шаровых трубных мельниц и соответственно приемлемых удельных энергозатрат на тонну готового продукта реализована М.Я.Бикбау на цементном заводе Шин-хуа в г. Цзин-хуа, провинции Джедзян, КНР. Технологическая линия включает в качестве вспомогательного дробильно-помольного оборудования мощную пресс-валковую дробилку - измельчитель типа VSTM-2003 производительностью до 150 т/ч. Основным помольным агрегатом является трубная трехкамерная шаровая мельница Ø2,9x11 м производительностью 50 т/ч по выпускаемому цементу с минеральными добавками марки 32,5 по стандарту КНР ASTM-2003. В предизмельчитель - прессвальцы подаются все компоненты смеси, включая портландцементный клинкер и минеральные добавки в кусковом виде без предварительной сушки. Зазор между валками составляет около 40 мм.

Схема компоновки оборудования линии завода Шин-хуа показана на рис. 20.2. В мельнице создается разряжение до 1100 Ра для увеличения производительности за счет уноса мелкодисперсных частиц смеси. Для исключения уноса частиц модификатора был установлен уровень разряжения на входе в мельницу - 75 Па, на выходе - 560 Па.

1 - бункер угольного шлака; 2 - бункерная батарея гипса и вулканического камня; 3 - бункер сланца; 4 - бункер клинкера; 5 - весовые дозаторы (тензометрические); 6, 8- ленточные конвейеры; 7, 11, 18 — цепные элеваторы; 9 - расходный бункер; 10 - пресс-валовая дробилка -измельчитель; 12 - расходный бункер с мешалкой для гомогенизации смеси; 13 - расходный бункер модификатора; 14 - ленточный дозатор; 15 - шаровая мельница; 16 - рукавный фильтр; 17 - шнек

Pucунок 20.2. Технологическая линия пo помолу цемента завода Шин-хуа, пров. Джедзян, КНР (Бикбау М.Я.)

Добавку китайского производства серии FDN-05 в сухом виде вводили в исходную смесь после предварительного измельчения компонентов в пресс-вальцах до размера 10-25 мм и гомогенизации смеси в смесителе с принудительным перемешиванием. Заводской обычный состав смеси: клинкер - 63%; вулканический камень - 6%; сланец - 16%; угольный шлак - 6%; известняк – 7 %; гипс - 5%; Смесь угольного шлака и известняка вводилась в весовом соотношении 3:2.

Перед началом каждых испытаний трубную мельницу разгружали за счет ее работы на холостом ходу до момента прекращения выхода из нее продукта.

В первом эксперименте вводили при помоле цемента 1 % масс, модификатора, во втором 0,8 % масс., в третьем 0,6 % масс, от количества смеси (табл.20.1). Добавку в каждом случае вводили равномерно в течение 1 ч. 40 мин. В каждой серии отобрано 11 проб. Первая проба - через 20 мин. после начала подачи материала, последующие - через 15 мин.

Как показали результаты фракционирования отдельных проб полученных цементов при проведении первой серии испытаний с 1% масс, добавки, появление модификатора в мельнице приводит к смещению гранулометрического диапазона частиц цемента в область более дисперсных значений, т.е. наблюдается увеличение мелющей способности мельницы (табл. 20.2).

Таблица 20.1

Концентрации компонентов в исходных смесях для помола цементов

№ п/п	Компонент	Содержание в смеси, %
		Эксперимент №1	Эксперимент №2	Эксперимент №3
1	Клинкер	63,0	40,0	33,0
2	Вулканический камень	6,0	18,0	28,0
3	Смесь угольного шлака и известняка	10,0*	15,2*	21,4**
4	Сланец	15,0	21,0	12,0
5	Гипс	5,0	5,0	5,0
6	Добавка-модификатор	1,0	0,8	0,6

* Соотношение шлак/известняк - 3:2

** Соотношение шлак/известняк -5:2

Таблица 20.2

Дисперсность и гранулометрический состав* промышленных партий образцов механохимически активированных цементов, произведенных на заводе Шин-хуа, пров. Джедзян, КНР (апрель 2008 года, Бикбау М.Я.)

Гранулометрический состав диапазон, мкм		Содержание фракции, %
		Проба №3		Проба №6		Проба №9
		Абсолютное содержание частиц диапазона	Общее содержание частиц	Абсолютное содержание частиц диапазона	Общее содержание частиц	Абсолютное содержание частиц диапазона	Общее содержание частиц
Эксперимент №1
0-1,0	-		25,023	16,084	16,084	-	14,627
1,0-5,0	10,61		35,632	17,44	33,523	18,22	32,846
5,0-10,0	8,62		44,247	8,44	41,965	7,35	40,198
10,0-20,0	21,21		65,458	19,88	61,842	18,58	58,782
20,0-30,0	18,36		83,814	19,22	81,064	19,28	78,066
30,0-40,0	7,91		91,723	9,36	90,328	9,91	87,98
40,0-60,0	5,95		97,675	7,20	97,528	8,48	96,457
60,0-70,0	1,57		99,243	2,47	100,0	1,94	98,4
70,0-80,0	0,39		99,633			0,41	98,806
Эксперимент №2
0-1,0	-		41,084	-	37,694	-	33,936
1,0-5,0	11,0		52,084	12,05	49,744	11,34	45,275
5,0-10,0	8,13		60,213	8,86	58,601	8,90	54,176
10,0-20,0	16,84		77,056	18,234	76,835	19,02	73,194
20,0-30,0	13,49		90,543	14,37	91,201	15,74	88,932
30,0-40,0	5,26		95,801	5,35	96,555	6,39	95,323
40,0-60,0	3,35		99,155	2,99	99,540	3,93	99,256
60,0-70,0	0,48		99,630	0,306	99,843	0,42	99,677
70,0-80,0	0,70		99,852	0,16	100,00	0,22	99,897
Эксперимент №3
0-1,0	-		33,498	-	42,47	-	25,860
1,0-5,0	11,55		45,043	10,98	53,454	13,04	38,901
5,0-10,0	9,85		54,892	12,35	65,802	9,42	48,318
10,0-20,0	20,675		75,567	18,93	84,733	19,85	68,171
20,0-30,0	15,5		91,066	11,37	96,107	16,43	84,609
30,0-40,0	5,49		96,556	2,83	98,94	7,24	91,842
40,0-60,0	2,98		99,531	1,06	100,0	5,73	97,458
60,0-70,0	0,307		99,838			0,97	98,536
70,0-80,0	0,16		100,00			0,65	99,182

Производительность мельницы задавалась подачей компонентов цемента и составила обычную регламентную заводскую норму - 50 т/час. Аналогичные по габаритам мельницы в России имеют существенно отличную шаровую загрузку, ввиду отсутствия предизмельчения материалов перед подачей в мельницу.

На Российских цементных заводах гранулы клинкера и щебень добавок подаются обычно в первую камеру мельницы, где дробятся в крупку и начинают измельчаться только во второй камере. Это объясняет низкую тонину цементов (около 300 м²/кг) и значительно меньшую производительность мельниц по помолу цемента, например, на заводах ОАО «Воскресенский цементный завод», «Липецкий цементный завод» - для мельниц 3,0x14 м производительность составляет около 35 т/час, на ОАО «Михайловский цементный завод» для мельницы 3,0x14 м производительность составляет около 40 т/час.

Мельницы габаритами 2,6x13 м, более близкие по конструктивным характеристикам к мельнице 2,9x11 м завода Шин-Хуа, имеют на цементных заводах России производительность около 25 т/час, т.е. в два раза меньше китайской. Отсюда и достаточно большие удельные энергозатраты на помол цемента, составляющие 50-60 кВт·ч/т. После предизмельчителя, в частности, пресс-вальцев на цементном заводе Шин-Хуа - материал на 60-70 %, уже порошок, на 15-20 %, он представлен в виде крупки до 5-7 мм, а небольшая часть материала (10-15 %) попадает в мельницу в виде частиц размером 15-25 мм.

Такой материал интенсивно измельчается уже в первой камере мельницы, а суммарные удельные энергозатраты на цементном заводе Шин-Хуа (с учетом пресс-вальцев и шаровой мельницы) находятся в пределах 30-35 кВт·ч/т цемента.

В ходе испытаний обнаружено значительное влияние модификатора FDN-05 на интенсивность помола цемента с минеральными добавками, так при фиксированной производительности помольной линии 50 т/час тонина цементов значительно возросла с вводом модификатора в количестве 0,6-1 %, цемента и увеличением количества подаваемого вулканического камня (табл. 20.1, 20.2). Это говорит о возможности повышения производительности линии на заводе Шин-хуа на 10-20 % при снижении тонины помола цементов до 400-500 м²/кг, достаточной для механохимической активации материалов и производства малоклинкерных качественных цементов с низкой водопотребностью.

Таблица 20.3