3. Низкоосновные кольца, причины образования и способы предотвращения

Низкоосновные кольца чаще всего возникают в начале зоны спекания. Эти кольца светло-серого цвета в основном состоят из незавершенных продуктов обжига цементного клинкера и содержат достаточно высокое количество свободной извести (5...10%). Они имеют высокую прочность, иногда даже выше, чем основная обмазка в зоне спекания.

Этот факт свидетельствует о том, что при относительно низкой температуре обжига в данных условиях имелось большое количество расплава. При высокой скорости продвижения материала в зоне декарбонизации тепловые процессы опережают химические реакции. В этих условия до 1200...1300°С формируются минералы низкой основности, которые образуют до 50% расплава. В последующем, насыщаясь оксидом кальция, выкристаллизовываются С₂S и C₃S, количество жидкой фазы уменьшается, и образуется нарост. Возникнув на начальной стадии, кольцеобразование интенсивно саморазвивается, так как увеличивается разность температур поверхности кольца и материала за кольцом, что усугубляет ситуацию.

Таким образом, причина образования подобного вида колец связана с недостаточной подготовкой материала до зоны спекания и высоким контрастом теплового поля печи на данном участке. Поэтому такие явления обычно наблюдаются при работе на коротком теплонапряженном дальнем факеле, и могут быть предотвращены рациональным режимом сжигания топлива, приведенном в разделе 13.1.4 (рис. 13.11).

3. Клинкерные кольца, причины образования и способы предотвращения

Клинкерные кольца возникают на стыке зон спекания и охлаждения. Механизм их образования связан с резкой кристаллизацией клинкерного расплава. В ранних работах они получили название зольных колец, т.к. их возникновение увязывалось с наличием легкоплавкой золы топлива. Однако, наблюдениями установлено, что подобные кольца образуются и при сжигании беззольных топлив: газа и мазута. Обычно причина заключается в высококонтрастном поле на границе зон. Образование кольца вызывается коротким теплонапряженным факелом и холодным вторичным воздухом. Причем здесь так же, как и в предыдущем случае, процесс саморазвивается. При возникновении сначала небольшого кольца, кромка его охлаждается сильнее, а за кольцом клинкер перегревается больше, и вследствие этого происходит быстрый рост кольца по охлажденной кромке. Для предотвращения образования колец здесь также рекомендуется работать на относительно удлиненном факеле, и особо важно обеспечить высокую температуру вторичного воздуха, ни в коем случае не допуская подсосов через неплотности в головке печи и уплотнении.

2. Механизм образования колец во вращающейся печи

В результате проведенных физико-химических и технологических исследований пяти видов колец предложен единый механизм их образования. Во всех случаях процесс кольцеобразования связан с существованием или возникновением и исчезновением или уменьшением жидкой фазы.

Для первых двух видов колец это обусловлено испарением исходной воды шлама с высыханием и отвердеванием материала, которое во втором случае усугубляется кристаллизацией щелочных солей с «цементацией» массы. Третий тип колец в зоне декарбонизации образуется в результате временного возникновения при 750...900°С высокоподвижного эвтектического расплава в системе щелочных солей и карбоната кальция. Карбонатный расплав пропитывает большую массу материала, с повышением же температуры происходит выделение СО₂ из системы с уменьшением количества и увеличением вязкости жидкой фазы, что и является причиной образования и отвердевания кольца.

В четвертом случае повышение количества жидкой фазы при 1200...1300°С обусловлено низкой основностью силикатно­го расплава, близкого по составу к металлургическим шлакам. Уменьшение же расплава происходит вследствие взаимодействия СаО с жидкой фазой и последующей кристаллизации высокоосновных силикатов кальция, что и приводит к затвердеванию кольцевого нароста. На последней стадии в зоне охлаждения клинкерный расплав исчезает в результате его охлаждения. Предварительный перегрев клинкера и, следовательно, увеличение доли жидкой фазы и последующее резкое охлаждение способствуют образованию кольца.