Основные физико-химические процессы в технологических зонах

I. Зона сушки (испарения). Во вращающуюся печь шлам поступает с температурой 20...30°С и влажностью 32...40 %. По мере продвижения по печи и нагревания материала до 100°С происходит испарение капельножидкой воды.

Н₂О(вода ) → Н₂О↑(пар)

В зависимости от свойств сырья шлам с потерей влаги может образовывать гранулы или пылевидный материал.

Зона сушки занимает около 25% от общей длины печи.

II. В зоне подогрева материал нагревается от 100 до 800°С. При температурах 400...600°С происходит процесс дегидратации глинистых минералов с выделением А1₂О₃ и SiО₂ в аморфном состоянии и начинаются взаимодействия в сырьевой смеси.

Al₂O₃•2SiO₂•Н₂О → Al₂O₃+2SiO₂+ 2Н₂О↑

Зона составляет около 25% длины печи. Для интенсификации процессов теплообмена в зонах сушки и подогрева устанавливают внутрипечные теплообменные устройства, в основном цепные завесы.

III. В зоне декарбонизации протекает наиболее энергоемкая стадия процесса клинкерообразования- реакция разложения карбоната кальция CaCO₃. Температура диссоциации зависит от парциального давления CO₂ в газовой среде. Так как в начале зоны декарбонизации в газе CO₂ ≈ 22%, то разложение карбоната кальция начинается с температуры 800°С и интенсивно протекает при 900...950°С.

СаСО₃ = СаО+СО₂↑

Зона декарбонизации занимает около 30% длины печи. В зоне декарбонизации начинают протекать реакции образования низкоосновных силикатов, алюминатов, алюмосиликатов и алюмоферритов кальция.

IV. Зона экзотермических реакций. При температурах 1100...1300°С происходит интенсивное образование всех клинкерных минералов, кроме алита.

СаО + SiO₂+ Al₂O₃+Fe₂O₃= С₂S + С₃А+ С₄АF

Твердофазовые реакции образования двухкальциевого силиката 2СаО•SiO₂, трехкальциевого алюмината 3СаО•Al₂O₃ и четырехкальциевого алюмоферрита 4СаО•Al₂O₃•Fe₂O₃ протекают с выделением тепла, т.е. являются экзотермическими. Наибольшее количество, до 97%, тепла выделяется в результате образования C₂S. Зона экзотермических реакций занимает около 3% длины печи.

V. Зона спекания. При 1280...1340°С в материале образуется клинкерный расплав, в котором растворяются клинкерные минералы. При температурах ~ 1300...1450...1300°С в результате взаимодействия растворенных в расплаве оксида кальция СаО и двухкальциевого силиката С₂S образуется основной клинкерный минерал алит 3СаО • SiO₂.

СаО + С₂S = С₃S

При охлаждении до ~ 1300°С из расплава выкристаллизовываются клинкерные минералы, количество расплава сокращается и образуется прочный спек - клинкерная гранула. Зона спекания занимает около 15% длины печи.

VI. В зоне охлаждения, занимающей около 2% длины печи, клинкер остывает до температур 1200...1100°С, после чего поступает в холодильник для дальнейшего охлаждения.

10.1.3.2. Физико-химические процессы в присутствии щелочесодержащих соединений

В тех случаях, когда в сырьевой смеси содержатся примеси в виде щелочных, сернистых и хлористых соединений, возможно возникновение при низких температурах щелочесодержащих расплавов в системах:

КСІ – К₂SO₄ при t = 690 ⁰C; К₂СО₃ – СаСО₃ при t = 752 ⁰C;

К₂SO₄ - Na₂SО₄ – СаСО₃ при t = 820 ⁰C;

В среде продуктов горения топлива, характерной для промышленных печей, реакции разложения CaCO₃ и синтеза C₂S в присутствии R₂CO₃ и R₂SO₄ протекают одновременно с образованием промежуточных соединений по схеме, представленной ниже.

500-750 ^оС 750-850 ^оС

1. СаСО₃ + R₂CO₃ + SiO₂ ---------→ R₂Cа(СO₃)₂ + СаСО₃ + SiO₂ -------------→

→2(2СаО•SiO₂)•СаСО₃ + R₂Cа(СO₃)₂ + nR₂О•mSiO₂ + СаСО₃ + СаО +СО₂↑→

850-960 ^оС

-----------→2(2СаО•SiO₂)•СаСО₃ + R₂Cа(СO₃)₂ +nR₂О•mСаО•рSiO₂+СаО+ СО₂↑→

960-1000^оС

-------------→2СаО•SiO₂ + R₂Cа(СO₃)₂ + nR₂О•mСаО•рSiO₂ + СаО + СО₂↑→

>1000^оС

----------→2СаО•SiO₂ + nR₂О•mСаО•рSiO₂ +R₂CO₃ + СаО + СО₂↑

650-840 ^оС

2. СаСО₃ + R₂SO₄ + SiO₂ -------→ nR₂SO₄•СаСО₃ + mR₂SO₄•СаSО₄+ nR₂O•mSiO₂

840-960 ^оС

+ СаО+ СО₂↑+ СаСО₃ + SiO₂ --------→nR₂SO₄•СаСО₃ +2(2СаО•SiO₂) •СаSО₄+

960-1290 ^оС

nR₂O•m СаО•рSiO₂+ СаО+ СО₂↑ ------------→2(2СаО•SiO₂)•СаSО₄ + R₂SO₄ + СаО

>1290 ^оС

+ СО₂↑ -----------→ 2СаО•SiO₂ + nR₂О•mСаО•рSiO₂ + СаSО₄+ R₂SO₄ + СаО

Таким образом, в присутствии щелочесодержащих соединений совмещаются зоны декарбонизации и экзотермических реакций.

Охарактеризовать холодильники с беспровальной решеткой.

В последнее время распространение получил новый тип холодильника с беспровальной решеткой фирм Claudius Peters, FLSmidth, Polysius и KHD Humboldt Wedag. В России реализован холодильник PYROFLOOR фирмы KHD Humboldt Wedag.