2. Влияние состава и свойств сырьевой смеси на активность клинкера

К свойствам сырьевой смеси относят: химико-минералогический состав компонентов, модульную характеристику смеси и ее подготовку, включая степень измельчения и последовательность смешения компонентов.

1. Влияние модульной характеристики сырьевой смеси

Модульная характеристика сырьевой смеси определяет минералогический состав клинкера и, как отмечалось ранее в разделе 1, характеризует:

КН – отношение C₃S/C₂S

п – отношение C₃S + C₂S

C₃A+C₄AF

р - отношение C₃A / C₄AF

С увеличением C₃S и С₃A увеличивается скорость взаимодействия цемента с водой, т.е. скорость гидратации и твердения, но ухудшается водо- и коррозионная стойкость цементного камня и, напротив, с увеличением доли C₂S и С₄АF уменьшается скорость гидратации и твердения, и повышается стойкость в агрессивных средах. Следовательно, для получения быстротвердеющего высокомарочного цемента необходимо повышать КН и р сырьевой смеси, а при необходимости получения коррозионностойких цементов понижать эти величины.

2. Влияние минералогического состава сырья

Высокую активность клинкера, как правило, обеспечивает природная смесь карбонатной и глинистой части - мергель. Спекание такой смеси обычно происходит при пониженной температуре с получением клинкера мелкокристаллической структуры высокой гидравлической активности. Пониженная активность клинкера обычно наблюдается при использовании трудноспекаемых смесей на основе мраморовидных известняков и кварцсодержащих глин. Причем, значительное отрицательное воздействие на спекание и активность клинкера оказывает крупнокристаллический кварц. Так, например, на Себряковском заводе (рис. 14.2) при изменении содержания кварца в смеси с 4 до 7% прочностные свойства клинкера снижаются в 28 суток на 5 МПа (на 9%), а в 3 суток - на 6,2 МПа (на 20%). Следовательно, в первом случае, при 4% кварца, из клинкера можно получить высокопрочный быстротвердеющий цемент марки 500, а во втором, при 7% кварца - только рядовой марки 400.

Подобные зависимости установлены и на других заводах, только в связи с особенностями реакционной способности смеси абсолютная концентрация кварца может отличаться. Так, для сырья Себряковского завода существенное снижение активности наблюдается при SiО₂ > 5%, тогда как для Осколцемента эта граница находится на уровне 1,5%. Преодолеть негативное влияние крупнокристаллического кварца в сырье можно путем тонкого его измельчения.

Рис. 14.2. Зависимость активности клинкера от содержания крупнокристаллического кварца в сырьевой смеси

3. Влияние двухвалентного железа в сырье

Определенное влияние оказывает минералогический со­став железосодержащей добавки в сырье. На Осколцементе при использовании сланцев, обогащенных оксидами железа, было замечено снижение гидратационной активности клинкера. Но не всегда повышение содержания оксидов железа в сланцах снижало качество клинкера. Рентгенофазовый анализ и ядерногаммарезонансная спектроскопия позволили определить в сланцах многообразие железистых минералов. Так, в одних сланцах это был гематит Fe₂О₃, в других - гетит FeOOH и даже сидерит FeCО₃. Содержание двухвалентного железа в сланцах колебалось от 0 до 9%. Изучение процессов минералообразования в сырьевых смесях на основе сланцев с различным содержанием двухвалентного железа показало, что чем выше содержание двухвалентного железа в сланцах, тем труднее происходит усвоение оксида кальция и ниже активность клинкера (рис. 14.3).

Составить материальный и тепловой балансы печной системы сухого способа. Процессы в печных системах сухого способа.

Материальный баланс печной системы для наглядности приведен на рис.10.23, а способ расчета в табл. 10.2. Приведенные данные свидетельствуют, что для производства 1 тонны клинкера расходуются около 1,6 т сырья, 0,1 т топлива и 2,5 т воздуха. При этом выбрасываются в атмосферу до 2 т отходящих газов и 1,4 т нагретого воздуха.

Таблица 10.2

Тепловой баланс печи сухого способа в кДж/кг клинкера

Естественно, что теплота клинкерообразования не зависит от способа производства, поэтому эта величина совпадает с данными мокрого способа производства клинкера. Остальные расходные статьи отличаются значительно.

В целом тепловой баланс свидетельствует, что в современных печных системах сухого способа с 5-ю ступенчатым циклонным теплообменником и декарбонизатором на обжиг 1 кг требуется около 3040 кДж. С учетом поступления тепла в систему с материалом и воздухом, которое может составлять около 110 кДж/кг, расход тепла от сгорания топлива будет 2930 кДж/кг или 700 ккал/кг, что соответствует 100 кг условного топлива на тонну клинкера.