книги из ГПНТБ / Химическая промышленность Белгородской области (учебное пособие)
..pdfНагрузка на каждый |
опорный ролик достигает ПО— 130 |
тонн. Печь имеет восемь |
роликовых опор, смонтированных |
на металлических рамах, которые установлены на железо бетонных фундаментах.
Для контроля продольного перемещения печи служат упорные ролики, установленные на приводной опоре.
Печь приводится во вращение от электродвигателя глав ного привода мощностью 400 квт. через редуктор, подвенцовую и венцовую шестерни (последняя насажена па корпус печи). Скорость вращения печи регулируется при помощи магнитной станции. Печь может вращаться от 0,5 до 1,0 обо рота в минуту. Кромеглавного привода имеется вспомога тельный, позволяющий вращать печь на медленном ходу, то есть со скоростью 4 оборота в час. Вспомогательным приво дом пользуются при запуске печи-..и при ее охлаждении перед остановкой, а также во время ремонтных и футеровочных ра бот.
Корпус печи имеет уклон к горизонту 4%. Это сделано для того., чтобы шлам, а потом и образовавшийся клинкер могли перемещаться по печи самотеком. Торцевая часть хо« лодного конца печи входит в дымовую железобетонную ка меру, отфутерованную огнеупорным кирпиЧЬм. У горячего конца печи устанавливается откатная головка с форсуноч
ным устройством, |
при помощи которого в печь подается топ |
ливо— природный |
газ. В местах соединения корпуса печи с |
дымовой камерой |
и откатной головкой предусмотрены уплот |
нения с целью устранения подсосов наружного воздуха. 'Питание печи шламом производится двойным ковшовым
питателем с регулируемой скоростью вращения. С целью ин тенсификации теплообмена между газовым потоком и мате риалом печь оборудована дс’гроенными теплойбменными устройствами, выполненными в виде цепной завесы.
Для защиты корпуса печи от высокой температуры, а также снижения потерь тепла через наружную поверхность корпуса печь отфутеровапа по всей длине огнеупорным кир пичом. Общий вес печи с футеровкой 2965 тонн.
Топливо (природный газ) сжигается в печи при помощи горелок среднего давления. Воздух для горения поступает в печь подогретый в колосниковом холодильнике.
Движение газов внутри печи происходит за счет тяги, создаваемой дымососом, установленным между электрофильт ром и дымовой трубой. Производительность дымососа
576 000 м3/час.
11. Зак. 1747 |
161 |
|
Рис. |
44. Вращающаяся печь, 04,5X170 м |
|
1— корпус |
печи; |
5 — редуктор; |
подвенцо'вая; |
2 — бандаж;' |
6 — шестерня |
||
3 — опора |
роликовая; |
7 — шестерня |
венцовая; |
4 1— электродвигатель; |
8 — завеса цепная. |
Для снижения загрязнения окружающей среды, терри тории вокруг завода и улучшения условий труда применено обеспыливание отходящих газов при помощи двух горизон тальных, пластинчатых электрофильтров. Электрофильтр сос тоит из камеры с последовательно расположенными тремя электрическими полями. В каждом поле установлены оса дительные пластинчатые электроды и коронирующие элект роды, представляющие собой рамы, на которых натянута про филированная проволока ' (штыкового сечения), последняя в настоящее время начала заменяться игольчатой, создающей более интенсивное электрическое поле.
Хорошая регулировка форсуночного дутья и искусствен ной тяги позволяет машинистам печей сравнительно легко перемещать и изменять длину зоны горения топлива в зави симости от режимных условий.
Естественно, температура во вращающейся печи не по стоянна, а изменяется по ее длине. Самая высокая темпера тура— на участке сжигания топлива. Здесь температура печ ных газов доходит до 1600° С, а обжигаемого материала — до
1450° С.
Полученный материал в процессе обжига -— клинкер, вы ходя из вращающейся печи с температурой 1100— 1200° С, охлаждается до температуры 50—80° С в колосниковом хо лодильнике переталкивающего типа.
Быстрое и эффективное охлаждение клинкера достигает ся за счет продувания* холодного воздуха через движущийся слой „горячего клинкера.
По характеру физико-химических и теплотехнических про цессов, проходящих во время обжига сырьевой смеси, вра щающаяся печь разделяется условно на шесть технологиче ских зон: сушки, подогрева, кальцйнироваиия, экзотермиче ских реакций, спекания и охлаждения.
В зоне сушки шлама поступающий в печь с влажностью 40—41% материал с температурой около_20° С подвергает ся резкому воздействию высокой температуры отходящих печных газов, проходя вдоль печи, нагревается до 250°С. При этом печные газы, отдавая свое тепло, снижают температу ру от 1100 до 180—220°С.
Сырьевая смесь, поступившая во вращающуюся печь, вна чале разжижается от резкого нагрева, а затем загустевает и при потере значительного количества воды превращается в гранулы (шарики диаметром 10—30 мм). Влажность гранул,
163
выходящих из цепной завесы, находится в пределах 1—8%. Последующее нагревание' гранул приводит к полному удале нию физически связанной воды в молекулах глинистых ми нералов, удаляются немногочисленные летучие.
В следующей зоне подогрева и дегидратации происхо дит нагрев гранул материала до 600° С. Температура печных газов при этом снижается с 1250 до 1100° С. Происходит раз ложение органических веществ и дегидратация глины, начи ная с 450° С. В гранулах сырьевой смеси удаляется гидратпая вода с минералов каолина
А/аОз•2Si02 •2Н20— >А/20 3 •2Si02+2H20
В зоне кальцинирования температура материала увели чивается с 600 до 950° С, Температура отходящих газов сни жается с 1600 до 1250° С. В этой зоне происходит декарбо низация углекислого кальция и магния. Из них улетучива ется С 02, и бывший шлам превращается в смесь четырёх окислов: CaO, Si02, А/20 3 и Fe20 3, не считая соединений не которых сопутствующих элементов. Происходят следующие химические реакции:
СаС03—>СаО+С02
MqC03—>MqO+ C02
A/20 3 + 2Si02— >-Alo03 •2Si02
Температура материала в этой зоне возрастает сравни тельно медленно. Это объясняется тем, что тепло отходящих газов расходуется в основном на разложение СаС03. Для разложения 1кг СаС03 требуется затратить 425 ккал. тепла. Процесс разложения известняка требует большого количест ва тепла, вследствие чего зона кальцинирования является наиболее напряженной в тепловом отношении частью печи.
При комнатной температуре все эти окислы — вещества достаточно инертные и совсем не склонные к взаимодейст вию. Но в печи уже при температуре 500° С и выше начина ются твердофазовые реакции — реакции между твердыми минеральными соединениями. Чем выше температура, тем активнее происходят между ними взаимодействия, тем ак тивнее происходит образование новых соединений.
Реакции в твердых фазах развиваются наиболее интен сивно пр« температурах 950— 1300° С. Эти реакции экзотермичны, т. е. протекают с выделением тепла, поэтому зона
•получила название — зона экзотермических реакций.
164
В этой зоне происходят реакции в твердом состоянии между известью, кремнеземом и полуторными окислами же леза и алюминия. Идет интенсивное образование новых ми нералов, минералов цемента:
|
Ca0-pFe20 3— >-СаО •Fe20 3 |
|
|
СаО + А/20 3— >-СаО•А/20 3 |
|
|
СаО ■А/20 3+2С а0— ►ЗСаО■А/20 3 |
|
|
2C a0+S i02— >-2СаО •Si02 |
|
Во всех |
этих бкислах присутствует окись кальция. |
Но |
до тех пор, |
пока не начнется плавление новых минералов |
(а |
это происходит при температуре от 1300° С |
и выше), в пе |
чи будет и свободная, ничем не связанная |
окись кальция. |
Только после того, как раскаленные зерна начнут плавиться, происходит полное связывание окиси кальция. Эта реакция происходит в зоне спекания материала.
Зона спекания наиболее высоко темнературно напряжена. Материал нагревается с 1300 до 1450°С,'и затем температу ра его снижается до 1300° С. Печные газы имеют темпера туру 1600° С, при этом происходит частичное расплавление обжигаемого материала и образование жидкой фазы. Про исходит процесс спекания и образования нового минерала вследствие насыщениядвухкальциевого силиката известью:
2СаО •SiOo+CaO— кЗСаО ■Si02
Этот новый, самый важный минерал цемента называют трехкальциевым силикатом или алитом. Алит считается главным из цементных минералов но двум причинам: вопервых, его 'образуется больше, чем всех прочих, вместе взятых; во-вторых, именно он самое сильное вяжущее.
В зоне спекания наиболее легкоплавкие минералы
ЗСаО-А/20 3; 4Ca0-A/20 3-Fe2C)3
расплавляются и образовывают жидкую ;фазу, которая цри быстром охлаждении застывает в виде стекла. Застывая, жидкая фаза прилипает к огнеупорному кирпичу, создает защитную намазку, чем предохраняет его от выгорания, уве личивает время его службы. Создание устойчивого защит ного слоя на огнеупорной футеровке значительно сокраща ет потери тепла через корпус печи в окружающую среду.
Растворение двухкальцпевого силиката и поглощение им извести, при образовании алита, происходит не сразу во всей
165
фтористый кальций, окись железа и др., они обладают спо собностью снижать температуру плавления сырьевой смеси. Более раннее образование жидкой фазы сдвигает процесс об разования клинкера в область менее высоких температур.
В последней |
зоне вращающейся |
печи — зоне |
охлаждения |
— расплав застывает. Температура |
материала |
снижается с |
|
1300 до 1100°С. |
Из печи в холодильник ссыпаются разо |
гретые красноватые шарики, которые в холодильнике осты вают до 80°С и становятся черными. Это и есть клинкер. Внешне он кажется однородным, но под микроскопом кар тина мгновенно усложняется: видны темно-серые пластинча тые кристаллы алита (их около 55%), реже встречаются овальные светлые зерна — белит или двухкальциевый сили кат, и еще заметны тонкие прослойки промежуточного ве щества, весьма сложного по составу. В нем больше двадца ти различных минералов.
Обожже'нный материал (клинкер), пройдя через холо дильник, охлаждается до 80—90°С, через течку поступает на ячейковый металлический транспортер. Транспортером пода ется в клинкерный склад, откуда при помощи мостового грейферного крана грузоподъемностью 20 тонн с грейфером -емкостью 6 м3 подается в приемные бункеры цементных мельниц.
Клинкер, полученный во вращающейся печи,—это еще не готовая продукция, а только полуфабрикат. Вяжущие свой ства цементных минералов могут проявиться лишь после то го, как черные зерна клинкера превратятся в тончайший се рый порошок. Чем мельче будет цементный порошок, тем больше будет его удельная (приходящаяся на единицу веса) поверхность, ^ем активнее он будет взаимодействовать с во дой затворения, быстрее твердеть, набирать прочность. Ча стицы цемента размером более 40 микронов «вяжущей силы» не имеют.
Клинкер является важным компонентом портландцемен та. От его качества зависят основные свойства портландце мента: прочность и скорость ее нарастания во времени, со противление действию агрессивных сред. Изменяя состав клинкера, можно получить портландцемента с определенны ми физическими и механическими свойствами.
Добавка гипса (CaS04-2H20) необходима для замедле ния сроков схватывания портландцемента, так как измель ченный клинкер после затворения водой схватывается (за
167
густевает) в течение нескольких минут. Это затрудняет из готовление изделий и конструкций на таком быстросхватывающемся цементе. Гипс вводится в цемент с таким расче том, чтобы общее содержание ангидрида серной кислоты SO$ в портландцементе было не менее 1,5 и не более 3,5% по весу. Более высокое содержание S03 может вызвать разру шение конструкций, изготовленных из такого цемента.
Для улучшения строительных свойств портландцемента при помоле смеси клинкера с гипсом в нее вводят актив ные минеральные добавки. Они повышают плотность, водо стойкость и солестойкость затвердевшего портландцемента (цементного камня).
Гидравлические добавки (гранулированный доменный шлак и др.) взаимодействуют при твердении с гидратом окиси кальция Са(ОН)2, образуя нерастворимое вводе сое динение— гидросиликат кальция, и этим предотвращают его вымывание пз затвердевшего цемента.
Содержание активных минеральных добавок в обычном портландцементе не должно превышать 15% по весу. Если гидравлические добавки вводятся в большом количестве, то цемент приобретает дополнительное название в зависимости от вида добавки, а именно при введении природных добавок (трепела, диатомита, опоки и других)— нуццолановый порт ландцемент, при использовании доменных, гранулированных шлаков — шлакопортландцемент. Эти цементы обладают очень высокой водостойкостью и поэтому особенно ценны для гидротехнических сооружений, однако они твердеют медлен нее портландцемента и имеют несколько пониженную проч ность в ранние сроки твердения.
Таким образом, портландцемент но своему составу пред ставляет сложную, тщательно перемешанную однородную смесь измельченного клинкера, гипса, •химических и актив ных минеральных (гидравлических) добавок.
Необходимое условие правильного ведения помола — обеспечение точной дозировки клинкера и добавок, а также требуемой тонкости помола. Это достигается за счет приме нения автоматических регулируемых дозирующих устройств, которые взаимосвязанно работают с цементной барабанной мельницей, выпускающей цемент требуемой тонкости помола.
168