4.11. Охолодження клінкеру
Клінкер, що надійшов з обертової печі, має температуру 1100—1150°С. Охолодження його відбувається в спеціальних холодильниках, якими забезпечуються печі, що працюють за мокрим й сухим способами. У 50-х роках 20-го століття клінкер прохолоджували в барабанні або рекуператорних холодильниках, і його температура на виході становила 100—200°С.
Таблиця 4.5.
Порівняльні техніко-економічні показники
грубних агрегатів
Характеристика печі |
Продуктивність, т/добу |
Витрата тепла, ккал/кг |
Печі мокрого способу: 4,5х170 м 5х185 м 7х230 м Печі 4х60 м із циклонними теплообмінниками Печі 5х75 м із циклонними теплообмінниками Печі 4х60 м з конвеєрним кальцинатором Печі 4,4х5,0х165,5 м сухого способу |
1200 1800 3100 700
1600-1800
3000
2000
1450 |
1450 1400
900
830
800
720-760
1330 |
Такий клінкер необхідно було витримувати протягом 10—14 діб на клінкерному складі, де він остаточно охолоджувався. У цей період відбувалося гасіння вільного вапна, що міститься в клінкері, часткова кристалізація клінкерного скла, а також перехід деякої частини β-С2S в γ-С2S.
Ці процеси полегшували помел клінкеру. У цей час потужні печі забезпечуються колосниковими холодильниками «Волга 75C» з подвійним просмоктуванням повітря, що забезпечують більш якісне охолодження клінкеру. Температура його на виході з печі становить 50—60°С. Тривале вилежування на складі стає не раціональним, і тому передбачаються лише бункери перед млинами із запасами на три-чотири доби на випадок аварійної зупинки печі.
4.12. Помел клінкеру
Для одержання портландцементу клінкер піддають помелу разом з гіпсовим каменем (3-5%) і гідравлічними або інертними добавками, які перед помелом звичайно висушують. Помел клінкеру є важливим технологічним процесом, одним з найбільш енергоємних у цементному виробництві. Багато властивостей цементу - активність, інтенсивність наростання міцності, морозостійкість - залежать не тільки від хімічного й фазового складу клінкеру, але й від тонкості помелу.
Теоретичні основи процесу здрібнювання клінкеру.
Для розгляду помелу в цілому необхідно спершу коротко ознайомитися із процесами руйнування одиничного зерна. Як відомо, клінкерне зерно являє собою полікристал, механічне руйнування якого може бути крихким, пластичним або змішаним, залежно від будови кристалічної решітки. Для металів, у яких є велика кількість вільних електронів і немає фіксованих зв'язків у певних напрямках, характерні пластичні деформації. Для іонно-ковалентних кристалів, якими є і кристали клінкеру, характерні фіксовані в просторі зв'язки й, унаслідок цього, крихке руйнування. Чим вище концентрація вільних електронів і чим більше провідність матеріалу, тим більшою мірою він проявляє пластичні властивості. З основних клінкерних мінералів найбільшою провідністю володіє феритна фаза, отже, вона й буде проявляти найбільші пластичні властивості. Як відомо, твердість і крихкість окремих мінералів цементного клінкеру різні. Найбільшою мікротвердістю характеризуються беліт і С4АF, найменшою крихкістю С4АF (табл. 4.6).
У реальних клінкерах мікротвердість залежить від багатьох факторів. Так, у більш дрібних кристалів вона трохи вище, ніж у великих. У великих кристалах аліту мікротвердість падає від центра до границь зерна, що пояснюється умовами кристалізації. Гранули клінкеру не являють собою абсолютно щільного тіла.
Таблиця 4.6.
Мікротвердість і крихкість клінкерних мінералів
Мінерал |
Мікротвердість, кгс/мм2 |
Крихкість (діаметр відколювання, що утворюється при вдавлюванні алмазної пірамідки), мкм |
C3S C2S C3A C4AF |
767 1030 875 1050 |
38,4 28,4 31,4 19,0 |
Пористість гранули становить 17—26%, пори бувають різного діаметра - від дрібних (до 30 мкм) до великих (понад 200 мкм). При додатку навантаження до гранули спочатку від відколки проходить тріщина через найбільш великі пори, руйнуючи гранулу. При подальшому руйнуванні кількість дефектів зменшується й для дроблення доводиться прикладати більші зусилля. Це чітко видно з рис. 4.10, на якому зображена крива опірності клінкеру розмелу (по залежності витрати електроенергії від питомої поверхні).
На цій кривій чітко розрізняються три ділянки. На ділянці I опір розмелу невеликий й залежить в основному від пористості гранул. Руйнування тут відбувається по границях фаз, і питома поверхня зростає пропорційно витраті електроенергії. На ділянці ІІ опір зростає. Тут він залежить від мікроструктури й фазового складу клінкеру, на цьому етапі відбувається здрібнювання окремих кристалів. Зростання питомої поверхні вповільнюється.
Ділянка III характеризується експонентним ростом опору розмелу через агрегування часток і налипання їх на робочі поверхні. Із збільшенням у клінкері кількості беліту й алюмофериту опір розмелу збільшується. Підвищується опірність також у клінкерах з підвищеним вмістом МgО, FеО й лугів. Здатність матеріалу до розмелювання оцінюється умовно, стосовно до способу здрібнювання й агрегату, у якому здійснюється здрібнювання.