Обжиг сырья для получения клинкера

Обжиг сопровождается сложными физическими и физико-химическими превращениями, в результате образуются спекшиеся зерна размером 2-3 см.

Стадии обжига:

· Подсушка 50-200 ⁰С (50-100 ^оС - механически связанная вода, 100-200 ^оС - адсорбционная вода; до 33 % длины печи, часть этой зоны снабжена цепями)

· Подогрев (до 900 ⁰С) - выгорают органические примеси, уходит кристаллизационная вода, начинают разлагаться карбонаты, вещество аморфизируется, глинистый безводный остаток частично разлагается на оксиды (33 % длины печи); также при 400-600 начинаются твердофазовые реакции, т.е. образование клинкерных соединений

· Кальцинирование – 900-1200 ⁰С – завершается разложение карбонатов, завершается термический распад глин (20-23 % длины печи) (наиболее термически напряженная зона); продолжаются твердофазовые реакции, часть вещества начинает переходить в расплав.

· Зона экзотермических реакций (5-7 % длины печи) до 1450 ⁰С – завершается процесс твердофазного спекания, происходит процесс жидкостного спекания (20-30% по массе).

· Охлаждение – фиксация клинкерных минералов, скорость охлаждения влияет на формирующийся минералогический состав клинкера и на его структуру. При быстром охлаждении образуются мелкие кристаллы с четкими гранями. При медленном охлаждении могут возникнуть нежелательные явления: кристаллизация периклаза – оксида магния, снижение гидравлической активности клинкера за счет модификационных изменений С₂S, частичное разложение алита.

Влияние различных факторов на процессы клинкерообразования:

· Влияние хим и минералогического состава сырьевой смеси

· Чем выше КН и модули смеси, тем хуже спекание клинкера (больше остается неусвоенной извести)

· Глины монтморрилонитовой группы наиболее реационноспособны в процессе спекания (хуже галлуазит-биотит-каолинит-мусковит-вермикулит)

· Значительно менее активны, чем глины, кварц и полевые шпаты, даже при высокой степени измельчения их активность ниже, чем у каолинита)

· Из карбонатных компонентов наиболее реакционноспособным является мел. Также высокоактивны смеси, где вместо карбонатов введен Са(ОН)2

· Наиболее благоприятны для протекания клинкерообразования мергели (есть тесный контакт между частицами глины и известняка)

· Замена глин шлаком приводит к снижению активности

· Влияние степени дисперсности исходных компонентов

· В грубодисперсных смесях чаще остается неусвоенная известь, чем в тонкодисперсных

· Особое влияние должно уделяться помолу известнякового компонента – размеры зерен не должны превышать 100 мкм (у высокомарочных 50мкм). Глины и так обычно содержат большое количество частиц размером менее 5 мкм. Породы, содержащие примеси кварца необходимо молоть до размера не более 30 (15) мкм.

· Влияние примесей и добавок.

· В любом сырье содержатся сульфаты. Содержание серного ангидрида в сырье составляет 0,22-2,23%. Сера содержится как правило в виде гипса или пирита. В определенных количествах (1-3%) сульфат кальция благоприятно влияет на реакции клинкерообразования (снижает температуру силикатообразования).

· Оксид магния (в известняках, в шлаке) отрицательно влияет на конечные свойства продукта. Небольшое количество МgO в смеси (2-3%) интенсифицирует процессы минералообразования (снижение вязкости, увеличение количества расплава)

· Щелочи – нежелательная примесь в шихте. Оказывают отрицательное воздействие на свойства готового продукта (снижение прочности, ускорение схватывания и др.). Также замедляют реакции клинкерообразования, снижают долговечность футеровки.

· Фосфорный ангидрит Р2О5 - может привносится с известняковым компонентом. При концентрациях до 0,7% казывает положительное воздействия на процессы.

· Оксид титана – содержится в количестве 0,2-0,5%. Титан легко заменяет кремний в соединениях. Улучшает процессы минералообразования. Ускоряет процессы разложения карбонатов. Этот оксид является легирующим в малых концентрациях. При повышении концентрации ухудшает процессы и качество продукта.

· Оксиды марганца Mn2О3 могут вносится со шлаками. При концентрациях (1-2% до 3%) положительно влияют на процессы минералообразования.

· Оксид хрома Cr₂O₃ при концентрации (0,2-0,5) – ускоряет реакции.

· ВаО (оксид бария) - при концентрации (0,5-0,9) – ускоряет реакции, повышает сульфатостойкость, огнеупорность цемента, сопротивляемость проникновению рентген. Лучей.

· Оксид стронция SrO при 0,1-0,3 – несколько ускоряет реакции.

· Влияние скорости нагрева на процессы клинкерообразования

· При быстром обжиге (несколько минут) хорошо связывается известь, т.к. одновременно идут реакции разложения с реакциями образования новых соединений

· При медленном обжиге часть сырья перекристаллизуется, реакции в твердой фазе замедляются.

· Длина зоны спекания: в коротких печах зона не растянута, легче получить клинкер высокопрочный и быстротвердеющий