Файл: Химическая промышленность Белгородской области (учебное пособие)..pdf

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:

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.

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

14 м, а в диаметре 3 м; внутри он выложен броневыми пли­ тами; в качестве мелющих тел используются стальные шары и цилиндрики общим весом 108 т. Внутри мельница делится перегородкой с щелями на две камеры. Вращаются мельни­ цы от электродвигателя мощностью 1600 квт. через редук­ тор, скорость вращения 17 об/мин. Производительность мель­ ницы 50 тонн цементного порошка в час. В мельнице мате­ риал измельчается настолько тонко, что уже не нуждается в просеивании через сито.

Для получения особо тонкого цемента, в-частности, для выпуска цемента высокой марки, установлена мельница, ра­ ботающая по замкнутому циклу. Это означает, что материал после размола в первой камере мельницы поступает в сепа­ ратор, где тонкая фракция, представляющая собой готовый продукт, отделяется, а крупка Поступает па помол во вторую камеру.

Загружается мельница мелющими телами не полностью, а па 28—32% ее объема. При этом самые крупные мелющие тела — свальные шары диаметром от 100 до 40 мм помещают в первую камеру от загрузочного конца. Во вторую камеру загружаются стальные цилиндрики (цильпебс), имеющие в диаметре 18—25, а в длину 27—40 мм.

Загрузка материала в мельницу и выгрузка готового про­

т. е. способом, выгодным при помоле крупных кусков. Циль­ пебс работает как на удар, так п па истирание. Это приме­ нимо при топком помоле. Цилиндрики соприкасаются друг с другом точками и линиями. Непрерывно перемещаясь от­ носительно друг друга, цилиндрики самоочищаются от на­ ливаемого цемента и, оставаясь чистыми, доводят помол до высокой степени тонкости.

При вращении мельницы мелющие теда ударяются друг о друга и о куски клинкера нагреваются сами-, нагревают корпус мельницы и материал. Под влиянием высокой темпе­ ратуры влага, содержащаяся в материале, конденсируется в мельчайшие капельки. Отсыревший цементный порошок тол­ стым слоем облепляет шары. Их удары, смягченные этими «подушками», теряют свою эффективность, межкамерные перегородки замазываются. Возникает опасность «запари­ вания» мельницы и резкого падения ее производительности.

170