Меню

Сырье для получения цемента обжигают при температуре

ГЛАВА VIII ОБЖИГ СЫРЬЕВЫХ СМЕСЕЙ И ПОЛУЧЕНИЕ КЛИНКЕРА

Наиболее важная стадия процессов производства цемента — превращение тщательно подготовленной сырьевой смеси соответствующего химического состава в клинкер путем регулируемого сжигания топлива в обжигательной печи и дальнейшего охлаждения его в холодильнике печного агрегата. При этом качество клинкера и свойства цемента зависят от физических свойств и химического состава обжигаемой сырьевой смеси, вида и качества топлива, температуры и продолжительности обжига, а также от скорости охлаждения клинкера.

§ 38. Процессы, протекающие при обжиге клинкера

Для образования клинкера из исходной сырьевой смеси минералы одного сырьевого компонента — известняка и минералы второго компонента — глины должны химически прореагировать между собой. В обычных условиях компоненты сырьевой смеси — известняк, глина и др. — инертны, т. е. не вступают в реакцию один с другим. При нагревании они становятся активными и начинают взаимно проявлять реакционную способность. Объясняется это тем, что с повышением температуры энергия движущихся молекул твердых веществ становится настолько значительной, что между ними происходит взаимный обмен молекулами и атомами с образованием нового соединения. Образование нового вещества в результате реакции двух или нескольких твердых веществ называют реакцией в твердых фазах.

Скорость химической реакции возрастает, если часть материалов расплавляется, образуя жидкую фазу. Такое частичное плавление получило название спекания, а материал — спекшимся.

Портландцементный клинкер обжигают до спекания. Спекание необходимо для более полного химического усвоения окиси кальция СаО кремнеземом Si02 и получения при этом трехкальциево- го силиката 3Ca0-Si02.

Клинкер получают в тепловых агрегатах различных по конструкции и принципу действия. Вращающиеся печи — основной тепловой агрегат как при мокром, так и при сухом способах производства клинкера; в них получают примерно 98,1% клинкера от общего выпуска, 1,9% клинкера обжигают в шахтных печах.

Обжигательным аппаратом вращающейся печи служит барабан, футерованный внутри огнеупорными материалами. Барабан установлен с наклоном на роликовые опоры. В поднятую концевую часть барабана поступает жидкий шлам или гранулы из сырьевой смеси или мука. В результате вращения барабана обжигаемый материал перемещается к опущенной концевой части печи. Топливо подается в барабан и сгорает со стороны опущенной концевой части. Образующиеся при этом раскаленные дымовые газы продвигаются навстречу обжигаемому материалу и нагревают его, а сами охлаждаются. Обожженный материал в виде клинкера выходит из барабана. В результате температура материалов в барабане по мере их движения все время возрастает, а температура газов — снижается.

Физические свойства сырьевых смесей, приготовленных по сухому или мокрому способу, по мере их нагревания до определенных температур изменяются по-разному. После испарения воды в обоих видах сырьевых смесей при дальнейшем их нагревании протекают одни и те же химические реакции.

распределение температуры материала и газового потока по длине барабана вращающейся печи, работающей по мокрому способу производства. По оси абсцисс отложена длина отдельных зон печи в процентах к общей длине барабана печи, а по оси ординат — температура материала и газового потока в каждой точке печи. Ломаный характер кривой температуры материала показывает, что при нагревании сырьевой смеси в ней происходят различные физико-химические процессы, в одних случаях тормозящие нагревание (пологие участки), а в других — способствующие резкому нагреванию (крутые участки).

По характеру процессов температурные зоны в печи называют: / — до 200° С — испарения (сушка шлама); II — 200—800°С — по

догрева (дегидратации); III — 800—1000° С — декарбонизации (кальцинирования); IV—1000—1300°С—-экзотермических реакций; V — 1300—1450—1300° С — спекания; VI — 1300—1000° С — охлаждения.

В зоне испарения 1, находящейся в холодной части печи, поступающий шлам подвергается действию нагретых до высокой температуры отходящих дымовых газов. В результате шлам нагревается. Температура отходящих газов при этом снижается примерно от 800—1000 до 150—250° С.

Часть зоны испарения влаги из шлама оснащается цепными завесами с целью интенсификации процесса сушки. При нагревании

шлам вначале разжижается, а затем загустевает и при потере значительного количества воды превращается в крупные комья. При дальнейшем нагревании эти комья распадаются на значительно более мелкие гранулы, которые выходят из цепной завесы влажностью до 12%, а температурой около 90—100° С.

Процесс испарения из шлама механически примешанной к нему воды (сушка шлама) длится примерно до температуры 200° С, так как влага, содержащаяся в тонких порах и капиллярах материала, испаряется медленно.

В зоне подогрева II высушенный материал, продвигаясь вдоль печи, подвергается воздействию более горячих газов и нагревается примерно до 600° С. В этой зоне наряду с подогревом выгорают органические примеси и теряется вода, содержащаяся в минералах глинистого компонента. Потеря химически связанной воды (дегидратация) приводит к тому, что глинистый компонент теряет связующие свойства. При этом происходит частичное или полное разложение глинистых минералов на свободные окислы Si02 и AI2O3, а также декарбонизация углекислого магния. В результате дегидратации и распада минералов глинистый компонент теряет пластичность и рассыпается в порошок, который поступает в зону декарбонизации.

Читайте также:  Как это вторичная грунтовка

В зоне декарбонизации III происходит процесс разложения углекислого кальция. Этот процесс протекает быстро в том случае, если температура достигает 900° С и более. Декарбонизация СаСОз требует значительных затрат тепла: для разложения 1 кг карбоната кальция по схеме СаСОз-* СаО + С02 требуется 1785 кДж (425 ккал), поэтому подводимое тепло расходуется на протекание

реакции, а не на нагревание материала, что и обусловливает медленный рост температуры сырьевой смеси в этой зоне.

В этой зоне возникают реакции между основным окислом СаО и кислотными окислами глинистого компонента Si02, А1203 и Fe203 с образованием основных соединений Ca0-Fe203, Са0-А1203 и Ca0-Si02. Процесс разложения известняка требует большого количества тепла, вследстие чего зона кальцинирования — наиболее напряженная в тепловом отношении часть печи. Температура обжигаемого материала в зоне декарбонизации колеблется в пределах 900—1200° С.

В зоне экзотермических реакций IV взаимодействие между основным и кислотными окислами продвигающегося материала протекает с большой скоростью вследствие более высокой температуры. Эти твердофазовые реакции протекают с выделением тепла (экзотермические реакции). При температуре 1200°С и выше происходит насыщение образовавшихся ранее низкоосновных соединений до соответствующих клинкерных минералов. Однокальциевый силикат превращается в 2Ca0-Si02(C2S); однокальциевый алюминат— в ЗСа0-А1203(С3А); окись железа — в4Са-А1203Х XFe203(C4AF) или 2Ca0-Fe203.

В результате бурного протекания этих реакций, сопровождающихся выделением большого количества тепла, температура материала поднимается на 200—250° С. При температуре 1300° С твердофазовые процессы образования минералов заканчиваются и материал к этому моменту состоит из образовавшихся соединений C2S, С3А, C4AF, Ci2A7, C2F, СаО, MgO и некоторых других соединений.

В зоне спекания V материал частично плавится, т. е. спекается. Этот процесс начинается при температуре 1300° С, продолжается при дальнейшем повышении До 1450° С и последующем охлаждении до 1300° С. После расплавления в зоне спекания части материала и образования жидкой фазы в твердом состоянии остается главным образом только двухкальциевый силикат C2S, который частично также растворяется в жидкой фазе. Соединяясь в расплавленном состоянии с окисью кальция, C2S образует трехкальциевый силикат C3S. C3S менее растворим в расплаве, чем C2S, и поэтому выкристаллизовывается из жидкой фазы. При этом количество СаО и C2S в расплаве уменьшается и в нем растворяются новые порции этих соединений, которые опять вступают в реакцию и т. д. Известно несколько модификаций двухкальциевого силиката. Из них в портландцементе встречается главным образом р — 2Ca0-Si02.

Образование C3S в условиях обжига завершается за 25—30 мин. За это время почти вся свободная окись кальция успевает раствориться в расплаве и принять участие в реакции образования трех- кальциевого силиката; часть двухкальциевого силиката остается непрореагировавшей.

Трехкальциевый силикат 3Ca0-Si20 — главная составная часть портландцементного клинкера. Желательно, чтобы 3Ca0-Si02 был представлен в клинкере в виде хорошо оформленных некрупных кристаллов. Это достигается при сравнительно быстром обжиге и быстром охлаждении клинкера. Из зоны спекания клинкер поступает в зону охлаждения.

В зоне охлаждения VI температура клинкера понижается с 1300 до 1000° С, в результате чего расплав кристаллизуется и из него выделяются минералы С3А, C4AF, C2S, MgO и в небольшом количестве C3S, а часть жидкой фазы затвердевает в виде стекла. Охлаждение клинкера ниже 1000° С производится в холодильниках.

Количество жидкой фазы, образующейся при обжиге портландцемента в зоне спекания вращающейся печи, колеблется обычно в пределах от 15 до 30%. При быстром охлаждении жидкая фаза может застыть в виде стекла, а при медленном — полностью закристаллизоваться. В заводских условиях производства процесс охлаждения протекает обычно не настолько медленно, чтобы вся жидкая фаза успела закристаллизоваться, но и не столь быстро, чтобы произошло полное превращение жидкой фазы в стекло. Поэтому часть охлажденной жидкой фазы представлена в виде стекла, а часть — в виде кристаллов. Не входившая при обжиге в состав жидкой фазы более значительная (70—85%) часть клинкера находится полностью в кристаллическом состоянии.

К основным клинкерным фазам относят алит, белит и заполняющее пространство между ними промежуточное вещество. В составе алита — трехкальциевого силиката — в твердом растворе имеются включения небольшого количества окиси магния, окиси алюминия, окиси и закиси железа, щелочей и некоторых других соединений. Белит состоит в основном из |>-C2S и небольшого количества других модификаций двухкальциевого силиката, окиси магния, окиси алюминия, окиси железа, щелочей и некоторых других соединений, стабилизирующих p-C2S. В промежуточное вещество входят минералы (алюминаты и алюмоферриты кальция), оставшиеся свободными СаО и MgO и не успевшие закристаллизоваться в стекло.

В составе алюминатов и алюмоферритов кальция в твердом растворе могут находиться включения небольшого количества окиси магния, щелочей и некоторых других соединений.

Содержание свободной ОКИСИ кальция не должно превышать так как в противном случае цемент при затворении будет неравномерно изменяться в объеме, что вызывается запоздалой гидратацией пережженной СаО. Содержание окиси магния не должно быть более 5%.

В процессе обжига при температуре 1450° С и выше получается неактивная MgO, называемая периклазом и обладающая свойством очень медленно (несколько лет) гидратироваться в воде. Медленный процесс гидратации периклаза при повышенном содержании его в клинкере вызывает значительные напряжения и явления неравномерности изменения объема цементного камня, т. е. трещины в бетоне.

Читайте также:  Чем обнаружить проводку под штукатуркой

Содержание щелочей в клинкере составляет обычно 0,3—1% и в отдельных случаях достигает 1,5%. ГЦелочи, как правило, замед:. ляют процесс спекания клшпсера. Весьма существенно влияют щелочи на образование трехкальциевого силиката. Обычно при значительном количестве калия наблюдается избыточное содержание СаО, которое в цементе приводит к растрескиванию и разрушению бетонных изделий.

В состав клинкерных минералов входит каждый из исходных компонентов сырьевой смеси.
вания трехкальциевого силиката температуру обжига клинкера увеличивают до 1450° С. В качестве установок для получения клинкера могут быть использованы.

Основной задачей является получение клинкера с заданным фазовым (минеральным) составом, что зависит от состава и
требуемой дисперсности и однородности сырьевой смеси и правильного режима обжига и охлаждения клинкера.

При использовании для обжига клинкера твердого топлива расчет смеси .не зависимо от числа
Для получения доброкачественного портландцемента химический состав клинкера, а следовательно, и состав сырьевой смеси должны быть устойчивы.

Производство портландцемента включает в себя следующие технологические операции: приготовление сырьевой смеси, обжиг этой смеси и получение клинкера, помол клинкера с добавкой гипса.

Обжиг сырьевой смеси и получение клинкера сопровождаются сложными физическими и физико-химическими процессами, в результате которых из исходных компонентов образуются спекшиеся зерна, состоящие в основном из минералов C3S.

Производство портландцемента включает следующие технологические операции: приготовление сырьевой смеси, ее обжиг и получение клинкера, помол клинкера с добавкой гипса ( 36).

Источник

Как делают цемент: технология производства и состав смеси

Цемент входит в число основных строительных материалов. Он используется при создании связующих строительных растворов, цемент используют при изготовлении бетонных и железобетонных изделий. От качества данного материала зависит, насколько прочное и долговечное будет здание, или железобетонная конструкция.

История цемента началась в Англии, где в 1824 году был зарегистрирован патент на его изобретение. В то время для изготовления цемента использовалась известковая пыль, смешанная с глиной. Полученная смесь подвергалась воздействию высокой температуры, при которой она спекалась.

Обожжённый полуфабрикат цемента называется клинкер. Цементом он становится после перемалывания клинкера до порошкообразного состояния.

В строительстве используется основное свойство цемента – при смешивании с водой он постепенно твердеет, а затем превращается в прочный камень. Характерную для готового изделия прочность материал может приобрести даже в воздушной среде, если присутствует избыточная влажность.

Сырьё для производства цемента, из чего он делается, технология изготовления

Сегодня процесс изготовления цемента изменился. Изготовляют его несколькими способами, да и компоненты, входящие в его состав, тоже отличаются от использовавшихся две сотни лет назад.

Чтобы было понятно, из чего делают цемент и как происходит его производство, необходимо знать, какие виды сырья используют сегодня производители этого важного строительного материала.

Так как сырьём для производства цемента гост31108 2003, гост 30515 2013 служат естественные породы, то и предприятия, занимающиеся его изготовления, чаще всего размещают поблизости от мест добычи этих пород.

Все ископаемые, из которых делается цемент, делятся на два вида:

  1. Карбонатные ископаемые, отличающиеся характеристиками и особенностью структуры. Именно структура породы обеспечивает эффективное её взаимодействие с остальными ингредиентами состава продукта.
  2. Глинистые и горные породы, имеющие осадочное происхождение. Имея минеральную основу, при увлажнении они приобретают пластичность и увеличиваются в объёме. Так как для данного вида сырья характерна вязкость, то их можно использовать, производя цемент сухим способом.

Теперь следует назвать конкретно, какие ископаемые относятся к каждому из видов сырья, используемых при производстве цемента.

К карбонатным породам относят следующие виды природного сырья:

  • мел, представляющий разновидность известняка. Обладает способностью легко измельчаться;

  • мергелистый известняк, в природе встречается как в рыхлом, так и в твёрдом состоянии. В породе могут содержаться примеси глины, поэтому данный вид известняка считается сырьём переходным, обладающим свойствами, характерными и для известняков, и для глины;

  • известняки – ракушечники, не имеющие включений кремния. Порода имеет пористую, легко разрушающуюся при сжатии структуру;

  • доломитовые породы и другие ископаемые осадочного происхождения. Они содержат карбонаты, придающие породе ценные свойства.

Глинистые породы включают следующие виды ископаемых:

  • глина с минеральными включениями, набухающими при контакте с водой;

  • суглинки, содержащие повышенную концентрацию частиц песка;

  • сланцы, имеющие глинистую основу. Данное сырьё относят к горным породам, повышенной прочности. При механическом воздействии разделяется на пластинчатые пластины. Характеризуется стабильным составом и низким содержанием влаги;

  • лесс, пористая порода, с включениями частиц кварца и силиката.

Кроме данных видов сырья, что изготавливать цементную смесь на заводе используют некоторые виды производственных отходов. Для улучшения качества в его состав добавляют добавки, предусмотренные технологическим процессом: глинозём и кремнезём, плавиковый шпат и апатиты.

Применение песка просто необходимо при проведении самых разных ремонтных и строительных работ. Тут все о применении карьерного песка.

При проведении отделочных работ на кухне, в ванной или в любом другом помещении необходимо знать время высыхания плиточного клея. Здесь можно узнать, сколько сохнет плиточный клей.

Читайте также:  Что такое фибра для штукатурки

В настоящее время декоративная штукатурка по праву является самым популярным и прогрессивным методом отделки. Перейдя по ссылке ознакомитесь с самостоятельным ее приготовлением.

Все добавки, называемые пластификаторами, также природного происхождения. Они влияют в лучшую сторону на следующие качества цемента:

  • увеличивают стойкость к изменениям температуры;
  • усиливают прочность;
  • подвижность и эластичность продукта;
  • уменьшает проникновение воды в готовое изделие.

В зависимости от свойств, добавленных в состав цемента пластификаторов, его раствор будет застывать быстрее, или же медленнее.

Состав, из которого производят цемент

Часть людей работающих в сфере строительства не знают, из чего делается цемент.

Состав цемента может быть различным в зависимости от марки и предназначения.

Однако вне зависимости от вида цемента, то есть рецепта, использованного при его производстве, основой для него служат два компонента – известняк с добавлением глины.

Количество известняка в три раза превышает количество глины. Такие пропорции необходимы для получения качественного клинкера, являющегося полуфабрикатом для производства цемента.

Теперь можно назвать основные компоненты состава, чтобы каждому было ясно, из чего делают цемент:

  • клинкер, основа конечной продукции, определяющая её характеристики прочности. Используется в виде гранул диаметром до 60 мм. Его термообработка выполняется при температуре, доходящей до 1500°. При плавлении клинкера образуется масса, для которой характерно высокое содержание кремнезёма и кальциевого диоксида;
  • данные компоненты влияют на эксплуатационные характеристики конечного продукта. Перед обжигом гранулы клинкера измельчаются до пылеобразного состояния;
  • гипс, определяющий скорость затвердевания цемента. В базовых рецептах предусмотрено добавление в состав чистого гипса до 6 % от общего количества компонентов;

  • специальные добавки (пластификаторы, морозостойкие присадки, жидкое мыло и т.д.), усиливающие свойства, уже имеющиеся у продукции, или же придающие ей специальные характеристики, способные расширить область применения цемента.

Производство – как изготавливают цемент, процесс получения на заводе

Изготовление материала выполняется в определённом порядке, поэтапно. В технологии его производства предусмотрены следующие операции:

  1. Ингредиенты, предназначенные для изготовления клинкера, предварительно смешиваются. Обязательно необходимо точное соблюдение пропорций состава – 25 % глины и 75% известняка.
  2. Полученный состав обжигается при высокой температуре. При высокотемпературном обжиге глина и известь соединяются, образуя клинкер.
  3. Готовый продукт измельчается шаровыми мельницами, состоящими из барабанов, расположенных в горизонтальном положении, внутри которых размещены стальные шары. Помещённый в них клинкер размельчается до состояния порошка.
  4. Чем мельче полученные фракции цемента, тем лучшие эксплуатационные характеристики он будет иметь.

Существует несколько методов изготовления данного строительного материала. Их выбор обусловлен многими факторами, основными из которых является специфика имеющегося на предприятии оборудования и спрос на определённые марки цемента.

Разработанные технологии имеют отличие в способах подготовки сырья, используемого при производстве состава. Порядок его изготовления остаётся прежним.

Разработаны следующие методы:

  1. Мокрая технология, предусматривающая замену извести мелом. В процессе смешивания компонентов состава происходит измельчение их в шаровой мельнице. Это процесс выполняется с добавлением воды. В результате образуется шихта, имеющая концентрацию влаги до 50%.
  2. Полученный материал затем обжигается в печи. После обжига он уже становится клинкером. Затем его измельчают.
  3. Сухая технология значительно уменьшает себестоимость производства, так как она объединяет несколько технологических операций в единый процесс. При использовании данной технологии компоненты, поступающие в шаровую мельницу, одновременно размалываются и сушатся.
  4. Для сушки используется воздействие горячих газов. Готовая шихтная масса имеет консистенцию порошка.
  5. Комбинированная технология объединяет особенности вышеописанных способов производства. В зависимости от оборудования, используемого на предприятии, может быть получен полусухой состав, имеющий влажность до 18%.
  6. Во втором варианте первоначально подготавливается сухая смесь, затем увлажнённая до 14 %. В обоих вариантах подготовленный состав затем отжигается и перемалывается.

Подробнее о производстве цемента смотрите на видео:

Классификация цементных смесей

Существует много разновидностей и различных марок данного строительного материала. Различают их по основному составу и добавкам, придающим каждому виду особые свойства.

Среди основных типов выделяют:

  • портландцемент, с которого начиналось производство популярного в строительстве продукта. Для изготовления связующих растворов его не используют. Он применяется для создания бетонных изделий высокой прочности, штукатурке и отделочных работах;
  • часто используют при возведении фундаментов. Для этого необходимо знать, как разводить цемент с песком;

  • шлаковый цемент, при изготовлении которого используется доменный шлак и активные присадки. Используется для изготовления бетона и строительных растворов;
  • глинозёмистый цемент, отличается устойчивостью к воздействию влаги, быстрым затвердеванием;

  • кислотоупорный цемент, в котором используется кварцевый песок и кремнефтористый натрий. Материал устойчив к воздействию кислот, но недолговечен.

Приобретая любой из видов цемента, следует знать, что его состав активно взаимодействует с окружающей средой, при долгом хранении теряя свою прочность.

Даже если он хранится в сухом помещении, то спустя несколько месяцев его марка изменится в меньшую сторону. Поэтому, при его приобретении, следует обращать внимание на дату изготовления. Так же можете ознакомиться с нашей статьёй о технических характеристиках цемента м400.

Источник

Adblock
detector