Загрузка...Печь обжига клинкера цемента
Как осуществляется обжиг клинкерного кирпича?
Кирпич — это обожженный при высокой температуре глиняный брусок. Каким образом производится обжиг клинкерного кирпича? Это особая разновидность керамических строительных изделий. Она отличается от всех остальных кирпичей своей плотностью. Бруски из глины полностью спекаются в процессе обжига.
Температура обжига клинкерного кирпича составляет около 1200 °C, что придает материалу высокую прочность.
Немного исторических фактов
Первичные данные о клинкере относятся к 1743 году. В это время в городе Бокхорно в Дании открылась мастерская, в которой обжигался кирпич. Эти изделия выпускались для мощения дорог.
Глубокий обжиг делал их сравнимыми по прочности с булыжником, которого в стране было очень мало. Искусственный камень в виде прямоугольных брусков в укладке был проще, обходился намного дешевле булыжника, его не нужно было везти издалека.
Через много лет в российской деревне Топчиевка, расположенной в Черниговской губернии, тоже началось производство клинкерного кирпича. Случилось это в далеком 1884 году. На заводе использовалась печь системы Гофмана и немецкие шнековые прессы.
Изображение № 1. Окись железа придает глине красноватый оттенок.
Подготовленная глина спекалась в печи в некую массу в виде пласта. Его раскалывали на части. В таком виде использовали для дорожных работ.
Через 20 лет завод начал выпускать клинкерный кирпич. Печь Гофмана заменили на камерную. Раньше процент брака был равен 50 и более, теперь он остановился на показателе 25.
В СССР на нескольких заводах стали выпускать кирпич не только для дорог, но и для возведения отопительных печей. Мощность заводов была очень небольшой. В настоящее время обжигом занимаются многие предприятия. Выпускают они несколько видов керамических изделий, в том числе и клинкерный кирпич.
Производство кирпича
Для изготовления клинкера используется специальная тугоплавкая глина. Она в своем составе содержит много оксидов алюминия, которые значительно уменьшают деформацию прессованных брикетов при обжиге. Содержание оксидов — 17-23% от общей массы смеси. В любой глине всегда есть окись железа (изображение № 1), придающая готовому изделию цвет, который может меняться от привычного вишнево-красного до необычного темно-фиолетового. Содержание оксида железа не должно превышать 8%, иначе при обжиге изделий в печи на их поверхностях образуется корка. Она не дает выхода углекислому газу, отчего кирпич вздувается.
В составе глины должно сохраняться определенное количество кальция, магния, кремния. При их недостатке изделия требуют строго определенных температур при обжиге, а от этого усложняется технология производства. При превышении содержания меняются характеристики и свойства кирпича. Он становится хрупким.
Изображение № 2. Облицовочный кирпич применяют для отделки внешних фасадов домов.
Более высокого качества изделий можно добиться использованием экструзионного метода изготовления. Применение этого способа заключается в следующем:
Такой способ производства и обжига изделий довольно дорог. Российский клинкерный кирпич подобным образом выпускается лишь на нескольких заводах. Остальные предприятия работают методом полусухого прессования, он требует более низких энергозатрат. Способ производства включает в себя следующие операции:
- глина сушится и измельчается;
- измельченная смесь размещается в формах;
- происходит прессование кирпича;
- заготовки сушатся при температуре 80°С в течение суток;
- высушенные заготовки отравляются на обжиг.
Чаще всего для обжига находят применение туннельные печи. Эти сооружения достигают длины 200 м. Работают они по непрерывному циклу. На конвейерной ленте заготовки проходят весь путь. На пути они пересекают зоны с разными температурными режимами. Максимальная температура достигает +1100°…+1450°С. В таких условиях глина спекается и превращается в керамику. А клинкерный кирпич, как нам известно, является разновидностью керамических изделий. Его свойства и характеристики:
Кирпич по своему назначению может быть разным. Различают следующие виды клинкерного кирпича:
- облицовочный;
- дорожный;
- печной;
- фасонный.
Облицовочный предназначен для отделки стен зданий (изображение № 2). Дорожный — для мощения дорог и тротуаров (изображение № 3). Из печного строят дымоходы, камины и печи. Фасонные изделия имеют самую разную форму. Они используются для строительства беседок, ограждений, для отделки некоторых деталей зданий. Свойства и достоинства изделий:
- высокая прочность;
- морозостойкость;
- презентабельный внешний вид;
- долговечность (порядка 100 лет).
К недостаткам можно отнести высокую плотность. Это качество требует более прочного фундамента и усложняет доставку кирпича на место использования. К этому можно добавить потерю тепла из-за теплопроводности материала и высокую стоимость.
Заключение по теме
Клинкерный кирпич часто используется в отделке зданий, в мощении дорожек, в строительстве отопительных печей и каминов. В его состав входит глина, добавки для придания некоторых особых свойств.
Сформованные заготовки проходят обжиг в специальных камерах в течение длительного времени.
Происходит это при температурах до 1450°С. Характеристики материала на выходе из печи очень хорошие. Он обладает низкой степенью водопоглощения, высокой механической прочностью. Производится кирпич методом экструзии и полусухого прессования. Экструзия — это более дорогой и энергозатратный способ.
В целом процесс изготовления похож на то, как делается обычный красный кладочный материал. Разница заключается только в специальных режимах обжига при более высоких температурах, придающих керамическому кирпичу особые свойства.
5.1 Контроль процесса обжига клинкера.
Назначением контроля процесса обжига клинкера является обеспечение стабильной работы печей с высокими технико-экономическими показателями, получение хорошо обожженного клинкера, а в случае необходимости — розбраковка и складирования клинкера согласно его состава и качества. В соответствии с этим контроль процесса обжига клинкера заключается в определении влажности, тонкости помола и химического состава сырьевой смеси, поступающей в печь, степени обжига и качества клинкера, а также основных показателей, характеризующих режим работы печи[1].
Пробы шлама или сырьевой муки, поступающей на обжиг, отбирают с помощью автоматических пробоотборников, а в случае их отсутствия — вручную 1-2 раза в смену в зависимости от стабильности состава сырьевой смеси и вместимости бассейнов, из которых осуществляется питание печей. Точки отбора проб выбирают таким образом, чтобы они наиболее точно характеризовали которое в печь поступает сырье (слив шлама, точка гранулятора, питатель сырьевой муки и т. п.). В отобранных пробах шлама, муки или гранулированного сырья обслуживающий персонал определяет влажность и тонкость помола. В среднеизменяемой пробе лаборатория определяет влажность, титр, а для гранулированного сырья — гран-состав и прочность гранул. Химический анализ обжигаемой смеси производят ускоренным методом в среднесуточной или среднеизменяемой пробе в зависимости от стабильности шлама или сырьевой муки[1].
Оперативный контроль качества обжига клинкера осуществляют машинисты печей путем определения содержания свободной окиси кальция в клинкере петрографическим методом. В отдельных случаях для этой цели используют косвенные методы[1].
За режимными параметрами работы печей, холодильников, кальцинаторов, циклонных теплообменников и т. д. Наблюдает персонал цеха обжига по показаниям контрольно-измерительных приборов. Эти данные используются для оперативного управления работой печей. Лаборатория участвует в их определении и анализе только при проведении наладочных или опытных работ.
Пробы клинкера отбирают от каждой печи автоматическими пробоотборниками или вручную 2-4 раза в смену в зависимости от стабильности работы печей[1].
Содержание несвязанного оксида кальция в клинкере лаборатория определяет химическим методом только в средне переменной пробе, которая составляется для всех печей или для каждой группы печей, работающих в одном режиме, а при необходимости — для каждой печи. Внеочередное определение содержания СаО в клинкере лаборатория производит химическим или петрографическим методом в тех случаях, когда при визуальном осмотре клинкер выглядит плохо обожженным, а также требуют работники цеха обжига[1].
В среднесуточной пробе лаборатория определяет содержание СаО, Si02, AI2O3, Fe203 в клинкере и на основании этих данных рассчитывается минералогический состав. Рекомендуется также определять минералогический состав и микроструктуру клинкера петрографическим методом. Данные о химико-минералогическом составе клинкера используют для уточнения состава приготовленной сырьевой смеси. В технологический контроль также входят физико-механические испытания клинкера, для которых используют среднесуточную пробу, а при стабильной технологии разрешается объединять несколько среднесуточных проб[1].
При работе на твердом топливе оперативный контроль тонкости помола и влажности форсуночного топлива осуществляет обслуживающий персонал углеподготовительного отделения. Лаборатория определяет только содержание летучих веществ и зольность в пробе, общей от всех угольных мельниц.
Для определения выработки клинкера лаборатория осуществляет контроль расхода шлама на печи. Расходы шлама определяют по разности уровней в бассейнах, из которых осуществляется питание печей, на начало и конец смены с учетом поступления вновь наработанного шлама. При работе по сухому способу выработки клинкера определяют по расходу муки, а при полусухом — гранулята.[1]
Повышение эффективности технологии обжига клинкера на действующих заводах мокрого способа
Ресурсосберегающая двухпоточная технология обжига клинкера . Технология получения специальных и общестроительных цементов путем ввода во вращающуюся печь мокрого способа с «холодного» конца печи сухих техногенных (шлаков, зол). При этом удельный расход топлива снижается до уровня полусухого способа, производительность печи повышается на 10 — 25 %.
Встроенный колосниковый теплообменник. Предназначен для интенсификации теплообмена между потоком горячих газов и обрабатываемым материалом в зонах подогрева и кальцинации вращающихся печей. Теплообменник состоит из набора чередующихся между собой дуговых и разделительных колосников, последовательность расположения которых обеспечивает гарантированный размер щелей между ними.
Конструкция теплообменника обеспечивает увеличение поверхности теплообмена и эффективное перемешивание с интенсивным усвоением тепла, обрабатываемым материалом.
 |  |
Встроенный колосниковый теплообменник конструкции НИИЦемента
Характерной особенностью такого теплообменника является то, что пронизывая слой материала, его элементы (прутки из жаропрочной стали) омываются сырьевым материалом со всех сторон, интенсивно отдавая последнему тепло, отобранное от печных газов
Не только увеличенная поверхность теплообмена и эффективное перемешивание с интенсивным усвоением тепла обрабатываемым материалом, но и снижение пылеобразования в зоне подогрева отличают этот теплообменник. Простота его конструкции позволяет изготавливать колосниковый теплообменник и на базах Цемремонта, и в механических цехах цементных заводах.
Колосниковый теплообменник разработан для печей диаметром 5,0 длиной 185 м, испытан в одной из таких вращающихся печей и показал хорошие результаты по теплообмену при низком пылеуносе.
Экономический эффект от внедрения такого теплообменника в печах диаметром 5,0 длиной 185 м может составить 3 – 4 млн. рублей, в печах диаметром 4,5 длиной 170 м — 2,5 — 3 млн. рублей.
Встроенный кальцинатор (декарбонизатор) псевдоожиженного слоя, созданный в НИИЦементе на основе разработанного нового способа обжига клинкера с ускоренной внутрипечной декарбонизацией сырьевого обжигаемого материала путём псевдоожижения его слоя продуктами сгорания топлива, регулирования газовой среды в этом слое по длине печи (Авт. свид. № 841227).
Предназначен для эффективной интенсификации теплообмена и ускорения процесса декарбонизации сырьевого обжигаемого материала в зоне декарбонизации длинной вращающейся печи мокрого способа путём путём сжигания части топлива в слое материала в этой зоне и создания псевдоожиженного слоя материала при одновременном его пересыпании.
Испытаниями полупромышленной вращающейся печи диаметром 1,25 длиной 16 м, оснащённой созданным встроенным кальцинатором, установлено оптимальное соотношение расхода топлива, подаваемого в горелки кальцинатора и в главную горелку вращающеся печи, равное 1:4, достигнуто повышение производительности печи более чем на 30 %, снижение удельного расхода топлива на 10 -15 % и теплового напряжения в зоне спекания на 15 – 20 %. При резком нагревании материала на 200 — 300 оС при слоевом сжигании топлива в кальцинаторе ускоряется процесс декарбонизации в 4 – 5 раз по сравнению с обжигом в печи без кальцинатора, повышается актиность клинкера на 15 – 95 кг / см 2.
Встроенный кальцинатор на печи 1,25 Х 2 Х 16 м.
При работе встроенного кальцинатора на вращающейся печи мокрого способа производства размерами диаметром 3,2/ 2,7 длиной 62 м Щуровского завода и подаче в него 15 % газа от общего его расхода достигнуто увеличение степени декарбонизации обжигаемого материала в 4,5 раза по сравнению с аналогичной зоной печи до установки кальцинатора, увеличение производительности печи на 8 — 10 %, снижение удельного расхода топлива более чем на 10 %, снижение теплового напряжения в зоне спекания на 25 %, повышение стойкости футеровки в зоне спекания почти в 2 раза, значительное увеличение долговечности цепной завесы.
Общий вид печи диаметром 3,2 / 2,7 длиной 62 м со встроенным кальцинатором на Щуровском заводе
Принципиальное конструктивное решение встроенного кальцинатора позволяет оснащать им вращающиеся печи, работающие на любом виде топлива – газообразном, жидком , твёрдом, а также сжигать в нём топливосодержашие отходы.
Оснащением вращающейся печи размерами диаметром 5,0 длиной 185 м на Разданском цементном заводе разработанной в НИИЦементе специальной установкой по вводу в зону декарбонизации через проделанный в корпусе печи люк отработанных автопокрышек достигнуто повышение её производительности более чем на 20 % и снижение удельного расхода топлива на 10 – 15 %.
При дополнительном сжигании топлива или горючих отходв в зоне декарбонизации ускоряется подъём температуры в интервале температур между температурой декарбонизации и температурой спекания, обеспечивается активация компонентов обжигаемого материала перед спеканием и тем самым сокращается продолжительность клинкерообразования и улучшаеться качество клинкера.
Этот способ подачи горючих отходов в «середину печи», как называют его за рубежом, применяет сейчас ряд зарубежых заводов.
Форкальцинатор . Преназначен для термической подготовки (нагрева и декарбонизации) пыли-уноса и известняка перед подачей с «горячего» конца печи, т.е. вне вращающейся печи. Применение форкальцинатора конструкции НИИЦемента позволяет на 10 – 15 % повысить производительность вращающейся печи.
Обращаться по адресу:
142101, Московская область, г. Подольск, ул. Плещеевская, д. 15
ОАО «НИИЦЕМЕНТ», Заведующий лабораторией физической химии
Рязин Владимир Петрович
© 2007 — 2015 «ОАО НИИЦЕМЕНТ»
Повышение производительности действующего оборудования и качества цемента,
снижение расхода топливно-энергетических ресурсов на производство,
разработка специальных видов продукта,
определение пригодности сырьевых материалов
Телефон: +7 (495) 580-27-00
Тел/Факс:+7 (495) 502-79-04
Е–mail: nii-cement@yandeх.ru
г. Москва, г. Подольск, ул. Плещеевская, д.15
Печь обжига клинкера цемента
При возведении высотных зданий и небольших домов используется цементный клинкер. Твердый раствор увеличивает срок службы покрытий, подходит для облицовки печей и искусственных водоемов. Клинкерной плиткой, вместо натурального камня, украшают фасады, применяют как керамогранит при отделке интерьера, а также для реставрации пенобетонных и деревянных поверхностей. Строительный материал выдерживает избыточную влажность и обладает высокими теплоизоляционными свойствами.
Что такое цементный клинкер
В ходе обжигания смеси, состоящей из известняка и нескольких разновидностей глины, при высокой температуре получается вязкий гранулированный полуфабрикат, называемый клинкером. Для производства цемента в вещество добавляют гипс или сульфат кальция и другие минеральные компоненты, которые измельчают в порошок.
Впервые процесс спекания строительного сырья, добываемого из недр земли, путем нагревания его до 1450°, был описан в 19 веке инженером из Франции, создавшим полуфабрикат и цемент. Луи Вика использовал полученный промежуточный продукт при возведении подвесного моста, чтобы доказать его качество.
Каким методом получают цементный клинкер
Для создания материала, не уступающего по прочности натуральному камню, голландские строители стали обжигать специальную глину при высокой температуре. Сейчас при производстве цементного клинкера используют сырье, в составе которого содержатся двух-трехкальциевые силикаты или алюминаты. Смесь нагревают в печах до плавления или спекания. На свойства клинкера влияют несколько факторов:
При мокром способе обжига применяется много различных компонентов, среди которых триполифосфат, сода, торфяная вытяжка, жидкое стекло. Из шлама выделяются углекислоты, а клинкер приобретает форму шарика.
При сухом методе минеральные вещества высыхают в печи, а потом измельчаются в порошок. При комбинированном варианте смесь производят с помощью мокрого метода, затем влажность уменьшают до 16% путем фильтрования, после сырье обжигают. Если применяется сухой способ, то смесь соединяют с водой. А образовавшиеся гранулы высыпают в печь для дальнейшего спекания. Почти 67% в них приходится на оксид калия, 4% — алюминия. Около 22% составляет диоксид кремния, до 6% в составе гранул — добавки и присадки.
В клинкере, из которого производится цемент, количество минеральных искусственных компонентов достигает 70%.
Четыре главные фазы клинкера
Для возведения многоэтажных зданий требуется материал высокого качества. На свойства и характеристики цемента влияет объем и состав смесей, применяемых в процессе обжига. В клинкере обязательно должны присутствовать 4 компонента в определенных пропорциях.
В составе основного продукта, используемого для производства цемента, содержится силикат, представляющий собой смесь диоксида кремния и тройного объема оксида кальция. В клинкере его количество составляет не менее 52%. В кристаллической решетке алита вкраплены ионы:
Силикат быстро вступает в реакцию с водой. Такое свойство минерала обеспечивает прочность клинкера на всех этапах нагревания и обжига.
Белит
В полуфабрикате цемента от 14% до 31% приходится на фазу, представляющую смесь диоксида кремния и двойного объема оксида кальция. Вещество не вступает в реакцию с водой, но спустя год приобретает такую же прочность, как и алит. В кристаллической решетке белита выявляют ионы разных металлов.
Алюминатная фаза
В гранулах цементного клинкера содержится силикат, в котором оксид алюминия смешан с тройным объемом оксида кальция. На эту фазу в продукте приходится не менее 4%, но и не более 11.В кристаллической решетке в небольшом количестве наблюдаются вкрапления ионов микроэлементов:
При взаимодействии с водой вещество быстро схватывается. Для предупреждения нежелательной реакции в смесь добавляют гипс.
Алюмоферритная фаза
В промежуточном продукте цемента обязательно присутствует еще один компонент, объем которого составляет 5% — 15%. Четырехкальциевый алюмоферрит может менять состав в зависимости от концентрации оксида железа и алюминия. Дополнительные компоненты и примеси, содержащиеся в продукте, на его прочность влияния не оказывают. Скорость взаимодействия фазы с водой уменьшают или увеличивают, используя разные соединения.
Характеристика минералов цементного клинкера
Трехкальциевый силикат обуславливает свойства материала, включая скорость затвердевания. Вещество выделяет тепло и обладает высокой прочностью. Добавки, содержащиеся в фазе алита, влияют на его характеристики, изменяют структуру.
Двухкальциевый силикат (C2S) медленно затвердевает, почти не выделяет тепло, но постепенно приобретает высокую прочность. Техническим свойствам портландцемент обязан белиту и алиту, поскольку концентрация этих твердых растворов в клинкере превышает 70%. Объем между кристаллами силикатов заполнен различными веществами, не влияющими на свойства материала.
В процессе обжига трехкальциевый алюминат очень быстро затвердевает и выделяет большой объем тепла, но при этом получается не очень прочным. Присутствие значительного количества минерала в клинкере провоцирует появление коррозии, в портландцементе содержание вещества не превышает 5%.
Целит обладает высокой скоростью взаимодействия с молекулами воды, однако раствор алюмофферита кальция не влияет на процесс затвердевания материала.
Содержание основных минералов в клинкере:
Щелочные оксиды попадают в сырье, используемое при производстве цемента, с полевым шпатом или глиной. Большая часть примесей при обжиге испаряется, а остальные включаются в состав других соединений. Количество щелочей в клинкере стараются уменьшить до 1%, поскольку они препятствуют затвердеванию раствора.
Окись кальция появляется при неполном обжиге, вследствие нарушения соотношения между основными компонентами сырья. Вещество присоединяет молекулы воды, увеличивает объем твердой фазы, что приводит к растрескиванию и потере пластичности клинкера.
Чтобы снизить содержание окиси кальция, гранулы перед измельчением месяц держат на складе.
Для производства клинкера в карьерах добывают сланцы и глинистые породы, в которых содержатся соединения алюминия, железа, а также известняки. Сырьевые смеси обжигают до спекания.
Полученный промежуточный продукт измельчают, добавляют гипс и производят портландцемент, из которого изготавливают прочный бетон, плитку для облицовки, искусственный камень.
Для создания других видов строительного материала клинкер соединяют с ракушечником и шлаком или смешивают с добавками.
Чтобы получить глиноземистый цемент, обжигают смесь бокситов и известняков. Состав не пропускает влагу, устойчив к высоким температурам, подходит для производства жаропрочного бетона, а также используется при аварийных работах.
При нагревании известняков до 1 тыс.° получают романцемент, который применяется для создания панелей и блоков, но обладает меньшей прочностью.
