Вопросы и ответы
Производство тампонажного цемента высокой сульфатостойкости
Вопрос: Какие существуют способы сохранения однородности клинкера при производстве тампонажного цемента высокой сульфатостойкости с использованием угля в качестве топлива?
Одной из важнейших задач в технологии цемента является обеспечение стабильного качества клинкера. Необходимо рассмотреть следующие показатели качества: оксидный и минералогический составы и гидравлическую активность (прочность цементного камня в 28-суточном возрасте). Все эти показатели зависят от химического состава сырья и режима обжига, а при использовании угольного топлива — от его зольности, состава золы, теплоты сгорания и удельного расхода топлива. Очевидно, что для обеспечения стабильного качества клинкера следует поддерживать постоянными перечисленные показатели, однако порой это бывает достаточно сложно. Поэтому в ответе на поставленный вопрос о способах стабилизации свойств клинкера при использовании угольного топлива будет показано, в какой степени отдельные показатели влияют на стабильность качества клинкера и как минимизировать возможные отклонения.
Подготовка стабильного состава сырьевой смеси. Допустимы следующие отклонения по отдельным параметрам: ΔSiO2 ± 0,15 %, ΔAl2O3 ± 0,15 %, ΔFe2O3 ± 0,10 %, ΔСаО ± 0,30, ΔКН ± 0,01, Δn ± 0,10, Δp ± 0,10. Чтобы достигнуть более точного заданного состава сырьевой смеси, необходимо придерживаться следующего основополагающего принципа — осуществлять несколько последовательных операций смешения компонентов. Один из возможных вариантов для мокрого способа показан на рис. 1.
При реализации подобных схем необходимо стремиться к смешению компонентов в потоке в помольных агрегатах, так как проведенные нами опыты с применением радиоактивных изотопов (РАИ) показали, что для полного усреднения шлама в горизонтальных бассейнах требуется более 48 ч. Вполне понятно, что анализу следует подвергать не разовые пробы, а средние за определенный период (обычно за 2 ч). Для этого необходимо использовать специальный пробоотборник-измельчитель, как это осуществлено на ЗАО «Осколцемент». Целесообразно для непрерывного анализа шлама в потоке применить современный поточный гамма-нейтронный анализатор (ПГНА). С учетом полученных анализов и расчетов с применением ЭВМ следует в ходе помола корректировать соотношение компонентов. Согласно приведенной выше упрощенной схеме, первичное несколько грубое усреднение производится при перевозке автотранспортом. При этом следует строго чередовать подачу мела и глины как можно более малыми порциями. Естественно, усреднение будет более точным, если перед гидрофолом для этих компонентов установить отдельные бункеры с питателями.
При сухом способе получить однородную сырьевую смесь более затруднительно, чем при мокром, так как порошки смешиваются значительно труднее, чем шлам. Согласно данным зарубежных фирм, наибольшая степень смешения достигается в современных силосах (рис. 2).
Однако опыт отдельных заводов, особенно работающих на меловом компоненте, свидетельствует, что в некоторых случаях должного усреднения в силосах не достигается. В такой ситуации необходимо стремиться получать гомогенную сырьевую смесь в потоке в помольных агрегатах, максимально используя возможности выполнения операций последовательного смешения.
Рассмотрим далее влияние угольного топлива на стабильность качества клинкера. В данном случае существенны следующие факторы: 1) удельный расход угля, зависящий от способа обжига клинкера и теплоты сгорания угля; 2) зольность угля; 3) состав золы; 4) режим обжига клинкера, зависящий от состава сырья и процесса горения топлива.
1. Вполне понятно, что чем ниже удельный расход угля, тем меньше его влияние на состав клинкера, поэтому при сухом способе производства цемента воздействие свойств угля на состав клинкера будет меньше, чем при мокром способе. При этом необходимо заострить внимание на процессе управления машинистом печью. При рациональном управлении, как отмечается в работах [1—3], колебания расхода угля не должны превышать ±2 %, что, естественно, мало повлияет на состав клинкера. Для обеспечения такой точности необходимо применять современные высокоточные дозаторы угольного порошка. Многие неопытные машинисты печей допускают колебания до ±20 % и, таким образом, изменяют не только химико-минералогический состав клинкера, но и степень его спекания, что зачастую оказывает бóльшее отрицательное влияние на свойства клинкера, чем колебания химического состава шлама.
2. Очевидно, что значительное влияние на свойства клинкера оказывают зольность, теплота сгорания угля и постоянство состава золы. При использовании различных углей следует обеспечить их предварительное смешивание в необходимой пропорции для получения угольного порошка с постоянными составом и свойствами.
3. Большое влияние на гидравлическую активность клинкера оказывает режим обжига, в частности, положение зоны спекания в печи, которое может быть определено по расположению температурного максимума на корпусе печи. В качестве примера можно привести результаты наших исследований, которые были проведены на печи размерами Ø 4,5 × 170 м на Семипалатинском заводе при использовании угольного топлива (рис. 3, 4).
Приведенные данные свидетельствуют, что, изменяя условия обжига при неизменных составах и расходах сырья и угля, можно значительно изменять микроструктуру и гидравлическую активность клинкера. Оптимальная микроструктура, обеспечивающая высокую активность клинкера, достигается при среднем положении зоны спекания, определяемом по положению температурного максимума. Его расстояние от горячего обреза печи Lmax должно быть равным 12 ± 1 м. Данная зависимость подтверждена на многих заводах и справедлива для печей длиной 120 м и более.
Таким образом, отвечая на поставленный вопрос, можно подвести следующий итог. Естественно, в технологии цемента не существует никаких чудес и «фокусов» и все достаточно тривиально: чтобы обеспечить постоянный состав и качество клинкера при использовании угольного и любого другого топлива, необходимо стабилизировать входные параметры, т. е. состав и расход сырьевой смеси и угля, и режимные параметры работы печи.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авраменко О.И., Классен В.К., Копелиович В.М., Матвеев А.Ф. Твердое топливо и его использование в цементной промышленности. ВНИИЭСМ, Обзорная информация, М., 1980. 89 с.
2. Классен В.К. Обжиг цементного клинкера. Красноярск: Стройиздат, 1994. 322 с.
3. Классен В.К. Основные принципы и способы управления цементной вращающейся печью // Цемент и его применение. 2004. № 2. С. 39—42.
4. Классен В.К. Технология и оптимизация производства цемента. Белгород: Изд-во БГТУ. 2012. 308 с..
