Способ получения портландцементного клинкера

 

Способ получения портландцементного клинкера включает подачу в печь сырьевой смеси двумя потоками, при этом сырьевая смесь, подаваемая с холодного конца печи, имеет коэффициент насыщения 0,92 - 2,10, а подаваемая в горячую зону с температурой 550 - 1200^oC, представлена в виде легкоплавкой шихты, которая состоит из топливосодержащих продуктов и техногенных материалов и имеет коэффициент насыщения 0,05 - 0,5 и температуру плавления 1100 - 1150^oC в местах высокотемпературного контакта ингредиентов шихты или продуктов их термообработки. Технический результат - интенсификация клинкерообразования.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, преимущественно к способам производства портландцементного клинкера.

В промышленности широко известен способ получения портландцементного клинкера путем подачи во вращающуюся печь сырьевой смеси двумя потоками: первый поток основной части смеси подают в холодный конец вращающейся печи, а второй поток оставшейся части сырьевой смеси подают в горячую зону (US, патент 3589920, н. кл. 106 - 100, 1972).

Недостатком является неравномерность подачи части сырьевой смеси и неконтролируемое попадание CaO и CaCO₃ на слой материала в различных температурных зонах печи. Это приводит к снижению качественных показателей клинкера из-за повышения неоднородности химического состава обжигаемого материала по длине печи. Кроме того, попадание оксида кальция в силикатный расплав изменяет условия его существования, вызывая временную кристаллизацию и обусловливая впоследствии дополнительные затраты тепла на образование нового расплава. В связи с вышеизложенным известный способ обжига клинкера характеризуется повышенным расходом топлива.

В основу изобретения поставлена задача создания такого способа получения портландцементного клинкера, который позволил бы интенсифицировать процессы клинкерообразования и разложения CaCO₃, а также снизить топливоэнергетические затраты на обжиг клинкера.

Поставленная задача достигается тем, что сырьевую смесь подают двумя потоками. Поток смеси с коэффициентом насыщения 0,92 - 2,10 подают с холодного конца печи, а поток в виде легкоплавкой шихты, состоящей из топливосодержащих продуктов и техногенных материалов с коэффициентом насыщения 0,05 - 0,50 и температурой плавления 1100 - 1150^oC в местах высокотемпературного контакта ингредиентов шихты или продуктов их термообработки, в горячую зону с температурой 550 - 1200^oC.

Способ осуществляют следующим образом.

Первый поток, представляющий собой сырьевую смесь с повышением коэффициентом насыщения (0,92 - 2,10), подается в печной агрегат с холодного конца печи в виде сырьевого шлама или муки. Второй поток материала, отличающийся низким значением коэффициента насыщения (0,05 - 0,50) и представляющий собой предварительно подготовленную неразмолотую шихту 2-х и более компонентов, преимущественно техногенных материалов, подается непосредственно в печной агрегат в зону температур 550 - 1200^oC. Вещественный состав шихты подбирается таким образом, чтобы в процессе высокотемпературного контакта ингредиентов шихты между собой или с продуктами термообработки одного из них образовывались низкотемпературные эвтектики (1100 - 1150^oC).

При этом ранее появление расплава способствует агрегации обжигаемого материала в гранулы, улучшая условия для массо- и теплообмена. Это приводит к удлинению зоны спекания и снижению в ней уровня максимальных температур.

Наличие в составе легкоплавкой шихты топливосодержащего компонента и протекающие в указанном температурном интервале фазовые превращения (например, расстекловывание стекловидной фазы гранулированного доменного шлака) обеспечивают дополнительный эффект встроенного декарбонизатора, аналогичный достигаемому в печах сухого способа производства установкой декарбонизатора в системе запечных теплообменных устройств. Этот эффект способствует интенсификации процесса разложения CaCO₃, а образовавшийся в момент выделения оксид кальция с высокой скоростью связывается со свободными радикалами компонентов легкоплавкой шихты.

Все указанное выше обеспечивает существенное снижение расхода топлива на обжиг портландцементного клинкера и повышение производительности печного агрегата.

Пример. На ОАО "Донцемент" проведены сравнительные испытания при обжиге клинкера по обычному и предлагаемому способам. При обычном способе во вращающейся печи 4,0х150 обжигается сырьевая смесь с коэффициентом насыщения 0,9. Производительность печного агрегата 34 т/ч. Расход топлива на обжиг клинкера составляет 7000 м³/ч газа с теплотворной способностью 8000 ккал, что эквивалентно 235 кг условного топлива на 1 т клинкера.

Способ осуществляют следующим образом.

В печной агрегат с неизменной производительностью подается сырьевая смесь с коэффициентом насыщения 0,99 - 1,02. В зону печного агрегата, температура материала в которой ориентировочно равна 1050^oC, подается неразмолотая шихта, состоящая из угля марки "Антрацитовый штыб" с теплотворной способностью в рабочем состоянии Q^p_н = 4400 ккал/кг и доменного гранулированного шлака, взятых в соотношении 1 : 1. Присадка золы топлива от сжигания угля составляет 25%, что обеспечивает ей отношение к шлаку 1 : 4. Температура плавления золы 1310^oC, а доменного шлака - 1295^oC. Температура плавления смеси зола-шлак снижена до 1180^oC.

Общее количество подаваемой в печь легкоплавкой смеси (температура плавления одной фазы в обычной смеси 1285^oC) составляло 3,2 т/ч, что обеспечивало присадку золы и шлака к обжигаемому материалу в количестве 2 т/ч и производительность печного агрегата 36 т/ч. Коэффициент насыщения клинкера оставался неизменным 0,90.

Расход газа в процессе обжига снижен до 5400 м³/ч (на 23%), что в сумме с теплом от сгорания угля обеспечивает снижение расхода условного топлива на 1 т клинкера до уровня 199 кг, что ниже исходного на 15,3%.

Ограничение по величине коэффициента насыщения легкоплавкой части шихты (0,05 - 0,50) обусловлены заданной величиной снижения температуры контактного плавления (не менее, чем на 30^oC), обеспечивающей эффект в снижении расхода тепла не менее, чем на 5%. Ограничения по величине коэффициента насыщения сырьевого шлама обусловлены количеством подаваемой в печной агрегат легкоплавкой шихты и ее модульными характеристиками для получения клинкера нормированного минерального состава.

Применение предложенного способа позволяет интенсифицировать процессы клинкерообразования, разложения CaCO₃ и за счет этого снизить удельный расход топлива до 30% с одновременным увеличением производительности печи до 25%.

Формула изобретения

Способ получения портландцементного клинкера включающий подачу сырьевой смеси двумя потоками, один из которых подают с холодного конца вращающейся печи, а другой - в горячую зону, отличающийся тем, что с холодного конца печи подают сырьевую смесь с коэффициентом насыщения 0,92-2,10, а в горячую зону температур 550 - 1200^oC - сырьевую смесь - легкоплавкую шихту, состоящую из топливосодержащих продуктов и техногенных материалов с коэффициентом насыщения 0,05-0,50 и температурой плавления 1100-1150^oC в местах высокотемпературного контакта ингредиентов шихты или продуктов их термообработки.