Способ управления процессом обжига клинкера Советский патент 1985 года по МПК C04B7/44 

а

сь ел 1 Изобретение относится к промышленности строительгоз Х материалов и предназначено для использования при обжиге фторированного портландцементного клинкера, например, во вращагацихся печах, Известен способ управления процессом обткига. клинкера, заключающийся в стабилизации параметров, характеризующих степень обжига клинкера, о которой судят по .резуль татам определения содержания, свободного оксида кал.ьция в клинкере l j. Однако этот способ не гарантирует получение цемента с необходимой гидравлической активностью. Наиболее близким к предлагаемому яволяется способ управления процессо обжига клинкера, включающий изменен температуры в зоне спеканияj размер зоны спекания и крутящего момента электродвигателя главного привода печ по критериальному состоянию основной фазы клинкера. В этом способе в ка- честве фазы клинкера используют алит С2 J. Однако этот способ нельзя исполь зовать при управлении -процессом обяа5га модифицированных, например, фторированных клинкеров, используемых для изготовления ос.обо быстротвердеюпщх цементов, так как он не гарантирует получение цементов с необходимым уровнем ранней прочност (через 2-3 ч твердения в нормальных условиях). В этом способе управления уровен задания параметров, определяющих степень обжига клинкера, обуславливается получением клинкера с опреде ленной микроструктурой основной фазы апита фиксируемой при помощи петро графического анализа. Во фторирован ном клинкере алит характеризуется чрезвычайно мелкой и неотчетливой кристаллизацией независимо от режим обжига, а высокая ранняя прочность цемента из этого клинкера определяется не алитом, а субмикрокристаллической алюминатной фторсодержащей фазой (фтормаенитом 11СаО-TAlj OjCA поэтому петрографический анализ и оценка степени обжига по критериаль ному состоянию алкта практически теряют смысл. Цель изобретения - повышение качества управления. 652 Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления процессом обжига клинкера, включающему изменения температуры взоне спекания, размеров зоны спекания и крутящего момента электродвигателя главного привода печи по критериальному состоянию основной фазы клинкера, в качестве основной фазы клин-кера выбирают фтормаенит и определяют средний размер блоков в кристаллах этой фазы и величину его отклонения от заданного уровня, равного 3-5 мкм, причем осуществляют снижение температуры в зоне спекания сокращение ее размеров и увеличение крутящего момента электродвигателя главного привода печи при положительном значении отклонения и осуществля|рт изменение этих параметров в противоположном направлении при отрицательном значении отклонения до совпадения среднего размера блоков с заданным уровнем. Способ реализуется следующим образом. Экспериментально определяют, какое фазовое состояние фтормаенита, т.е. средний линейный размер блоков его субмикроструктуры, наблюдаемых с применением метода реплик с поверхности свежих сколов клинкерных гранул, в электронном микроскопе просвечиваюа ;его типа, соответствует заданному уровню ранней прочности цемента из обжигаемого клинкера. Этот средний размер блоков рассматривают в качестве заданного. Варьируя расход топлива, тягу дымососа во вращающейся печи, стабилизируют температуру материала в зоне спекания на уровне 1000-1200 С. При помощи электронного микроскопа фиксируют средние размеры блоков фтормаенита 11СаО TAl Oj-СаР, в предварительных, периодически отбираемых пробах клинкера и усредняют их на определенных промежутках времени. Усредненные средние размеры блоков сравнивают с заданным, и по найденному отклонению изменяют уровень стабшгизируемой температуры. При этом снижают указанный уровень, если на границах блоков наблюдается кайма из расплава, что соответствует началу плавления фазы фтормаенита и ее переходу в маенит.

31

Урокень стабилнаируемой температуры повышают, если усредненные размеры блоков меньше заданных, а на их границах нет признаков плавления фтормаенита, чтобы обеспечить переход твердого раствора фтормаенита с магнитом в стехиометрически точный по составу фтормаенит,

В качестве выходных параметров, характеризующих степень обжига клинкара, помимо температуры зоны спекания, можно регулировать (в качестве других косвенных параметров,, коррелированных со степенью обжига) также размеры зоны спекания и крутящий момент электродвигателя главного привода вращающейся печи.

-Размеры зоны спекания и крутящий момент электродвигателя главного привода вращающейся печи увеличивают если усредненньй размер блоков меньше заданного, равного 3-5 мкм, и уменьшают при положительном отклонении усредненного размера блоков от заданного до тех пор, пока средние размеры блоков совпадут с заданными.

В качестве показателей фазового состояния фтормаенита, применяемых в дополнение к указанному критерию размера блоков, может быть использован метод затворения измельченного в порошок клинкера водой с изготовлением лепешек из цементного теста,

При затвердевании лепешек в течение 8-10 мин температура в зоне спекания установлена вблизи оптимума. Если же срок их затвердевания укорачивается до 4-5 мин или возрастает до 15-18 мин, то она ш-гое или выше оптимальной. Этот метод основан на более быстром взаимодействии с водой смеси извести с нестехиометрическим фтормаенитом по сравнению со стехиометрическим фтормаенитом и последнего - с чистым маенитом (во втором случае).

При практическом осуществлении данного способа управления процессом обжига клинкера обеспечивается получение особо быстротвердеющего цемент с ранней прочностью при сжатии более 150 кгс/см, что на 80-125 кгс/см вьЕие прочности особо быстротвердеющего цемента, полученного при известном способе ре1 улирования степени обжига.

Пример, Фторированный портландцемент ный клинкер получают обжи654

гом во вращающихся печах 3/3,6x70 м Подольского экспериментального цементного завода. Содержание фтора в клинкере в пересчете на фтор-ион 1,3%, вес 1 л клинкера 1100 г, внешний видбугорчатые коричневые гранулы среднего диаметра 10 мм, расход газа с теплотой горения 7000 ккал/кг 1500 м/ч. Температура в зоне спекания . На поверхности скола в электронном микроскопе средний размер блоков составляет 2-2,5 мкм. Согласно рантгенограмме фтормаенит имеет состав 11СаО 7А120з- 1,5СаР2. Затвердевание лепешек из теста через 15 мин. Гидравлическая активность цемента с удельной поверхностью 5000 из полученного клинкера через 2 ч 80-100кгс/см.

Заданный размер блоков фтормаенитэ в клинкере, соответствующих максимальной активности цемента, 3-5 мкм. Для его достижения, согласно предлагаемому изобретению, температуру в зоне спекания повышают до 1250С путем увеличения расхода топлива до 1650 . Содержание фтора в паресче.те на фтор-ион 0,9%, вес 1 л клинкера 1200 г, внешний вид бугорчатые коричневые гранулы среднего диаметра 12 мм. Согласно рентгенограмме, фтормаенит имеет состав 11СаО-7А1 0з-CaFj. Затвердевание лепешек из теста через 8 мин, гидравлическая активность цемента с удельной поверхностью 5000 через 2 ч 180 кгс/см.

Пример 2. Фторированный портландцементный клинкер выпускают в условиях, описанных в примере 1. Содержание фтора в пересчете на

фтор-ион 0,5%, вес 1 л клинкера 1350 г, расход газа 2000 , внешний вид клинкера - округлые темно-коричневые гранулы среднего диаметра 8 мм. Температура в зоне спекания . Средний размер бло-. ков фтормаенита составляет 1,82,3 мкм. Согласно рентгенограмме фтормаенит имеет состав 11СаО ,)1 0,5 CaF . Затвердевание лепешек из теста - через 5-6 мин. Гидравлическая активность цемента из полученного клинкера с удельной поверхностью 5000 через 2 ч твердения 70-80 кгс/см.

Для достижения заданного размера блоков фтормаенита в клинкере (3-5 мкм) соответствующих максимальной активности цемента через 2 ч твердения 180 кгс/см, температуру в зоне спекания снижают до путем снижения расхода топли ва до 1600 м/ч. Содержание фториона в клинкере 0,8%, вес 1 л клинкера 1150 г, внешний вид бугорчатые коричневые гранулы среднего диаметра 11 мм. Состав фтормаенита согласно рентгенограмме 11СаОг KTAljOjCaF.. Затвердевание лепешек из теста через 10 мин. Пример 3. Фторированный портландцементный клинкер выпускают в условиях, описанных в п{ имере 1. Содержание фтора в пересчете на - , вес 1 л клинкера 1050 г, внешний вид - плохо окатанные коричневые гранулы среднего диаметра 8 мм, расход газа 1500 температура в зоне спекания . Размеры зоны спекания (участка печи с максимальной температурой наружной поверхности корпуса) 10 м. На поверхности скола в электронном мик роскопе средний размер блоков фтормаенита 1,8-2 мкм. Состав фтормаенита по рентгенограмме - 11СаО 7А1 ч1 ,7CaFj, . Затвердевание лепешек через 17 мин после затворения, гидравлическая активность цемента с удельной поверхностью 5000 через 2 ч 45 кгс/см. Для достижения заданного размера блоков (3-5 мкм) размеры зоны спекания удлиняют (увеличивают) до 14 м путем увеличения тяги дымососа с величины разрежения в головке печи 2-3 мм до величины 7-9 мм вод,ст. Содержание фтора в пересчете на фтор-ион при этом снижается до 0,8%, вес 1 клинкера становится 1230 г, внешний вид клинкера - бугорчатые коричневые гранулы среднего диаметра 13 мм, состав фтормаенита по рентгенограмме 11CaO-7Al,j03-CaFi. Затвердевание лепешки из теста происходит 1через 12 мин после затворения, гидравлическая активность цемента с удельной поверхностью5000 через 2 ч после затворения 185 кгс/см Пример 4. Фторированный портландцементный клинкер вьтускают в условиях, описанных в примере 1. I Содержание фтора в пересчете на фтор-ион 0,3%, вес 1 л клинкера 51400 г, расход газа 1500 м/ч, температура в зоне спекания 1200С, размеры зоны спекания - 20 м, разрежение в головке печи - 15 мм вод.ст. На поверхности скола в электронном микроскопе средний размер блоков 8 мкм, следы плавления по краям. Состав фтормаенита - 11СаО -TAljO x . Затвердевание лепешек из теста через 4 мин после затворения. Гидравлическая активность через 2 ч - 35 кгс/см. Для достилсения заданного размера блоков размеры зоны спекания уменьшают до 15 м путем снижения разрежения в головке печи до 10 мм вод.ст. Содержание фтор-иона в клинкере становится равным 0,9%, вес. 1 л клинкера 1120 г, внешний вид - бугорчатые коричневые гранулы среднего диаметра 11 мм. Состав фтормаенита согласно рентгенограмме - 11СаО : р 7А1,, Oj - CaF . Затвердевание лепешек из теста - через 10 мин, гидравлическая активность цемента при этом же уровне удельной поверхности 192 кгс/см в соответствии со средним размером блоков - 3,5 мкм. Пример 5. Фторированный портландцементный клинкер выпускают в условиях, описанных в примере 1. Содержание фтора в пересчете на фтор-ион 0,4%, вес 1 л клинкера 13.70 г, расход газа 1500 , температура в зоне спекания 1200°С, размеры зоны спекания - 14 м, разрежение в головке печи 7-9 мм вод.ст. Крутящий момент на приводе главного электродвигателя печи 10760 кГм, корость вращения печи 0,9 мин На поверхности скола фтормаенита в электронном микроскопе средний размер блоков 7,5 мкм. Состав фтормаенита - 11CaO-7Al2 0j-0,35CaF2. Затвердевание лепешек - через 5 мин после затворения, гидравлическая активность цемента с удельной поверхность о 5000 см Vr через 2 ч после затворения 50 кгс/см. Для достижения заданного размера блоков во фтормаените крутящий момент увеличивают до 12000 кГм, скорость вpaп eняя печи возрастает до 1,2 мин . Содержание фтора в пересчете на фтор-ион 0,75%, вес 1 л клинкера 1100 г, расход газа 1500 м/ч, температура в зоне спекания 1200°С, размеры зоны спекания 15 м, разреяке ни 8 в головке печи 10 мм вод. ст. На поверхности скола фтормаенита в клинкере под электронным микроскопом виден средний размер блоков 4 мкм.

Состав фтормаенита по рентгенограм- 5 ме - 11СаО-7А120з-CaF2. Затверде вание лепешек после затворения - через 8 мин, гидравлическая активность цемента в тех же условиях 182 кгс/см.

Пример 6. Фторированный 10 портландцементный клинкер выпускают в условиях, описанных в примере 1. Содержание фтора в пересчете, на фтор-ион 1,3%, вес 1 л клинкера 1080 г, внешний вид клинкера - плохо fs сформированные гранулы и пылеватый материал, средний диаметр - менее 5 мм, расход газа 1500 , температура в зоне спекания 1200С, зоны спекания 14 м, разрежение в 20 головке печи 7-9 мм вод.ст., крутящий момент 14000 кГм, скорость вращения 1,4 об/мин, средний размер блоков фтормаенита под электронным микроскопом менее 2 мкм. Состав - 11СаО 25 f7A1y 0. 1,8CaF . Затвердевание rteneек - через 3 мин после затворения.

165,

.11,67

гидравлическая активность через 2 ч 25 кгс/см .

Для достижения среднего размера блоков во фгормаените снижают крутящий момент до 11500 кПч, скорость вращения - до 1 мин . Содержание фтора снижается до 0,9%, вес 1 л клинкера 1130 г, расход газа 1500 м/ч, температура в зоне спекания размеры зоны спекания 14 м, разрежение в головке печи 7-9 мм. На Iповерхности скола фтормаенита в iэлектронном микроскопе средний размер блоков составляет 4,5 мкм. Состав фтормаенита по рентгенограмме 11CaOTAlj O -CaF., Затвердевание лепешек - через 10 мин, а гидравлическая активность цемента с удельной поверхностью 5000 через 2 ч после затворения 180 кгс/см.

Изобретение позволит обеспечить производство эффективных видов цементов, обеспечиваюпщх значительное снижение расхода топливно-энергетических ресурсов и повышение качества це- мента.

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОБЖИГА КЛИНКЕРА, включающий изменение температуры в зоне спекания, размеров зоны спекания и крутящего момента электродвигателя главного привода печи по критериальному состоянию основной фазы клинкера, отличающийся тем, что, с целью повышения качества управления, в качестве основной фазы клинкера выбирают фтормаенит и определяют средний размер блоков в кристаллах этой фазы и величину его отклонения от заданного уровня, равного 3-5 мкм, причем осуществляют снижение температуры в зоне спекания, сокращение ее размеров и увеличение крутящего момента электродвигателя главного,привода печи при положительном значении отклонения и осуществляют изменение этих параметров в противоположном (Л направлении при отрицательном значении отклонения до совпадения среднего размера блоков с заданным уровнем.