Способ производства цементного клинкера. Клинкер для производства цемента


Способ производства цемента и сырьевая смесь для изготовления цементного клинкера (варианты)

 

Изобретение относится к технологии получения гидравлических вяжущих материалов на минеральной основе с использованием техногенных отходов, в частности к технологии получения портландцементов, и может быть использовано для нужд строительной промышленности. Технический результат - улучшение качества целевого продукта за счет повышения механических свойств и улучшение технологических показателей при одновременном упрощении процесса его получения и сокращении трудозатрат. Способ осуществляют путем предварительного измельчения карбонатного компонента смеси, смешивания последнего в присутствии воды с глинистым компонентом и/или хвостами магнитной или электросепарации, полученных после удаления железистой фракции из золошлаковых отходов ТЭЦ, до содержания 4-6 мас. % Fe2O3, обжиг полученной сырьевой смеси до спекания с образованием цементного клинкера, охлаждение и измельчение клинкера в присутствии добавок с образованием целевого продукта. Сырьевая смесь для получения цементного клинкера содержит 70-90 мас.% известняка и 10-30 мас.% алюмосиликатного компонента, содержащего глину и/или указанные золошлаковые отходы. 3 с.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к технологии получения гидравлических вяжущих материалов на минеральной основе с использованием техногенных отходов, в частности к технологии получения портландцементов, и может быть использовано для нужд строительной промышленности.

В науке и технике известны сырьевые смеси для получения цементных клинкеров с использованием твердых отходов производства и способы производства цемента на их основе.

Так, например, известны составы для изготовления цементного клинкера, включающие в качестве сырьевого компонента до 300-500 кг на 1 т клинкера золы ТЭЦ, содержащих повышенное количество окиси кальция [Ю.А. Алехин, А.Н. Люсов "Экономическая эффективность использования вторичных ресурсов в производстве строительных материалов", М., Стройиздат, 1988 , с. 65]. Это позволяет снизить влажность цементного шлама, уменьшить расход топлива на обжиг клинкера и увеличить производительность вращающихся печей.

Известен способ приготовления вяжущего, включающий измельчение и смешение каменноугольной золы, извести - кипелки, гипса и хлорида щелочного и щелочноземельного металла, при этом сначала совместно измельчают в бегунах в течение 10-15 мин комовую известь-кипелку и 1/4- 1/2 часть от общего количества каменноугольной золы, хлорид щелочного металла или щелочноземельного металла, вводят воду затворения до получения влажности 8-13 мас.% и поверхностно-активную добавку из группы дигексилсукционата натрия, моноалкилфенилового эфира полиэтиленгликоля, затем полученную смесь выдерживают в реакторе в течение 6 - 20 часов, после чего ее перемешивают с гипсом и оставшимся количеством каменноугольной золы при следующем соотношении компонентов, мас. % (на сухое вещество): известь-кипелка 20-30; хлорид щелочного или щелочноземельного металла 0,6 - 1,0; гипс 3 - 5; поверхностно-активная добавка 0,05 - 0,15; каменноугольная зола - остальное. [Патент РФ N 1837053, МПК 5 C 04 B 7/28, 1993 г.].

Известная сырьевая масса для приготовления гидравлического вяжущего не обладает высокими механическими свойствами и характеризуется повышенным временем схватывания. Все это приводит к необходимости дальнейшей корректировки свойств целевого продукта путем введения различных добавок, что значительно усложняет способ получения цемента.

Наиболее близкой к предлагаемой является сырьевая смесь для изготовления цемента, содержащая известняковый компонент, золошлаковые отходы ТЭЦ и глину (Л. Я. Гольштейн и Н.П. Штейерт "Использование топливных зол и шлаков при производстве цемента", Л., Стройиздат, 1977, с. 132-133).

Способ получения цементов осуществляют путем предварительного измельчения компонентов смеси, смешивания их друг с другом в присутствии воды, обжигом полученной сырьевой смеси до спекания с образованием цементного клинкера с последующим его охлаждением и измельчением в присутствии корректирующих добавок с образованием целевого продукта. В качестве глины при реализации способа используют глинистый компонент, содержащий оксид магния, оксид серы и оксиды щелочных металлов, в качестве золошлакового компонента используют золошлаковые отходы с содержанием CaO до 25% и дополнительно железосодержащий компонент, содержащий оксид магния и оксид серы. [Патент РФ 2035424, МПК 6 C 04 B 7/38, 1995 г.].

Известный способ проще традиционного за счет сокращения стадии обработки алюмосиликатного компонента в глиноболтушках, однако использование золошлаковых отходов, не прошедших предварительную обработку и содержащих на стадии спекания клинкера повышенное количество железосодержащих соединений, приводит к получению целевого продукта с невысокими механическими и технологическими показателями. Для улучшения качества известного цемента необходимо вводить дополнительные операции на стадии измельчения клинкера и корректировать свойства целевого продукта.

Задача предлагаемого изобретения - улучшение качества целевого продукта за счет повышения механических свойств и улучшения технологических показателей при одновременном упрощении процесса его получения и сокращении сырьевых и трудозатрат.

Поставленная задача достигается тем, что при осуществлении предлагаемого способа получения цемента, включающего смешение карбонатного компонента, золошлаковых отходов ТЭЦ в присутствии воды, обжиг полученной сырьевой смеси до спекания с образованием цементного клинкера в присутствии добавок с образованием целевого продукта, карбонатный компонент предварительно измельчают, а золошлаковые отходы ТЭЦ используют после магнитной или электросепарации при содержании в них 4-6 мас.% F2O3.

Магнитную сепарацию золошлаковых отходов осуществляют в стандартных магнитных сепараторах в одну, две или три стадии для удаления железистой фракции. Многостадийную магнитную сепарацию ведут путем последовательной обработки отходов соответственно на двух или трех сепараторах, включенных последовательно. Железистые компоненты отделяют, а оставшуюся часть используют в качестве алюмосиликатного сырья при производстве цементного клинкера.

Электросепарацию (электростатическую обработку) золошлаковых отходов осуществляют на стандартных электросепараторах известным способом. Железистую фракцию, содержащую в основном магнетит и гематит, удаляют, а оставшуюся (диэлектрическую) фракцию используют в качестве алюмосиликатного сырья при производстве цементного клинкера.

Предлагаемый способ дополнительно характеризуется тем, что на стадии измельчения клинкера заявляемые золошлаковые отходы ТЭЦ могут быть использованы в качестве гидравлических алюмосиликатных добавок.

Золошлаковые отходы ТЭЦ после проведения магнитной или электросепарации содержат: SiO2 - 45 - 55%; Al2O3 - 12 - 15%; Fe2O3 - 4 - 6%; CaO4 - 6%; MgO - 1 - 2%; SO3 - 0,17 - 2,0; потери после прокаливания 6 - 16%.

Для осуществления способа предлагается сырьевая смесь цементного клинкера по варианту 1, содержащая известняк и золошлаковые отходы ТЭЦ, при этом золошлаковые отходы ТЭЦ подвергнуты магнитной или электросепарации для удаления из них железистой фракции до содержания 4-6 мас.% Fe2O3 при следующем соотношении компонентов на сухие продукты, мас.%: Известняк - 70-90 Указанные золошлаковые отходы ТЭЦ - 10-30 Предлагается также сырьевая смесь цементного клинкера по варианту 2, содержащая известняк, глину и золошлаковые отходы ТЭЦ, при этом последние подвергнуты магнитной или электросепарации для удаления из них железистой фракции до содержания 4-6 мас.% Fe2O3 при следующем соотношении компонентов на сухие продукты, мас.%: Известняк - 70 - 90 Указанные золошлаковые отходы ТЭЦ - 3-27 Глина - остальное Предлагаемые составы сырьевых смесей для получения цементного клинкера и способ получения цемента связаны между собой единым изобретательским замыслом как целое и его часть (варианты), что удовлетворяет требованию "Единство изобретения".

Предлагаемые составы цементного клинкера и способ получения цемента на его основе отличаются от известного тем, что в качестве активного алюмосиликатного компонента используют предварительно подвергнутые магнитной или электросепарации золошлаковые отходы ТЭЦ при заявляемом соотношении компонентов. Хвосты золошлаковых отходов вводят на стадии мокрого смешения сырьевых компонентов друг с другом.

Сравнительный анализ предлагаемых составов сырьевой массы для получения цементного клинкера и предлагаемого способа получения цемента с прототипом позволяет сделать вывод об их соответствии критерию "Новизна". Предложенный способ, в отличие от известного, позволяет снизить содержание железосодержащих компонентов до требуемых значений. Использование золошлаковых отходов без предварительного проведения магнитной или электросепарации приводит к повышенному содержания железосодержащих компонентов в составе сырьевой массы, что, в свою очередь, снижает механические свойства целевого продукта и увеличивает время его схватывания.

Использование в заявляемом нами способе метода магнитной или электросепарации позволяет провести частичное извлечение железосодержащих компонентов из золошлаковых отходов ТЭЦ. Оставшиеся в составе золошлаковых отходов следы железистых компонентов обеспечивают необходимое и достаточное их содержание в составе цементного клинкера, что позволяет добиться достижения высоких механических и технологических свойств целевого продукта. Введение заявляемого количества предварительно обработанных золошлаковых отходов в состав сырьевой массы цементного клинкера позволяет получить цемент улучшенного качества. Использование заявляемой сырьевой массы при реализации способа получения цемента позволяет сократить сырьевые и трудозатраты, т.к. исключает необходимость дополнительного введения большого количества и номенклатуры корректирующих добавок на стадии измельчения клинкера.

Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям "Изобретательский уровень" и "Промышленная применимость". Предлагаемый способ получения цемента реализуют следующим образом. Магнитную сепарацию золошлаковых отвальных отходов, содержащих 12 - 19% окислов железа, проводят мокрым или сухим способом. Сухую магнитную сепарацию проводят с помощью трехбарабанного сепаратора марки 168-СЭ или любого аналогичного. Мокрую магнитную сепарацию проводят на двухбарабанных магнитных сепараторах типа 174 - СЭ, трехбарабанном А - СЭ или любом аналогичном.

Электросепарацию проводят на электростатическом барабанном сепараторе любым известным способом.

Портландцемент получают мокрым способом, т.е. подготовку сырьевых материалов ведут в присутствии воды. Известняк дробят в дробилках, после чего его подают в трубные мельницы, где происходит совместное тонкое измельчение известняка и предварительно обработанных методом магнитной или электросепарации золошлаковых отходов ТЭЦ. Из мельниц сырьевой шлам подают в железобетонные резервуары с мешалками или пневматическим перемешиванием смеси, называемых шлам-бассейнами. В шламовых бассейнах производят хранение и корректировку сырьевой смеси, т.е. смешение шламов разного химического состава для получения требуемого соотношения компонентов. Сырьевую смесь обжигают в барабанных вращающихся печах. Печь отапливается угольной пылью, газообразным топливом или мазутом, причем топливо сжигают внутри печи. Сырьевой шлам, подаваемый в печь из шлам-бассейна, движется противотоком горячим топочным газом. При этом последовательно происходит испарение воды, дегидратация минералов, диссоциация известняка и реакции между образующимся основным оксидом CaO и составляющими алюмосиликатного компонента, присутствующими в составе немагнитной части золошлаковых отходов в виде муллита, каолинита и альфа-кварца. В зоне спекания при температуре 1400 - 1450oC окончательно формируется цементный клинкер. Полученный клинкер охлаждают холодным воздухом в колосниковых холодильниках. Из холодильников клинкер подают на склад, где он вылеживается некоторое время для гидратации свободной извести и связывания ее гидравлическими добавкам. Вылежавшийся клинкер совместно с гидравлическими или инертными добавками и добавкой гипса, регулирующей сроки схватывания, размалывают в шаровых цементных мельницах и отправляют на железобетонные силосы, снабженные аэрирующими днищами.

В качестве гидравлических добавок могут быть использованы любые известные добавки, содержащие активные кремнеземистые компоненты, повышающие водостойкость цементов и способствующие их твердению под водой. В качестве гидравлических добавок в состав цемента могут быть введены заявляемые золошлаковые отходы ТЭЦ, связывающие свободную Ca(OH)2 в гидросиликаты кальция и повышающие плотность бетона. В цемент могут быть также введены любые известные пластифицирующие добавки, повышающие эластичность и связность цементного теста, известные инертные наполнители - песок, известняк, доломит и кислотостойкие добавки - андезит, бештаунит, гранит и др.

Состав для изготовления цементного клинкера готовят путем смешивания рецептурного количества известняка с рецептурным количеством заявляемых золошлаковых отходов ТЭЦ с влажностью 4-6%, предварительно подвергнутых магнитной или электросепарации для удаления железистой части.

Заявляемый способ и сырьевая масса для изготовления клинкера (варианты) иллюстрируется следующими примерами.

Пример N 1.

В качестве карбонатного компонента используют известняк по ТУ 21-34-2-90 с содержанием MgO не более 3% и влажностью 2-3%. Известняк загружают в щековую дробилку СМД-111 для грубого размола кусков до размера не более 200 мм с последующей подачей на сырьевую мельницу для тонкого помола при влажности 35-37%. Размолотый известняк подают в шламовый бассейн вместе с предварительно обработанными золошлаковыми отходами ТЭЦ. Золошлаковые отходы ТЭЦ, представляющие собой кислые отвальные золы со шлаковых полей Рефтинской ТЭЦ, после проведения мокрой магнитной сепарации при напряжении 750 Э содержат муллита (3Al2SiO2) более 50 мас. %, каолинита (AI2SiO5(OH)4) до 28 мас.%, -кварца (SiO2) до 28 мас.%, суммарное количество фракции оксидов железа до 6 мас.%, потери после прокаливания, TiSi2, Mg2Ca и AlO(OH) до - 14%. Сырьевые компоненты дозируют в соответствии с заявляемым рецептурным соотношением: составов по варианту 1- N 1, 2 и 3. В шламовом бассейне сырьевые компоненты перемешивают в присутствии воды и подают во вращающуюся печь для обжига и спекания с образованием клинкера. Полученный клинкер охлаждают и направляют в цементные мельницы для размола и дополнительного введения корректирующих и активных добавок при перемешивании. В качестве корректирующих добавок используют гипс, в качестве активных добавок используют трепел. Наличие и количество добавок определяется видом и маркой целевого цемента. В табл. 1 приведены данные, иллюстрирующие заявляемые составы для изготовления клинкера.

Пример N 2.

Осуществляют аналогично примеру 1. На стадии подготовки сырья размолотый известняк подают в шламовый бассейн вместе с предварительно обработанными золошлаковыми отходами ТЭЦ и глинистым компонентом. Указанные сырьевые компоненты дозируют в соответствии с заявляемым рецептурным соотношением: составов по варианту 2 - N 4, 5 и 6. Данные, иллюстрирующие заявляемые составы для изготовления клинкера, приведены в табл. 1.

В табл. 2 приведено сопоставление получаемых марок цемента с использованием клинкера заявляемых составов и по прототипу. Цементы получены при сопоставимых условиях.

Из представленных данных видно, что использование предлагаемых составов для изготовления цементного клинкера позволяет решить поставленную задачу. Получаемый клинкер соответствует ГОСТ 10178-85. Цемент, получаемый из клинкера, приготовленного согласно заявляемым рецептурам, соответствует ГОСТ 6613-86 и относится к маркам ПЦ - 300 - ПЦ - 500. Цемент, получаемый из клинкера по прототипу, соответствует марки ПЦТО - 100. Таким образом, использование заявляемого клинкера позволяет получить цемент достаточно высокого качества. Кроме того, пониженное содержание железосодержащих компонентов в исходном сырье позволяет устранить необходимость дополнительного введения специальных корректирующих добавок, что в свою очередь приводит к упрощению процесса и сокращению сырьевых и трудозатрат.

1. Способ получения цемента, включающий смешение карбонатного компонента, золошлаковых отходов ТЭЦ в присутствии воды, обжиг полученной сырьевой смеси до спекания с образованием цементного клинкера, охлаждение и измельчение клинкера в присутствии добавок с образованием целевого продукта, отличающийся тем, что карбонатный компонент предварительно измельчают, золошлаковые отходы ТЭЦ используют после магнитной или электросепарации, при содержании в них 4 - 6 мас.% Fe2O3.

2. Сырьевая смесь для изготовления цементного клинкера, содержащая известняк и золошлаковые отходы ТЭЦ, отличающаяся тем, что она содержит золошлаковые отходы, подвергнутые магнитной или электросепарации, содержащие 4 - 6 мас.% Fe2O3, при следующем соотношении компонентов на сухое вещество, мас. %: Известняк - 70 - 90Указанные золошлаковые отходы ТЭЦ - 10 - 303. Сырьевая смесь для изготовления цементного клинкера, содержащая известняк, глину и золошлаковые отходы ТЭЦ, отличающаяся тем, что используют золошлаковые отходы, подвергнутые магнитной или электросепарации, содержащие 4 - 6 мас.% Fe2O3, при следующем соотношении компонентов на сухое вещество, мас.%:Известняк - 70 - 90Указанные золошлаковые отходы ТЭЦ - 3 - 27Глина - Остальное

Рисунок 1

www.findpatent.ru

Способ производства цементного клинкера

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, преимущественно к способу производства цементного клинкера с минеральными добавками. В способе производства цементного клинкера с минеральной добавкой, включающем обжиг сырьевой смеси во вращающейся печи, подачу минеральной добавки в холодильник к полученному раскаленному клинкеру, охлаждение, помол, в качестве минеральной добавки используют щебень попутных вскрышных пород добычи угля или углесодержащие техногенные отходы фракции 5-50 мм с содержанием угля в пределах от 5 до 15 мас.%, подачу указанной добавки осуществляют в количестве от 5 до 50 мас.% от клинкера в его поток, падающий из печи. 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к промышленности строительных материалов, преимущественно к способам производства цементного клинкера с минеральными добавками.

Известен способ производства цементного клинкера с минеральными добавками, включающий подачу минеральной добавки, например, фосфогипса во вращающуюся печь (см., например, авт. свид. СССР №270566, кл. С04В 7/44, 1968 г.).

Однако такой способ приводит к усилению пылеуноса из печи, к неравномерному распределению добавки по всей длине вращающейся печи, что снижает эффективность их действия.

Также известен способ производства цементного клинкера, в котором подачу силикатсодержащей минеральной добавки - доменного гранулированного шлака производят с горячего конца вращающейся печи (см., например, авт. свид. СССР №576761, кл. С04В 7/44, 1974 г.). Недостатком этого способа является присадка шлака к клинкеру в печи, снижение его основности и низкая гидравлическая активность получаемого при этом цемента.

В другом известном решении (см., например, авт. свид. СССР №1280839, кл. С04В 7/44, 1974 г.) минеральную добавку для быстрого охлаждения клинкера в холодильнике подают на слой раскаленного клинкера навстречу охлаждающему воздуху. В качестве охладителя в этом способе используют доменный гранулированный шлак с влажностью 10%. При этом если температура клинкера, выходящего из печи, составляет 1150-1200°С, а при охлаждении только воздухом в районе второго окошка холодильника - 850°С, то при подаче шлака в холодильник согласно известному способу температура материала в районе второго окошка холодильника уже составляет 600-675°С, а на выходе из холодильника - 60-80°С вместо 200°С. Одновременно увеличивается выход клинкера, несколько возрастает его размолоспособность.

Однако безвозвратный и нестабильный унос шлака в печь со вторичным воздухом составляет в известном способе до 10-20% от начальной массы и требует постоянной оперативной корректировки сырьевой смеси, что оказалось весьма сложной операцией, не обеспечивающей стабильной активности цемента, которая изменяется в значительных пределах.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ увеличения выхода цементного клинкера для получения цемента с минеральными добавками, включающий обжиг сырьевой смеси во вращающейся печи, охлаждение клинкера в холодильнике с одновременной подачей минеральных добавок на слой раскаленного клинкера и совместный помол клинкера с добавками (см., например, патент РФ №2288900, кл. С04В 7/43, 2002 г.). В указанном способе для увеличения выхода цементного клинкера из установки для обжига в горячий клинкер в качестве минеральной добавки вводят измельченные материалы с высоким содержанием двуокиси кремния и дополнительно содержащие кальций, алюминий или и то, и другое, способные при повышенной температуре вступать в реакцию с двуокисью кремния в холодильнике с образованием кристаллических силикатов кальция и силикатов алюминия. При этом в качестве минеральной добавки могут быть использованы: угольная зола, доменный шлак, летучая двуокись кремния (побочный продукт производства кремния или сплавов железа и кремния).

Согласно известному способу эти добавки вводят в слой цементного клинкера либо в районе разгрузочного конца печи, либо в районе верхнего по потоку конца холодильника под слой горячего клинкера.

Однако при подаче измельченной добавки у выпускного конца печи достаточно сложно обеспечить равномерное распределение добавки по всей ширине потока клинкера, а при введении из-под слоя клинкера в районе верхнего по потоку конца холодильника возможны существенные потери недожженной (полуобожженной) добавки с интенсивными потоками охлаждающего воздуха ввиду ее высокой дисперсности.

Следует заметить, что основным содержанием рассматриваемого известного решения является увеличение объема выходящего клинкера. Однако реализация известного технического решения, по которому предусматривается обязательное химическое реагирование не менее 50% мас. добавки кремнеземистого состава с клинкером, существенно влияет на снижение коэффициента насыщения клинкера известью и ухудшает минералогию цемента, снижая содержание С3S и уменьшая активность цемента. Такое химическое реагирование происходит только во вращающейся печи, а в процессе пребывания в холодильнике, где температуры в течение 5-10 минут падают с 1300-1350°С до 600-700°С, реакции минералообразования добавок с клинкером не могут проходить.

Цель предлагаемого изобретения - увеличение объема производства цементного клинкера и цемента, снижение его себестоимости, сохранение качества цемента.

Поставленная цель достигается тем, что в способе увеличения выхода цементного клинкера для получения цемента с минеральными добавками, включающем обжиг сырьевой смеси во вращающейся печи, охлаждение клинкера в холодильнике с одновременной подачей минеральных добавок на слой раскаленного клинкера и совместный помол клинкера с добавками, минеральную добавку подают в падающий из печи поток раскаленного клинкера, при этом в качестве добавки берут щебень попутных вскрышных пород добычи угля фракции, выбранной в пределах от 5 до 50 мм, с содержанием угля в пределах от 5 до 15% мас., а количество добавки выбирают в объеме от 5 до 50% мас. клинкера. Кроме того, в качестве минеральной добавки могут быть использованы соответствующие зернистые (кусковые) алюмосиликатные углесодержащие техногенные отходы.

Сущность заявляемого технического решения заключается в следующем. При подаче углесодержащей минеральной добавки, имеющей температуру окружающей среды и небольшую влажность, в падающий из печи поток раскаленного клинкера, температура которого достигает 1250-1300°С, щебень минеральной добавки при контакте со слоем клинкера подвергается интенсивному нагреву и испытывает «термоудар», что приводит к ее растрескиванию, термической активации и образованию «кипящего» слоя совместно с цементным клинкером. Раскаленный клинкер интенсивно отдает тепло дисперсным (5-50 мм) частицам добавки, хорошо охлаждаясь в «кипящем» слое, и требует подачи меньшего объема холодного воздуха для своего охлаждения. Это существенно улучшает и работу колосников, предохраняя их от перегрева раскаленным клинкером

В отличие от прототипа образующаяся согласно заявляемому способу мелкая угольная фракция (газовзвесь) потоком вторичного воздуха уносится в печь, составляя при этом объем не более 3-5% от массы сухой минеральной добавки, и полностью сгорает в зоне спекания, вступая в экзотермические реакции с клинкерным расплавом, образуя дополнительное количество клинкера без ухудшения его минералогии. Небольшая присадка газовзвеси в печь от содержания в добавке угля улучшает ее тепловой баланс и увеличивает ее производительность без дополнительных теплозатрат на обжиг. Попадающие в горячий конец печи небольшие объемы паров воды оказывают каталитическое положительное влияние на режим обжига. Раскаленный клинкер при контакте с кусковыми частицами добавки интенсивно охлаждается и за счет испарения влаги и теплопередачи в слое материалов холодильника улучшает тепловой режим эксплуатации холодильника, повышая надежность его работы.

Благодаря подаче минеральной добавки в падающий поток клинкера, имеющего максимальную на выходе из печи температуру, происходит наиболее полное сгорание угольной составляющей из добавки, что не только снижает удельный расход топлива на производство цемента, но и повышает его качество, так как минеральный состав углесодержащих пород после термообработки на холодильнике представлен кварцем, полевыми шпатами, слюдами и др. силикатными и алюмосиликатными минералами, положительно влияющими на активность цемента при совместном помоле с клинкером.

Частицы добавки в клинкерном холодильнике равномерно смешиваются с клинкером, образуют сухую шихту, готовую к помолу. Вследствие более интенсивного охлаждения клинкера и термической активности добавки полученная шихта обладает повышенной размолоспособностью, что увеличивает производительность помольных агрегатов. Таким образом, предлагаемый способ может быть отнесен и к энергосберегающим.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Полученный во вращающейся печи клинкер подают на охлаждающую решетку холодильника. При этом на падающий из печи поток раскаленного клинкера одновременно сверху или сбоку подают минеральную углесодержащую добавку - щебень попутных вскрышных пород добычи угля или соответствующие зернистые (кусковые) алюмосиликатные углесодержащие техногенные отходы, например топливные отходы московских ТЭЦ, фракции в пределах от 5 до 50 мм, с содержанием угольной составляющей в пределах от 5 до 15% мас. Причем берут добавку в количестве от 5 до 50% мас. клинкера. Минеральная углесодержащая добавка при контакте со слоем раскаленного клинкера интенсивно нагревается и растрескивается с образованием «кипящего» слоя совместно с цементным клинкером. При этом мелкие угольные частицы интенсивно нагреваются, выгорают и уносятся потоком вторичного воздуха в печь, где полностью догорают в зоне спекания, а пылеватая (зольная) часть добавки вступает в реакции с клинкерным расплавом, образуя дополнительное количество клинкера.

Раскаленный клинкер при перемещении по охлаждающей решетке в контакте с кусковыми частицами добавки, а также под воздействием струй холодного воздуха, подаваемого под давлением из-под охлаждающей решетки, интенсивно охлаждается, и на выходе из холодильника температура клинкера составляет 50-70°С.

По выходу из холодильника смесь добавки и клинкера подают на клинкерный склад и далее на помол для получения товарного продукта - цемента.

Примеры осуществления способа.

Пример 1. На падающий из вращающейся печи поток раскаленного клинкера подают минеральную углесодержащую добавку - щебень попутных вскрышных пород добычи угля, причем берут добавку фракцией 5-10 мм с содержанием угольной составляющей 15% мас. в количестве 30% мас. от содержания клинкера, а по выходу из холодильника смесь цементного клинкера и добавки подвергают помолу.

Пример 2. Технология получения цементного клинкера с минеральными добавками как в примере 1, при этом минеральную углесодержащую добавку берут фракцией 40-50 мм с содержанием угольной составляющей 10% мас. в количестве 5% мас. от содержания клинкера.

Пример 3. Технология получения цементного клинкера с минеральными добавками как в примере 1, при этом минеральную углесодержащую добавку берут фракцией 15-20 мм с содержанием угольной составляющей 5% мас. в количестве 50% мас. от содержания клинкера.

Пример 4. Технология получения цементного клинкера с минеральными добавками как в примере 1, при этом в качестве минеральной добавки берут зернистые (кусковые) алюмосиликатные углесодержащие техногенные отходы - топливные отходы московских ТЭЦ; добавку берут фракцией 20-30 мм с содержанием угольной составляющей 13% мас. в количестве 20% мас. от содержания клинкера.

За пределами приведенных параметров осуществления предлагаемого способа поставленная цель не достигается.

Технико-экономические показатели заявляемого способа и прототипа приведены в таблице.

Практическая реализация предлагаемого технического решения позволяет сделать заключение о том, что новый способ эффективно увеличивает массу клинкера, не нарушая при этом базового технологического процесса во вращающейся печи, за счет сведения до минимума пылевыноса из холодильника, термической активации вводимых углесодержащих добавок, предотвращения существенного снижения коэффициента насыщения клинкера известью и связанного с этим снижения качества активности цемента. При этом себестоимость цемента снижается в зависимости от объемов вводимой добавки и ее стоимости.

Таблица
№ п/пПоказательЕд. изм.Технико-экономические показатели
Примеры заявляемого способаПрототип
1234
1.Вид минеральной углесодержащей добавкиЩебень попутных вскрышных пород добычи угляТопливные отходы московских ТЭЦУгольная зола
2.Характеристика добавки:
- фракциямм5-505-505-5020-300,045
- содержание угольной составляющей%мас.151051310
- кол-во (от содержания клинкера)% мас.305502015
3.Технико-экономические показатели:
- пылевынос добавки, от подаваемого количества%435635
- снижение КН клинкера-0,020,010,030,040, 07
- тонина помола клинкера%0,71,50,90,91,2
- активность цемента: прочность на сжатие/изгиб через 28 суток тверденияМПа52,5/7,959,4/8,649,1/6,742,1/5,638,6/5, 1

По усредненным данным с учетом транспорта стоимость природных углесодержащих добавок составляет от 1/15 до 1/5 себестоимости цемента. Необходимые капиталовложения в систему подачи добавки в клинкерный холодильник сводятся к установке приемного бункера для складирования дробленой в щебень добавки, транспортера для непрерывной подачи добавки в загрузочный бункер над холодильником и устройства в виде шнека для подачи щебня в заданную точку в холодильнике - падающий поток клинкера из печи.

При подаче 10-20% мас. добавки от объема клинкера на клинкерный холодильник нужна небольшая корректировка теплового баланса работы вращающейся печи и холодильника, а при возрастании количества добавки от 20 до 50% мас. клинкера необходима более масштабная корректировка подаваемого в печь топлива, соотношений первичного и вторичного воздуха для оптимизации теплового режима работы агрегатов технологической линии.

Ориентировочное снижение себестоимости цемента, зависящее, в первую очередь, от стоимости добавки, составляет: при подаче 10% добавки от массы клинкера - около 8-10% от стоимости цемента, при подаче 20% - около 13-15% от стоимости цемента при сохранении его марки. При вводе до 50% добавки себестоимость цемента соответствующей марки может снизиться на 18-20%. При этом исключается необходимость введения других минеральных добавок, кроме гипса.

Способ производства цементного клинкера с минеральной добавкой, включающий обжиг сырьевой смеси во вращающейся печи, подачу минеральной добавки в холодильник к полученному раскаленному клинкеру, охлаждение, помол, отличающийся тем, что в качестве минеральной добавки используют щебень попутных вскрышных пород добычи угля или углесодержащие техногенные отходы фракции 5-50 мм с содержанием угля в пределах от 5 до 15 мас.%, подачу указанной добавки осуществляют в количестве от 5 до 50 мас.% от клинкера в его поток, падающий из печи.

www.findpatent.ru

Клинкер для получения белого цемента

 

Изобретение относится к составу клинкера для получения белого цемента, который может найти применение для изготовления растворов и бетонов, используемых для облицовки панелей и блоков, главным образом наружной архитектурной отделки зданий и сооружений различного назначения, в дорожном строительстве и при изготовлении цветных цементов. Клинкер для получения белого цемента содержит трехкальциевый силикат, двухкальциевый силикат, трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит, причем содержание первых трех минералов составляет в сумме не менее 95% от массы клинкера, в том числе трехкальциевого алюмината не менее 4 и не более 8% от массы клинкера при следующем соотношении минералов, мас.%: трехкальциевый силикат 48-70, двухкальциевый силикат 17-40, трехкальциевый алюминат 4-8, четырехкальциевый алюмоферрит, свободные оксиды кальция и магния - остальное. Технический результат: получение белого цемента высокой морозостойкости. 1 табл.

Настоящее изобретение относится к минералогическому составу клинкера для получения белого цемента, который может найти применение для изготовления растворов и бетонов, используемых для облицовки панелей и блоков, главный образом наружной архитектурной отделки зданий и сооружений различного назначения, в дорожном строительстве и при изготовлении цветных цементов.

Известен клинкер белого цемента, содержащий в мас.%: алит - 35-50, белит - 35-45, трехкальциевый алюминат - 14-17, четырехкальциевый алюмоферрит - 0,9-1,4, примеси - остальное /см., например, книгу А.В.Волженского и др. Минеральные вяжущие вещества, М. Стройиздат, 1986 г., стр. 346-347/.

Наиболее близким аналогом является клинкер для получения белого цемента, содержащий трехкальциевый силикат, двухкальциевый силикат, трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит, причем содержание трехкальциевого алюмината составляет 3-6% по массе клинкера, содержание четырехкальциевого алюмоферрита 1-2% по массе клинкера, /см., например, авторское свидетельство N 755764, кл. C 04 B 7/02, 15.08.80/.

Недостатком известных составов клинкера является то, что белые цементы обладают низкой морозостойкостью, что ограничивает их применение для наружной отделки зданий и сооружений, в дорожном строительстве и для других целей.

Настоящее изобретение решает задачу получения белого цемента высокой морозостойкости, что крайне важно в климатических условиях России.

Поставленная задача решается за счет того, что клинкер для получения белого цемента содержит трехкальциевый силикат, двухкальциевый силикат, трехкальциевый алюминат, четырехкальциевый алюмоферрит, а также свободные оксиды кальция и магния, причем содержание первых трех минералов составляет в сумме не менее 95% от массы клинкера, в том числе содержание трехкальциевого алюмината составляет не менее 4 и не более 8% по массе клинкера при следующем соотношении минералов, мас.%: Трехкальциевый силикат - 48-70 Двухкальциевый силикат - 17-40 Трехкальциевый алюминат - 4-8 Четырехкальциевый алюмоферрит, свободные оксиды кальция и магния - Остальное Примеры составов клинкеров для получения белого цемента и свойства цементов на их основе приведены в таблице.

Используя клинкер, соответствующий изобретению, можно получить белый цемент, обладающий белизной 80% и морозостойкостью свыше 300 циклов.

Клинкер для получения белого цемента, содержащий трехкальциевый силикат, двухкальциевый силикат, трехкальциевый алюминат, четырехкальциевый алюмоферрит, а также свободные оксиды кальция и магния, отличающийся тем, что содержание первых трех минералов в сумме составляет не менее 95%, в том числе трехкальциевого алюмината не менее 4 и не более 8% по массе клинкера при следующем соотношении минералов, мас.%: Трехкальциевый силикат - 48 - 70 Двухкальциевый силикат - 17 - 40 Трехкальциевый алюминат - 4 - 8Четырехкальциевый алюмоферрит, свободные оксиды кальция и магния - Остальное

Рисунок 1

www.findpatent.ru

Способ производства цементного клинкера

 

Изобретение может быть использовано в производстве строительных материалов, в частности цементного клинкера и аглопоритового гравия. Сущность изобретения: способ производства цементного клинкера включает помол сырьевых компонентов, приготовление двух шихт, одна из которых клинкерная топливосодержащая, гранулирование, послойную подачу на конвейерную решетку сначала гранул клинкерной топливосодержащей шихты, затем гранул аглопоритовой шихты размером 10 - 15 мм с содержанием твердого топлива 4 - 6%, при этом высота слоя аглопоритовой шихты 50 - 150 мм при общей высоте двух слоев 350 - 400 мм, с последующим обжигом. Укладка гранул аглопоритовой шихты в верхний низкотемпературный слой, а гранул клинкерной шихты - в нижний высокотемпературный слой обеспечивает в слое клинкерной шихты температуру, необходимую для клинкерообразования, что исключает необходимость возврата клинкера на повторный обжиг, чем обеспечивается увеличение удельного съема готовой продукции в 2 - 2,5 раза и производительность процесса. Теплозатраты уменьшаются при этом на 5 - 10%. 3 табл.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для получения цементного клинкера и аглопоритового гравия.

Известна технология получения цементного клинкера, включающая измельчение сырьевых компонентов и шихтового топлива, их дозирование, смешение, увлажнение, грануляцию и последующий обжиг на конвейерной решетке.

Недостатками известного способа являются большой удельный расход тепла на производство клинкера, который составляет 1700 ккал/кг клинкера, а также низка удельная производительность конвейерной решетки.

Большой расход тепла связан с неравномерным распределением тепла по горизонтам шихты. Низкая удельная производительность данного способа обусловлена необходимостью возврата недообожженного клинкера верхнего горизонта шихты, который составляет 40% от готового продукта. Недожог верхних горизонтов клинкерной шихты обусловлен, главным образом, недостаточно высокой температурой на этих верхних участках слоя шихты. В нижних горизонтах шихты теплопотери связаны с неполным сгоранием шихтового топлива. Нижние горизонты шихты обжигаются при избытке тепла. Под действием высокой температуры происходит чрезмерное расплавление шихты. Расплав стекает на нижележащие участки шихты и, обволакивая гранулы, затрудняет горение в них шихтового топлива.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ получения цементного клинкера.

По известному способу к шламу, полученному путем помола сырьевых компонентов, увлажнения их, добавляют 125-135% возврата, который позволяет получить влажность гранул 12-14%. На конвейерной решетке над подстилом располагают слой гранул, не содержащих твердого топлива, а затем - слой гранул с топливом.

Газы, отходящие из верхнего слоя, используют для подготовки материала в нижнем слое. Материал из нижнего слоя попадает в возврат, который подвергают вторичному обжигу, при этом располагают его в верхнем слое.

Недостатками известного способа являются большой удельный расход тепла (1630 ккал/кг кл) и низкая удельная производительность (330 кг/м2) обусловленные значительным количеством возврата: помимо верхних горизонтов шихты, весь нижний слой гранул клинкерной шихты, не содержащий топлива, возвращают на повторный обжиг, т.е. готовый продукт получают только из средних горизонтов шихты.

Целью изобретения является снижение теплозатрат и увеличение производительности.

Это достигается тем, что в заявляемом способ производства цементного клинкера, включающем помол сырьевых компонентов, приготовление двух шихт, одна из которых клинкерная топливосодержащая, гранулирование, послойную подачу гранул на конвейерную решетку с последующим обжигом, в качестве другой шихты используют аглопоритовую с содержанием 4-6% твердого топлива, причем аглопоритовую шихту укладывают слоем 50-150 мм на слой клинкерной шихты при общей высоте двух слоев 350-400 мм, а гранулы из аглопоритовой шихты формуют размером 10-15 мм.

Таким образом, в предлагаемом изобретении по мере обжига аглопоритовой шихты происходит сушка, подогрев и обжиг клинкерной шихты.

Подача на конвейерную решетку сначала слоя гранул клинкерной топливосодержащей шихты, а сверху, где более низкая температура обжига, - слоя гранул аглопоритовой шихты, обеспечивает оптимальные условия обжига каждой шихты и позволяет получить выход готовых продуктов, близкий к 100%, исключая их возврат на повторный обжиг, что уменьшает удельный расход топлива и увеличивает удельную производительность. Выбор гранул аглопоритовой шихты размером 10-15 мм позволяет растянуть по высоте зону обжига, т.е. обжиг будет происходить в значительном объеме одновременно, а это ускорит процесс.

Сокращение теплозатрат и повышение производительности в заявляемом способе обусловлены также высокой степенью утилизации тепла и интенсивностью клинкерообразования.

Обеспечение температуры, необходимой для клинкерообразования (1700оС), осуществляется в предлагаемом способе за счет утилизации тепла из зоны горения топлива в аглопоритовой шихте и от охлаждения продуктов обжига аглопоритовой шихты, причем доля утилизованного тепла возрастает с увеличением высоты слоев шихт. Кроме того, происходит интенсификация процесса клинкерообразования за счет образования внутри слоя шихты зоны повышенных температур, ускоренно перемещающейся в направлении просасывания воздуха.

Содержание в аглопоритовой шихте твердого топлива менее 4% не обеспечивает степень утилизации тепла и теплопередачу из аглопоритовой шихты в клинкерную, необходимую для достижения температуры клинкерообразования.

Увеличение содержания твердого топлива в аглопоритовой шихте больше 6% ведет к неоправданному повышению теплозатрат, а также спеканию гранул аглопоритовой шихты, т.е. получению аглопорита вместо аглопоритового гравия.

При высоте слоя аглопоритовых гранул менее 50 мм не обеспечивается степень утилизации тепла и теплопередачи из аглопоритовой шихты в клинкерную для достижения температуры клинкерообразования в верхней горизонте нижнего слоя клинкерной шихты. Кроме того, верхний слой из аглопоритовых гранул является защитным экраном от термоудара клинкерных гранул, что обеспечивает щадящий режим их нагрева, предотвращая их разрушение.

При высоте слоя гранул аглопоритовой шихты больше 150 мм доля клинкерной шихты на конвейерной решетке уменьшается и тем самым снижается производительность процесса обжига клинкера.

Размер гранул аглопоритовой шихты менее 10 мм снижает газопроницаемость шихты и тем самым уменьшается производительность.

При размере гранул аглопоритовой шихты более 15 мм снижается интенсивность теплообмена и возрастают теплопотери.

П р и м е р 1. Готовят сырьевую смесь для получения клинкерной шихты путем совместного помола сырьевых компонентов, %: известняк 63, хвосты мокрой магнитной сепарации. Качканарского горнообогатительного комбината 27, кокс 9. Формуют из сырьевой смеси гранулы размером 7 мм на тарельчатом грануляторе.

Готовят сырьевую смесь для получения аглопоритовой шихты путем совместного помола сырьевых компонентов,% зола 87 Рефтинской ГРЭС, глина 8, уголь 5. Формуют из данной смеси гранулы размером от 10 до 15 мм на тарельчатом грануляторе. На колосники укладывают гранулы обожженного клинкера ("донная постель"), предохраняющие колосниковую решетку от действия высокой температуры. Послойно подают гранулы клинкерной шихты в нижний слой, гранулы аглопоритовой шихты - в верхний слой. Обжиг гранул осуществляют на полупромышленной установке.

Для зажигания используют топочные газы зажигательного горна, температура 1300оС, продолжительность 6 мин.

Продукты обжига: клинкер и аглопоритовый гравий, полученные в разных слоях, разделяют с помощью металлического листа, установленного горизонтально на границе раздела.

В остальных примерах технология приготовления сырьевых смесей и обжига гранулированных шихт аналогична описанной (см. табл. 1, 2, 3 примеры 1-13), кроме примера 14 табл. 3, в котором сырьевую смесь готовят и обжигают по прототипу: готовят шихту 1 путем совместного помола сырьевых компонентов,%: известняк 63, хвосты мокрой магнитной сепарации Качканарского ГОКа) 27, кокс 15; готовят шихту 2 также, но без включения твердого топлива. Формуют из каждой смеси в отдельности гранулы размером от 5 до 10 мм на тарельчатом грануляторе. На колосники укладывают "донную постель", на которую укладывают гранулы клинкерной шихты 2 без содержания топлива высотой 100 м, наполовину разбавленные недожогом, сверху укладывают гранулы клинкерной топливосодержащей смеси высотой 250 мм.

Использование изобретения обеспечивает получение следующих технико-экономических преимуществ: увеличение удельной производительности в 2-2,5 раза; снижение удельного расхода тепла на обжиг на 5-10%; получение двух готовых продуктов обжига высокого качества: аглопоритового гравия с объемной насыпной массой 630 кг/м3, прочностью на сжатие 3,0 МПа; цементного клинкера с пределом прочности 42,1-45,6 МПа.

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА в колосниковой печи, включающий последовательную подачу на конвейерную решетку обожженного клинкерного материала для образования подстилающего слоя, гранулированной топливосодержащей клинкерной шихты для образования среднего слоя и сырьевой шихты для образования верхнего слоя, при этом высота шихты среднего и верхнего слоя составляет 350 - 400 мм, и обжиг, отличающийся тем, что в качестве сырьевой шихты для образования верхнего слоя используют аглопоритовую шихту с размером гранул 10 - 15 мм, при этом размер высоты слоя аглопоритовой шихты равен 50 - 150 мм, а после обжига полученные в разных слоях цементный клинкер и алгопоритовый гравий разделяют.

Рисунок 1

www.findpatent.ru


Смотрите также