К вопросу клинкерного пыления во вращающихся печах ОАО "Бекабадцемент"

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

На многих заводах при неналаженной технологии производства цемента наблюдается значительное содержание мелкой фракции в клинкере, так называемое клинкерное пыление. Считают [l-7], что клинкерное пыление возникает в результате сложных физико-химических процессов и зависит от состава сырья и режима обжига. В настоящее время установлен ряд причин, приводящих к клинкерному пылению, из которых для каждого завода отдельные причины являются главенствующими. Например, Чимкентский цементный завод полностью избавился от клинкерного пыления, прекратив возвращение пыли электрофильтров в печь. Однако этот же способ не оправдался на Усть-Каменогорском заводе, где клинкерное пыление было предотвращено рациональным сжиганием топлива.

Исследования, проведенные нами на более чем 30 печах различных типоразмеров (135, 150, 170, 175, 185 м) с колосниковыми к рекуператорными холодильниками[6-15], позволяют обобщить многочисленные факты, указать основные причины клинкерного пыления и способы его устранения. В данной работе рассматриваются методический подход к выяснению причин клинкерного пыления, результаты промышленных испытаний вращающихся печей и технологические приемы, обеспечивающие рациональную гранулометрию клинкера.

При исследовании процесса клинкерного пыления в производственных условиях необходимо изучить следующее.

I. Состав исходного сырья и клинкера по содержанию основных окислов (особенно Al2O3 примесей (серного ангидрида и щелочей), значениям КН, п, р. Грансостав готового клинкера по содержанию пыли - частиц диаметром менее 1,25 мм, объемную массу, пористость. Химический и минералогический состав отдельных фракций и слоев гранул. Количество и химический состав возвращаемой пыли электрофильтров.

Состояние материала по длине печей с определением фракционного состава, толщины слоя в различных зонах, скорость движения материала, определенную с применением радиоактивных изотопов, степень физико-химических превращений отдельных фракций и материала в целом по содержанию свободной извести, карбонатной CO2, П.П.П., минералогическому составу и термохимическим процессам.

Процесс горения топлива и состояние факела по составу от ходящих газов, параметрам подготовки топлива, количеству, скорости вылета и температуре первичного воздуха, температуре и количеству вторичного воздуха, конструкции горелок и их положению в печи, температуре корпуса печи и длине факела, разрежению в головке и состоянию уплотнения горячего конца печи.

Режим работы холодильника с выяснением теплового к.п.д. холодильника, температуры и количества поступающего в печь воздуха, распределения клинкера по ширине решетки, размеров приемной шахты, температуры поступающего и выходящего клинкера, количества и температуры подаваемого и сбрасываемого в атмосферу воздуха, напоре под решетками.

Исследованиями [6-8] было установлено, что в составе сырья основное влияние на клинкерное пыление оказывает содержание Al2O3 , SO3 и R2O. С повышением содержания Al2O3 в сырье выше 5,5% значительно улучшается гранулируемость клинкера, возвращение же в печь богатой щелочными сульфатами пыли или применение высокосернистого мазута способствует клинкерному пилению. Указанное влияние Al2O3 было подтверждено работами [1-5] и в настоящее время не вызывает сомнений. Вопрос же о влиянии щелочей остается спорным. По мнению [3] щелочные окислы, напротив, улучшают гранулируемость клинкера. Также было замечено, что на 185-метровых печах Старооскольского и Топкинского заводов клинкерное пыление усиливается с повышением КН более 0,95[7]. При клинкерном пылении, как и при хорошей грануляции, модульные характеристики клинкера изменяются в широких пределах, но во вcex случаях пылевидный клинкер отличается пониженным содержанием минералов-плавней, кроме того, если для большинства заводов существенное влияние на процессы гранулообразования оказывало содержание оксида алюминия в сырье, то для СОЦЗ недостаток Al2O3 можно компенсировать увеличением содержания оксида железа.

На печах 4.0 / 3.6 х 150 м и 4.0 х 139 м ОАО ”Бекабадцемент” эпизодически наблюдается клинкерное пыление, которое затрудняет работу машиниста печи, ухудшает качество клинкера и усложняет помол цемента.

Нами совместно со службой отдела главного технолога и лабораторией завода собрано большой материал о влияний химического состава шлама на клинкерное пыление.

Всего было рассмотрено более 740 промежутков времени по 1--3 смены, когда печи работали на шламе того или иного состава. В табл. 1 приведены данные, из которых следует, что повышение значения глиноземного модуля положительно влияет на процесс гранулообразования в печах 4,0/3,6X150 м.

Для устранения этих явлений нами было рекомендовано заводу увеличить значение глиноземного модуля до 1,4--1,6, при этом случаи явления клинкерного пыления значительно сократилось.

Уменьшение клинкерного пыления во вращающейся печи размером 4.0/3.6х150 м при обжиге в них шлама с повышенным значением глиноземного модуля мы объясняем тем, что из-за повышенной температуры в зоне спекания этих печей вязкость жидкой фазы в обжигаемом материале при низком значении глиноземного модуля становится чрезмерно низкой, что приводит к более интенсивному растворению А12Оз в жидкой фазе и создает условия для образования алюмоферритов, богатых А12О3, приближающихся по составу к C6A2F и кристаллизующихся при температуре около 1500°С. В связи с кристаллизацией этих алюмоферритов количество жидкой фазы уменьшается, поверхностное натяжение расплава уменьшается, и следовательно, уменьшается его «склеивающая» способность [5]. Все это ухудшает грануляцию клинкера и образование обмазки.

Таблица 1. Влияние глиноземного модуля на возникновение клинкерного пыления в печах 4,0/3,6X135 М ОАО «Бекабадцемент»

При увеличении значения глиноземного модуля вязкость жидкой фазы становится оптимальной с точки зрения ее «склеивающей» способности.

Возникновение клинкерного пыления во вращающейся печи № 6 размером 4.0/3.6х150 м и в печах № 4 и 5 с размером 4.0 х 139 м и рекуператорным холодильником, является противоположным случаем одного и того же явления; в первом случае клинкерные гранулы не образуется вследствие недостатка жидкой фазы из-за кристаллизации алюмоферритов с высоким содержанием А12О3, втором -- вследствие ее чрезмерно высокой вязкости недостаточного количества.

Однако для того чтобы полностью ликвидировать клинкерное пыление во вращающихся печах ОАО Бекабадцемент, одного изменения химического состава шлама недостаточно. Для полной ликвидации клинкерного пыления в печах необходимо стабилизировать тепловой режим зоны спекания, что достигается путем организации рационального режима сжигания топлива, стабилизации оптимальной температуры воздуха, поступающего в печь из холодильника, а также разрежения в головке печи. Стабилизация минимального разрежения в головке печи позволяет сохранить скорость воздуха на входе в печь постоянной и препятствует подсосу холодного воздуха.

Не менее важно выбрать длину факела, который должен быть несколько вялым и относительно длинным при условии полного сжигания топлива, что позволяет несколько снизить теплонапряжение в зоне спекания и улучшить подготовку материала в более холодных зонах [13-15].

В печах с рекуператорными холодильниками скорость и температура вторичного воздуха меняются незначительно, так как воздух проходит через рекуператоры, сопротивление которых практически неиз-менно и количество тепла, отбираемого от клинкера в рекуператорных холодильниках и в зоне охлаждения, меняется в небольших пределах.

Иначе обстоит дело в тех случаях, когда печи работают с колосниковыми холодильниками. Холодильник практически является выносной зоной охлаждения, так как в него попадает клинкер с температурой 1280-- l350°C.

В зависимости от толщины слоя на решетке холодильника, - состава клинкера и количества продуваемого через решетку воздуха температура воздуха, поступающего в печь на большинстве заводов, может меняться в очень широком интервале - от 400 до 1000 °С, причем такие резкие колебания температуры воздуха наблюдаются в течение смены несколько раз, что, естественно, нарушает тепловой режим печи.

Для исследования влияния условий обжига на структуру и качество клинкера вращающихся печей ОАО ”Бекабадцемент” пробы клинкера отбирали с обреза печи и после колосникового холодильника. Петрографические исследования проводили согласно методике изложенной в работе [11]

Исследование микроструктуры проб клинкера печей ОАО ”Бекабадцемент” показало, что клинкер печи № 6 размером 4.0/3.6х150 м значительно отличается по структуре от клинкера печей № 4 и 5 размером 4.0 х 139 м., работающих на том же шламе.

На рис. 1, представлена наиболее характерная структуpа клинкера печи № 5 и 6. Основными отличиями структуры клинкера печи № 6 от структуры клинкера более коротких печей № 4 и 5 является неотчетливая кристаллизация клинкерных минералов, частично разрушенные края разрезов кристаллов алита при исследо-вании в отраженном свете, сильно зазубренный, бесформенный, изъеденный расплавом белит, а также наличие темного промежуточного вещества (табл. 2). Все печи имеют одинаковый диаметр в горячей части и практически одинаковую производительность.

Обычно темное промежуточное вещество принято связывать с наличием в клинкере щелочных соединений [1]. Следовательно, наличие темного промежуточного вещества в клинкерах нельзя объяснить присутствием щелочных соединений, а следует связать со специфическими условиями обжига в этих печах, характеризующихся повышенной температурой обжига и излишне длительным пребыванием клинкера в зоне спекания.

Рис. 1. Микроструктура клинкеров 1- печи № 5 и 2- печи № 5

Следует упомянуть, что в клинкерах печи № 6 временами содержится, повышенное количество FeO и встречаются корольки металлического железа.

Таблица 2. Структура клинкера печей 4,0/3,6X150 м и 4,0X139 м.

В работе [3] показано, что одной из основных причин появления FeO в клинкере является термическая диссоциация железосодержащих клинкерных минералов, возникающая в результате повышенной температуры обжигаемого материала в зоне спекания.

Промежуточное вещество в клинкере вращающихся печей в результате термической диссоциации обедняется железом, вследствие чего имеет меньшую отражательную способность - становится темным. Однако и при отсутствии восстано-вительных форм железа (FeO, корольков Fe), а также при незначительном содержании щелочей в клинкерах печи № 6 встречается много темного промежуточного вещества, которое, вызвано образованием алюмоферритов, более богатых А12О3, чем, которые имеют меньшую отражательную способность, что хорошо согласуется с выводами работы [3],

Повышенной температурой обжига материала в зоне спекания вращающейся печи № 6 мы объясняем и другие отличительные особенности структуры клинкера этих печей.

Действительно, при уменьшении расхода топлива в печи на 10--15 % в течение первых 30--40 мин получается клинкер, по структуре приближающийся к клинкеру печи с хорошей грануляцией, улучшаются структура и форма алита, белит, становится округлым, темное промежуточное вещество исчезает. Однако из-за недостаточной подготовки материала в дальних зонах снизить расход топлива нельзя, так как после выхода клинкера хорошей структуры при уменьшенном расходе топлива вслед за этим неминуемо выходит брак.

Для подтверждения сделанного нами вывода о неблагоприятном влиянии пережога клинкера в зонах спекания мощных вращающихся печей на его свойства была проведена серия лабораторных исследований по влиянию температуры обжига и времени выдержки при максимальной температуре на микроструктуру клинкера и прочность полученного из него цемента. клинкерный обжиг термический диссоциация

Исследование микроструктуры клинкерных спёков, полученных обжигом в лабораторной вращающейся печи при температуре 1550 °С и выдержке при этой температуре в течение 10, 20, 30 мин, показало, что структура этих спеков аналогична структуре клинкера печи № 6 4,0/3,6х150 м (рис. 2). Принцип работы лабораторной вращающейся печи описано в работе[9].

Структура спеков, полученных обжигом при температуре 1450 и 1500 °С, аналогична структуре клинкеров, получаемых в печи № 4 и 5 размером 4,0х139 м.

Рис. 2. Микроструктура клинкеров 1 и 2, соответственно полученных лабораторным обжигом проб при температуре 1450 °С и 1550 °С

Таким образом, и лабораторные исследования показали, что структура клинкерного спека, аналогичная структуре клинкера печей № 4, 5 и 6, является следствием обжига при температуре не ниже, чем 1550 °С.

Поскольку в печах № 4, 5 и 6 температура материала в зоне спекания чрезмерно высокая, что приводит к разрушению уже образовавшихся клинкерных минералов (белита и алита), мы предположили, что некоторое понижение реакционной способности материала в этих условиях обжига должно благотворно сказаться на процессах клинкерообразования, создания в печах устойчивой обмазки, а следовательно, на повышении стойкости футеровки [8].

Действительно, наблюдения за работой вращающихся печей ОАО ”Бекабадцемент” с колосниковыми холодильниками и проведенные нами исследования показали, что состав шлама, подаваемого на эти печи, на подавляющем большинстве случаев стабилен. В то же время известно, что образование обмазки, а также нормальный процесс грануляции клинкера зависят от количества и вязкости жидкой фазы, что в свою очередь зависит как от состава обжигаемого материала, так и от температуры обжига. Очевидно, что при повышенной температуре материала в зоне спекания вращающих печей количество жидкой фазы будет больше, а ее состав более богат А12О3 при одинаковом химическом составе обжигаемого материала. Поэтому для того, что бы обеспечить нормальные условия клинкерообразования и образования обмазки хорошего качества в вращающихся печах необходимо изменить химический состав сырьевой шихты таким образом, чтобы количество жидкой фазы и ее вязкость при повышенной температуре материала в зоне спекания были оптимальными с точки зрения протекания этих процессов. Этого можно достигнуть путем повышения глиноземного модуля, что было проверено нами в условиях проведения экспериментов.

При этом оптимальные значения глиноземного модуля составляют 1,2--1,6 в зависимости от величины силикатного модуля шихты.

При работе на сырьевой смеси такого состава качество обмазки улучшается, снижается клинкерное пыление, стойкость футеровки повышается в 3--4 раза по сравнению с предыдущим периодом, когда на эти печи подавался шлам со значением глиноземного модуля 0,9--1,1.

Однако увеличение глиноземного модуля путем уменьшения подачи железосодержащих добавок возможно лишь при условии, если в сырьевой смеси содержание А12О3 составляет не менее 3,4--3,5%, так как состав алюмоферритов кальция в клинкерах мощных печей смещается в сторону образования C6A2F [7]. Если же содержание А12О3 составляет в шихте всего 2,8--3,2%, повышение глиноземного модуля следует осуществлять путем ввода алюмосодержащих добавок.

Помимо изменения химического состава шихты весьма эффективным способом снижения ее реакционной способности является снижение тонкости помола шлама [7].

Проведенные лабораторные исследования по выявлению влияния более грубого помола шлама на структуру клинкера при длительной выдержки дало довольно обнадёживающий результат, что требует проведения детальных производственных исследований.

Таким образом, на основе приведенных нами исследований выявлено:

- зависимость пыления клинкера от режима обжига, температуры обжига, длительности пребывания материала в высокотемпературной зоне и состава сырьевой смеси. Повышение температура материала в зоне спекания вращающихся печей на 50--100° и выше, отрицательно влияет на структуру клинкера, ухудшая кристаллизацию клинкерных минералов, и существенно изменяет фазовый состав промежуточной составляющей;

- для правильного использования условий обжига вращающихся печей, а также с целью повышения стойкости футеровки, гранулируемости и качества клинкера необходимо улучшить работу подготовительных зон печи, особенно подогрева.

- подготовительные зоны вращающихся печей следует снабдить более мощными; теплообменными устройствами.

- гранулируемость клинкера улучшается организацией режима рационального сжигания топлива и выбора оптимальной формы факела, позволяющей снизить теплонапряжение в зоне спекания и улучшить подготовку материала в более холодных зонах.

- изменить состав сырьевой смеси в сторону повышения глиноземного модуля, и содержания в сырьевой смеси А12О3 до 3,5--3,7%.

Литература

Лугинина И.Г., Захаров В.П., Классен В.К. О причинах появления клинкерной пыли. - Цемент, 1964, № 3.

Карбышев М.Г., Классен В.К., Лугинина И.Г. Влияние некоторых технологических факторов на образование клинкерной пыли. - В кн.: Технология и свойства специальных цементов. М., 1967.

Кравченко И.В., Коленова К.Г., Альбац Б.С., Малышев А. П. Причины образования закиси железа в клинкере мощных вращающихся печей с колосниковыми холодильниками. Научные сообщения НИИЦемента, вып. 23, 1968.

Классен В.К., Лугинина И.Г., Лугинин А.Н., Матвеев А.Ф. Причины образования и пути устранения пылевидного клинкера. - Цемент, 1972, № 7.

Тимашев В.В., Альбац Б.С. Количественное описание процесса жидкофазного спекания портландцементного клинкера. - Научн. тр./НИИцемент, 1975, вып. 29.

Классен В.К., Матвеев А.Ф., Классен А.Н., Коровековская Т.Б., Бабаев Н.Х. и др. Причины клинкерного пыления во вращавшихся печах длиной 185 м и способы его устранения. - Научн. техн. реф. сб. "Цементная и асбестоцементная промышленность", 1978, № 11.

Классен В.К., Беляева В.И., Матвеев А.Ф., Классен А.Н. , Бабаев Н.Х. К вопросу клинкерного пыления во вращающихся печах.- В кн.: Способы повышения эффективности работы цементных вращающихся печей. М.: 1981. С. 117-132.

Бабаев Н.Х. Зависимость процессов клинкерообразования от химического и вещест-венного состава сырьевых смесей. Узб ХЖ, 2004, № 6, - с.50-55.

Бабаев Н.Х. Моделирование теплотех-нологических процессов, протекающих в высоко-температурной части цементных вращающихся печей. //ВЕСТНИК БГТУ, научно теоретический журнал, 2003. № 5. - с.17 - 22.

Бабаев Н.Х. Новый подход к оценки работы вращающейся печи.// Цемент и его применение, 2004, № 1, с. 66-69.

Бабаев Н.Х. Петрографический анализ и оптимизация режима обжига цементного клинкера. // Узб ХЖ, 2004, № 3, с. 56-60 .

Бабаев Н.Х. Оптимизация обжига цементного клинкера во вращающихся печах и экономия энергоресурсов // журнал Кимё ва Кимё технологиялари, 2004, № 3-4, с. 84-90.

Бабаев Н.Х. Оценка основных показателей работы вращающихся печей.// Цемент и его применение, 2005, № 3, с. 59-65

Бабаев Н.Х. Новый подход к вопросу моделирования, процессов горения топлива во вращающейся цементообжигательной печи // журнал Кимё ва Кимё технологиялари, 2005, № 1, с. 66-70.

Бабаев Н.Х. К вопросу оптимизации теплотехнологических параметров процесса обжига цементного клинкера во вращающихся печей// [СПб.], Дух времени, 2008, № 3.

Размещено на Allbest.ru