Технология производства цемента сухим способом

Наиболее распространен способ расчета сырьевой смеси по значениям  коэффициента насыщения и силикатного  и глиноземного модулей. Число сырьевых компонентов должно быть на единицу  больше числа заданных характеристик. При расчете сумму всех компонентов, полученную при химических анализах в каждом сырьевом материале, приводят к 100%, что дает возможность контролировать правильность вычислений.

Химический состав портландцементного клинкера характеризуется следующими пределами содержания главных оксидов (%): СаО – 62-67;   SiO₂ – 20-24; Al₂O₃ – 4-7; Fe₂O₃ – 2-5; MgO, SO₃ и другие – 1,5-4.

Минералогический состав клинкера характеризуется следующим содержанием  клинкерных минералов (%): С₃S – 42-65, C₂S – 15-50; C₃A – 2-15; C₄AF – 10-25.

Отношения между главными оксидами выражаются модулями и коэффициентами насыщения.

Гидравлический или основной модуль m, представляющий отношение основного оксида СаО к сумме кислотных оксидов.

       (4.3.1)

Этот модуль не представляет соотношение  кислотных оксидов между собой. Поэтому существуют еще два модуля: силикатный и глиноземный.

Силикатный или кремнеземный модуль n определяет собой отношение содержания вошедшей в реакцию кремнекислоты к суммарному содержанию глинозема и оксида железа.

       (4.3.2)

Глиноземный или алюминатный модуль p показывает отношение содержания глинозема к содержанию оксида железа.

         (4.3.3)

Коэффициент насыщения КН представляет собой отношение количества оксида кальция, остающегося после полного насыщения глинозема, оксида железа и серного ангидрида соответственно до С₃А, С₄АF и CaSO₄ к тому количеству оксида кальция, которое необходимо для полного насыщения кремнезема до C₃S. Учитывая, что часть СаО и SiO₂ обычно при обжиге остается в небольшом количестве свободной, значение коэффициента насыщения выразится формулой:

  (4.3.4)

Значения описанных показателей  для обычного портландцемента колеблются в следующих пределах: коэффициент  насыщения – 0,82-0,95; силикатный модуль – 1,7-3,5; глиноземный модуль – 1-3; гидравлический модуль – 1,9-2,4.

Введение коэффициента насыщения  устраняет необходимость пользования  гидравлическим модулем. Таким образом, состав клинкера может быть полностью  охарактеризован коэффициентом  насыщения и модулями – силикатным и глиноземным. /5,11,12/

Величина коэффициента насыщения  определяет отношение между содержащимися  в портландцементном клинкере трех- и двухкальциевым силикатами. Зависимость между величиной КН и содержанием C₃S  и C₂S выражается следующей формулой:

       (4.3.4)

Величина силикатного модуля определяет относительное содержание минералов-силикатов  и минералов-плавней и может  быть выражен следующей формулой:

      (4.3.5)

Величина глиноземного модуля определяет отношение между алюминатом и  алюмоферритом кальция и выражается уравнением:

        (4.3.6)

 

Расчет состава сырьевой смеси.

Состав исходного сырья, мас.%

 

Известняк:  

SiO₂ = 3,27

Al₂O₃ = 0,95

Fe₂O₃ = 0,5

CaO = 51,88

MgO = 1,07

SO₃ = 0,22

П.п.п. = 41,52

W = 5

 

Глинистый сланец:

SiO₂ = 68,2

Al₂O₃ = 12,34

Fe₂O₃ = 5,3

CaO = 2,86

MgO = 1,42

SO₃ = 0,12

П.п.п. = 7,48

W = 18,8

 

Железная руда:

SiO₂ = 12,64

Al₂O₃ = 3,14

Fe₂O₃ = 70,24

SO₃ = 7,28

 

Р = 1,01

КН = 0,93

 

Известняк с учетом влажности:  Глинистый сланец с учетом влажности:

SiO₂ =3,11      SiO₂ =55,38

Al₂O₃ = 0,9      Al₂O₃ = 10,02

Fe₂O₃ = 0,48     Fe₂O₃ = 4,3

CaO = 49,29     CaO = 2,32

MgO = 1,02      MgO = 1,15

SO₃ =  0,21      SO₃ =  0,1

П.п.п. = 39,44     П.п.п. = 6,07

 

Указанные химические составы компонентов  приводим к 100%. Для этого определяем коэффициент пересчета:

 

К_изв. =   К_{глин. сл.} =   К_{жел.руда} =

 

Умножая на эти коэффициенты соответствующие  составы, получим химический состав сырьевых материалов:

 

Известняк:

SiO₂ =3,29

Al₂O₃ = 0,95

Fe₂O₃ = 0,51

CaO = 52,20

MgO = 1,08

SO₃ = 0,22

П.п.п. = 41,77

 

Глинистый сланец:

SiO₂ =69,78

Al₂O₃ = 12,63

Fe₂O₃ = 5,42

CaO = 2,92

MgO = 1,45

SO₃ = 0,13

П.п.п. = 7,65

 

Железная руда:

SiO₂ = 13,55

Al₂O₃ = 3,37

Fe₂O₃ = 75,30

SO₃ = 7,8

Вводим сокращения:

 

Таблица 4.3.1: Сокращения

Оксид	В сырьевой смеси	В компоненте
		1-ом	2-ом	3-ом
СаО	С0	С1	С2	С3
SiO2	S0	S1	S2	S3
Al2O3	A0	A1	A2	A3
Fe2О3	F0	F1	F2	F3

 

Принимаем, что в сырьевой смеси  на 1 вес.ч. третьего компонента (железная руда) приходится Х вес.ч. первого компонента (известняк) и У вес.ч. второго (глинистый сланец), можно написать следующие равенства:

 

C₀ =  А₀ =   

(4.3.7)

S₀ =   F₀ =   

 

Подставляя указанные значения в формулу коэффициента насыщения (КН) и глиноземного модуля (р):

 

КН =         (4.3.8)

 

Р =           (4.3.9)

 

Получим систему двух линейных уравнений  с двумя неизвестными:

Для удобства расчетов примем следующие сокращения обозначений:

а₁=

а₁=

а₂=

а₂=

в₁=

в₁=

в₂=

в₂=

с₁=

с₁=

с₂=

с₂=

Подставляя эти сокращения обозначения в линейные уравнения, получим:

а₁х+в₁у = с₁;         (4.3.10)

а₂х+в₂у = с₂          (4.3.11)

Решая эту систему двух уравнений  с двумя неизвестными, получим  следующие значение Х и У

Х =          (4.3.12)

 

Х =

 

У =          (4.3.13)

 

У =

 

39,13ч.+7,8ч.+1ч.=47,93ч.

 

47,93ч.----100%

39,13----Х%

 

Х_изв.=81,64

Х_гл. =16,27

Х_жел.р.=2,09

Подсчет химического состава сырьевой смеси  и клинкера

 

Таблица 4.3.2: Химический состав сырьевой смеси и клинкера

Компоненты	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	П.п.п.	Сумма
Известняк	2,69	0,77	0,41	42,61	0,88	0,18	34,1	81,64
Глин. сланец	11,34	2,06	0,88	0,48	0,24	0,02	1,24	16,27
Железная руда	0,28	0,07	1,58	-	-	0,16	-	2,09
Состав сырьевой смеси, %	14,32	2,9	2,87	43,09	1,12	0,36	35,34	100
Состав клинкера, %	22,15	4,48	4,44	66,64	1,73	0,56	-	100

 

Следовательно, в сырьевой смеси  на 1 весовую часть железной руды приходится 39,13 весовых частей известняка и 7,8 весовых частей глинистого сланца или состав сырьевой смеси составит: известняка – 81,64%; глинистого сланца – 16,27%; железной руды – 2,09%.

Вычисляем химический состав сырьевой смеси и  клинкера:

 

К=

 

КН=

 

Р=

 

Полученные значения коэффициента насыщения и глиноземного модуля показывают, что расчет сырьевой смеси  произведен правильно.

Составим материальный баланс производства цемента (на 1т клинкера), если на одну тонну сырьевой смеси необходимо 816,4 кг известняка, 162,7кг глинистого сланца и 20,9 кг железной руды.

Рассчитываем расход сырья на одну тонну сырьевой смеси с учетом влажности:

Известняк: кг;

 

Глинистый сланец: кг;

 

Железная руда: кг.

 

Рассчитаем расход сырья на одну тонну сырьевой смеси при влажности  известняка 5%:

 кг;

 

Рассчитаем расход сырья на одну тонну сырьевой смеси при влажности  глинистого сланца 18,8%:

 кг;

 

Вода: кг.

 

Для получения 1 т сырьевой смеси, пересчитаем  все компоненты с учетом К = 1,83

Приводим материальный баланс, согласно таблицы 4.3.3

 

Таблица 4.3.3: Материальный баланс

Приход	кг	Расход	кг
1. Известняк, в том числе:	680,28	1. Сырьевая смесь, в том числе	1000
1	2	3	4
SiO2	22,42	SiO2	224,61
Al2O3	6,42	Al2O3	43,46
Fe2O3	3,42	Fe2O3	46,19
CaO	355,06	CaO	363,4
MgO	7,32	MgO	11,49
Продолжение таблицы 4.3.3
1	2	3	4
SO3	1,5	SO3	4,63
П.п.п.	184,14	П.п.п.	306,22
Вода с продуктом	35,79	2. Н2О	398,48
		невязка
2. Глин. сланец, в том числе:	282,86
SiO2	197,33
Al2O3	35,81
Fe2O3	15,30
CaO	8,34
MgO	4,17
SO3	0,35
П.п.п.	21,56
Вода с продуктом	65,50
3.Железная руда, в том числе:	36,34
SiO2	4,87
Al2O3	1,23
Fe2O3	27,47
SO3	2,78
4. Н2О	398,48
Итого	1412,25		1398,48