1. Clínker de cemento Portland
1. Definición de clinker
El clinker de cemento Portland se define según las normas chinas como: "un producto con silicato de calcio como componente principal que se obtiene quemando harina cruda con ingredientes apropiados hasta que se funde parcialmente". Según la definición de la norma de ensayo europea: "El clínker de cemento Portland es un material hidráulico, compuesto al menos 2/3 en peso de silicato de calcio (C3S y C2S), el resto es alúmina (Al203), hierro oxidado (FC2O3) y otros óxidos La proporción en peso de CaO/SiO no debe ser inferior a 2,0. El óxido de magnesio (MgO) no debe exceder el 5% en peso.
El clinker de cemento Portland está hecho de materia prima mezclada con precisión. materiales (polvo de harina cruda, lechada de harina cruda o lechada de harina cruda) que estén al menos calcinados hasta la sinterización. Las materias primas mezcladas contienen CaO, SiO2, Al2O3 y una pequeña cantidad de otras sustancias. La lechada se debe moler finamente y mezclar bien. es homogéneo”.
Se puede ver en la definición anterior que los estándares europeos son relativamente claros y se establecen requisitos cuantitativos para la composición mineral (como los minerales de silicato) y la composición química (como la relación en peso CaO/SiO). Para la calidad de la preparación de la materia prima también se imponen requisitos de molienda fina y mezcla uniforme. Estos son importantes para desarrollar nuevas variedades y mejorar la calidad del cemento y el hormigón.
2. Composición mineral del clinker
El clinker de cemento Portland se compone principalmente de 4 tipos de minerales cristalinos, a saber, alita, belita, aluminato y ferroaluminato, que están estrechamente entrelazados. Además, también hay pequeñas cantidades de cal libre, periclasa, vítreo y poros.
La alita está compuesta principalmente por silicato tricálcico, con la fórmula molecular 3CaO·SiO2, abreviada como C3S. Debido a que no hay C3S puro en el clinker, hay soluciones sólidas de MgO, Al2O3, Fe2O3, TiO2, V12O, Na2O y otros óxidos metálicos, por lo que con precisión se le llama mineral de alita, o un mineral para abreviar La tasa de hidratación del C3S. Es rápido y tiene una alta resistencia temprana y tardía. Es el principal mineral del clinker de cemento Portland, especialmente el clinker altamente activo. Su contenido es generalmente del 40% al 80%. El más alto en mi país es alrededor del 67%, y en el extranjero puede alcanzar. 85%.
La belita está compuesta principalmente por silicato dicálcico, con una fórmula molecular de 2CaO·SiO2 y abreviatura de C2S. Debido a que no hay C2S puro en el clinker, hay muchas soluciones sólidas de Al2O3, Fe2O3, MgO, V12O, Na2O, TiO2, P2O5 y otras impurezas, por lo que se le llama mineral de belita o mineral B para abreviar. C2S tiene una velocidad de hidratación lenta y una fuerza inicial baja, pero su fuerza a largo plazo puede alcanzar el mismo nivel que C3S.
El C2S tiene 4 formas cristalinas. Cuando se quema a 2130°C hasta que se funde, se vuelve del tipo a, y a 1420°C se vuelve del tipo a′. Cuando la temperatura baja a 675°C, cambia. al tipo β, y cuando la temperatura baja a 300~400°C, cambia al tipo β. Es el tipo ν. La resistencia del tipo A es la más alta y luego disminuye a medida que la temperatura disminuye y la forma del cristal cambia. El tipo V casi no tiene resistencia y el volumen se expande en un 10%, lo que hace que el clinker se pulverice. En el clinker de cemento, el C2S de tipo β está presente principalmente. Generalmente, el C2S de tipo β puede estabilizarse y ya no transformarse en C2S de tipo V mediante la invasión de otros iones y un enfriamiento rápido. El contenido de C2S generalmente está entre 0% y 30%, y el más alto en mi país ronda el 35%.
Aluminato La fase de aluminato puro es aluminato tricálcico, es decir, 3CaO·Al2O, abreviado como C3A. El C3A en el clinker también contiene óxidos como Al2O y Na2O. C3A se hidrata muy rápidamente Para suprimir su velocidad de hidratación y ajustar el tiempo de fraguado, se debe agregar una cierta cantidad de sulfato (como yeso) en sí no es muy fuerte, pero debido a su rápida hidratación y su alto calor de hidratación. , se puede combinar con alita. Funciona con Belita para mejorar la resistencia inicial del cemento. El contenido de CaA es generalmente del 6% al 13%. Es menor en mi país, del 4% al 11%. Generalmente es mayor en países extranjeros, hasta el 15% en algunos casos.
El ferroaluminato también se llama fase de ferrita. No tiene una composición química fija y forma parte de la serie de mezcla de cristales, en teoría puede alcanzar C2A y C2F, por lo que a menudo se le llama tetraferroaluminato, abreviado. como C4AF, sin embargo, C2A no existe.
Esta serie de cristales mixtos es C2A...C6A2F...C4AF...C6AF...C2F. Dependiendo del contenido de óxido de hierro y alúmina, el cristal mixto se puede desviar hacia el lado con más hierro o más aluminio. En el caso del clínker de cemento, el coeficiente es bastante. Para la composición de C4AF, también se puede escribir como C2(AF). También hay algunos otros iones sólidamente disueltos en la fase de ferroaluminato, que juega un papel importante en la determinación del color del cemento. El C4AF puro es marrón y, después de contener MgO, es verde gris oscuro. La reactividad del C4AF es muy baja y tiene poco efecto sobre el rendimiento del cemento. El contenido de C4AF es generalmente del 4% al 15%, que es más alto en China. El alto es aproximadamente el 18% y el bajo es aproximadamente el 8%.
El óxido de calcio libre de cal en el clínker de cemento que no se ha combinado con óxidos ácidos suele escribirse como fCaO, y su contenido suele ser inferior al 2%. La existencia de cal libre es indeseable. Su aparición se debe a las siguientes razones: la materia prima no está bien preparada, tiene partículas demasiado gruesas o la temperatura de calcinación es insuficiente y no se combina con otros óxidos; es demasiado lento. Parte del C3S se descompone en C2S y fCaO; ingredientes inadecuados y contenido excesivo de óxido de calcio. Una cantidad demasiado alta de cal libre hará que el mortero y el hormigón se expandan, lo que provocará una mala estabilidad.
El óxido de magnesio libre o periclasa puede contener óxido de magnesio libre en el clinker con un alto contenido de óxido de magnesio. Generalmente solo se escribe como MgO del 2% al 2,5% de MgO que se puede disolver sólidamente en el clinker. fases, la norma del cemento estipula que el contenido de MgO no debe exceder el 5%, por lo que la cantidad máxima de MgO en el clinker puede ser del 2,5% al 3,0%. La cantidad de periclasa disuelta en otras fases depende de la composición química del clínker y del proceso de producción. Esta parte no es nociva. Si el contenido de periclasa libre es demasiado alto, se expandirá, lo que suele ocurrir después de un año, provocando daños al hormigón. Si los cristales de periclasa son finos y están uniformemente dispersos, el efecto de expansión también es pequeño. Los cristales gruesos y con forma de nido son más dañinos, y lo mismo ocurre con la cal libre.
Además, en algunos casos, también puede haber una cantidad muy pequeña de sulfato alcalino y vidrio en el clínker.
3. Composición química y valor nominal del clinker
Para calcinar el clinker con la composición mineral requerida, primero se debe preparar harina cruda con una determinada composición química. La composición química de la harina cruda después de eliminar la pérdida por ignición. es la comida cocinada. La gama general de composición química de los materiales se enumera en la Tabla 7.
Tabla 7 Rango de composición química del clinker (peso>)
Al mezclar materias primas, se deben controlar a través de las relaciones proporcionales de varios óxidos. Estas relaciones proporcionales también se denominan valores de velocidad. y se usan comúnmente. Los valores de velocidad son los siguientes:
(1) Coeficiente de saturación de cal KH
La saturación completa de cal en clinker significa que todo el SiO2 forma C3S. y todo el Fe2O3 forma C4AF, el Al2O3 restante forma C3A. El coeficiente de saturación de cal se refiere a la relación entre el contenido real de CaO en el clinker y el contenido teórico de CaO cuando alcanza la saturación total. En China, se utiliza la fórmula Kinder de la antigua Unión Soviética para calcular, utilizando la relación entre la cantidad de CaO restante después de generar C4AF, C3A y CaSO4 y la cantidad de CaO necesaria para generar completamente C3S a partir de SiO2
KH=
Si fCaO es demasiado alto, la deducción de iCaO también se debe considerar en la fórmula anterior, especialmente en la producción de hornos verticales en mi país, se debe calcular el valor de KH′ después de deducir fCaO
KH′=
Actualmente el valor KH del clinker en mi país está entre 0,82-0,96.
En países extranjeros, el cálculo del coeficiente de saturación de cal es:
También hay dos métodos de expresión: coeficiente estándar de cal KST (Alemania) y tasa de saturación de cal CSF (Reino Unido), a saber
KST=
LSF=
(2) Tasa de ácido silícico SM
La tasa de ácido silícico es la relación entre SiO2 y la suma de A12O3 y Fe2O3, representa la relación entre la fase sólida y la fase fluida durante la sinterización del clínker (en la zona de sinterización). Porque la mayor parte del SiO2 se encuentra en las fases sólidas de Alita y Belita a la temperatura de sinterización, mientras que la alúmina y el óxido de hierro existen en la fase líquida. En la actualidad, la tasa de ácido silícico del clinker de cemento en mi país está entre 1,6 y 2,8, y en el extranjero está entre 1,9 y 3,2.
SM=
(3) Proporción de óxido de aluminio IM
La proporción de óxido de aluminio, también llamada proporción de hierro, es la proporción de alúmina a óxido de hierro, en la temperatura de sinterización Casi todos estos dos óxidos entran en la fase líquida.
IM representa principalmente las características de la fase líquida. Si aumenta el contenido de óxido de hierro, el valor de IM disminuye y la viscosidad de la fase líquida disminuye. Si el valor de IM es <0,638, no se generará C3A en el clinker. Tiene alta resistencia a los sulfatos. El valor IM del clinker de cemento de mi país se sitúa actualmente entre 0,90 y 2,00 (excepto el cemento especial). En el extranjero se sitúa entre 1,5 y 2,5.
(4) Coeficiente de dureza hidráulica HM
El coeficiente de dureza hidráulica es la relación entre el óxido de calcio y los óxidos ácidos SiO2, A12O3 y Fe2O3. HM tiene una alta resistencia del cemento, especialmente resistencia inicial, alto calor de hidratación y resistencia a la corrosión química reducida. La resistencia del cemento por debajo de 1,7 es demasiado baja y por encima de 2,4, la resistencia del cemento es demasiado baja. Algunas partes no son buenas, generalmente alrededor de 2.0 es mejor. En la actualidad, solo unos pocos países, como Japón, todavía utilizan el coeficiente de dureza hidráulica. La mayoría de los países utilizan principalmente la tasa de ácido silícico y la tasa de oxígeno del aluminio, y el coeficiente de dureza hidráulica solo se utiliza como complemento o no.
HM=
2. Las principales materias primas del cemento Portland
Para producir cemento Portland, primero se debe calcinar el clinker de cemento Portland y luego se elabora el cemento. mediante la molienda de clinker, por lo que las materias primas del cemento Portland deben dividirse en materias primas necesarias para calcinar el clinker y materias primas necesarias para moler el cemento.
1. Materias primas para la producción de clínker
Las materias primas más ideales son rocas naturales con la composición química necesaria para el clínker de cemento, con reservas suficientes, características uniformes y condiciones de extracción convenientes. Esta situación es rara, relativamente más común en los Estados Unidos, y algunas plantas de cemento en Europa todavía utilizan una materia prima para producir clinker de cemento. En la mayoría de los casos, se utilizan materias primas de piedra caliza y materias primas de arcilla para mezclar. Si es necesario, se agrega una pequeña cantidad de materias primas de sílice o corrección de hierro para ajustar la composición química de las materias primas mezcladas. El contenido de carbonato de calcio (CaCO3) en las materias primas del cemento está entre 72-80%. Según el contenido de CaCO3, las materias primas se pueden ordenar de la siguiente manera:
Contenido de CaCO3 de piedra caliza pura >95%
Barro Caliza Contenido de CaCO3 85% ~ 95%
Contenido de CaCO3 de marga calcárea 0% ~ 85%
Contenido de Marga CaCO3 30% ~ 70%
Contenido de CaCO3 de marga arcillosa 15% ~ 30%
Contenido de CaCO3 de marga arcillosa 5% ~ 15%
Contenido de CaCO3 de arcilla <5%
p>Se utilizan calizas puras, margas calizas y margas calcáreas para introducir Ca-CaCO3, y arcillas, margas arcillosas y margas arcillosas para introducir SiO2, Al2O3 y Fe2O3. Al elaborar los ingredientes, es mejor utilizar materias primas que tengan una composición química cercana al clinker, como la marga calcárea, porque se ha mezclado con algunos componentes de arcilla, tiene cristales finos, se distribuye uniformemente y tiene buena quemabilidad. Lo más desventajoso es que la mezcla de piedra caliza pura y arcilla pura no es fácil de quemar. Para ajustar la composición química de la harina cruda, algunos también añaden una pequeña cantidad de arenisca, escoria de pirita, mineral de hierro, etc. como materia prima de corrección. Además de las materias primas naturales, los residuos de residuos industriales, como la escoria de alto horno, la ganga de carbón, las cenizas volantes, los relaves metálicos, etc., también se pueden utilizar como materias primas de arcilla. La tendencia de desarrollo futuro es utilizar materias primas naturales de marga y. Residuos de residuos industriales como materia prima principal en la medida de lo posible, se utiliza piedra caliza de alta calidad como materia prima calibrada para producir clinker de cemento.
A juzgar por el nivel técnico actual, no existen restricciones sobre el combustible utilizado para producir clinker. Se pueden utilizar gas, combustible líquido, sólido y desechos combustibles. Solo los hornos verticales están limitados por las condiciones del proceso. Al quemar combustible sólido, es mejor utilizar combustibles poco volátiles como la antracita y el coque. Para los hornos rotativos, se pueden utilizar carbón bituminoso, antracita y diversos desechos combustibles.
2. Materias primas para la producción de cemento
El cemento Portland se fabrica naturalmente a partir de clinker de cemento Portland con una cantidad adecuada de yeso y una molienda fina. Algunas variedades permiten la adición de una cierta cantidad de materiales mezclados. Sin embargo, hoy en día en las normas europeas de prueba de cemento, lo que en mi país se llama materiales mixtos también se consideran componentes del cemento. El contenido de cemento ≥6% es el componente principal y el contenido de cemento ≤5% es el componente secundario o relleno. , es decir, cemento La composición debe ser el componente principal, el componente secundario, yeso y aditivos.
Debido a que estos materiales componentes, ya sea clinker, yeso, escoria, cenizas volantes o incluso polvo de horno, desempeñan un papel determinado en el rendimiento del cemento y son materiales indispensables para obtener hormigón de alta calidad, estos materiales están incluidos en la norma. Los productos también han presentado los requisitos correspondientes. Aquí solo presentamos algunos materiales principales.
(1) Clínker de cemento Portland
La definición de clinker se ha introducido antes y no se repetirá aquí. La norma china enfatiza el uso de materias primas con ingredientes apropiados y su combustión. Parcialmente fundido y compuesto principalmente de silicato de calcio. Además, las normas de prueba europeas también exigen que el contenido de silicato de calcio (C3S+C2S) sea ≥2/3 y la relación en peso CaO/SiO2 ≥2,0, y también establecen algunos requisitos principales para la preparación de materias primas, que son importantes para asegurar la calidad del hormigón. Es muy beneficioso, sobre todo en la actualidad, es de gran valor de referencia para mejorar la calidad física del cemento en mi país. Otros clínkers, como el cemento de aluminato, el cemento de sulfoaluminato, el cemento de fluoroaluminato y el cemento de ferroaluminato, también tienen los correspondientes requisitos de calidad.
(2) Materiales de mezcla
En mi país, los componentes del cemento, excepto el clinker y el yeso, se denominan materiales de mezcla. Se utilizan para mejorar el rendimiento del cemento y ajustar la etiqueta del cemento. Materiales minerales. Los materiales mixtos comúnmente utilizados incluyen escoria granulada de alto horno, cenizas volantes, materiales mixtos puzolánicos, piedra caliza, escoria granulada de fósforo de horno eléctrico y diversas escorias de la industria metalúrgica. Los materiales mixtos puzolánicos se dividen en dos categorías principales: la categoría 1 es natural, como ceniza volcánica, toba, piedra pómez, zeolita, tierra de diatomeas y diatomita. El otro tipo es artificial, como la ganga de carbón, el esquisto quemado, la arcilla quemada, la ceniza y la escoria silícea. Estos materiales tienen ciertos requisitos de calidad y límites de dosificación. La tendencia de desarrollo futuro es aumentar la dosificación de residuos industriales, reducir la cantidad de clinker utilizado y contribuir más a la protección del medio ambiente. No debe afectar excesivamente la calidad del cemento y el concreto. No debe causar contaminación secundaria, ni debe afectar en gran medida el proceso de producción. Cada vez que se utiliza un nuevo residuo, se deben realizar pruebas de rendimiento del cemento y de rendimiento y durabilidad del concreto. relacionados con la protección y seguridad del medio ambiente, el uso oficial debe obtenerse de los departamentos pertinentes.
(3) Yeso
El yeso, también conocido como retardante, se utiliza para ajustar el tiempo de fraguado del cemento. El más utilizado es el mineral de yeso natural. El componente principal es el calcio. sulfato dihidrato, CaSO4·2H2O, o anhidrita natural, el componente principal es el sulfato de calcio anhidro CaSO4. Además, también existen yesos semihidratados CaSO4·1/2H2O, sus mezclas, o yesos subproductos industriales, como moldes de yeso en la industria cerámica, yesos de desulfuración de gases de combustión, etc. La dosis de yeso es aproximadamente del 5% y el SO en el cemento generalmente se controla para que no exceda el 3,5%.
(4) Aditivos
Se permite añadir al cemento aditivos de no más del 1% en peso de cemento, principalmente coadyuvantes de molienda. Estos aditivos no deben dañar las propiedades protectoras de las barras de acero y otras propiedades relacionadas del cemento y el concreto. Por lo tanto, los aditivos en el cemento deben usarse con precaución y agregarse al concreto para evitar conflictos con los aditivos del concreto.
(5) Aditivos ultrafinos
Los aditivos en polvo ultrafinos que han surgido desde la década de 1990 pueden aumentar significativamente la resistencia del hormigón de cemento y mejorar otras propiedades físicas y de construcción relacionadas. El humo de sílice se usa comúnmente en el cemento y su finura es de 50 a 100 veces mayor que la del cemento. Recientemente, se ha desarrollado el uso de escoria finamente molida y clinker finamente molido. Un grado de molienda es la molienda ultrafina. El área específica se muele a 9000 o 10000 cm2/go más a 20000 cm2/g, y el tamaño promedio de partícula es. 13~6 μm. El otro está por debajo de 9000 cm2/g, y algunos están alrededor de 5000 cm2/g, o entre 4000-5000 cm2/g. Este último, por supuesto, no se considera molienda ultrafina. Las investigaciones actuales han concluido que agregar estos polvos finos puede mejorar significativamente. la resistencia del cemento y el hormigón, especialmente la resistencia inicial, y puede mejorar la trabajabilidad del mortero de cemento, mejorar la compacidad, la impermeabilidad, la resistencia a la corrosión y la durabilidad del hormigón. Este polvo fino se puede agregar al cemento o cuando se agrega al concreto durante la construcción. Actualmente, nuestro país presta más atención a mezclar escoria finamente molida con cemento para mejorar las propiedades del cemento.
3. Tecnología de producción de cemento
1. Proceso de formación de clinker
El clinker de cemento Portland se forma combinando componentes de piedra caliza y componentes de arcilla mediante calcinación a alta temperatura. El proceso de reacción principal es el siguiente
20-150 °C - El adjunto. La humedad se introduce al secar las materias primas y la producción húmeda consume mucho calor en esta etapa.
Caolín elimina la humedad adsorbida y el agua cristalina a 150-600°C.
El caolín se descompone a 600-900°C y forma algunos minerales primarios, como CA, C2F, C2S y C12A7.
La velocidad de descomposición de CaCO3 es mayor entre 850 y 1100 ℃, y la cantidad de cal libre formada también es la mayor. Durante este período, la descomposición de CaCO3 es una reacción endotérmica, que requiere la mayor cantidad. calor. C3A y C4AF también comienzan a formarse en este momento.
1100-1200 ℃: C3A y C4AF se forman principalmente en esta zona de temperatura, y la cantidad de C2S alcanza el máximo.
1260-1310 ℃ - se forma la fase líquida del clinker
1250-1450 ℃ - C2S absorbe fCaO para formar C3S y finalmente el clinker se quema, por lo que generalmente alcanza más de 1450 ℃ Y quédese durante un cierto período de tiempo para quemar clinker calificado.
2. Método de producción de cemento
En pocas palabras, el proceso de producción de cemento consta de dos moliendas y una quema, es decir, las materias primas deben extraerse, triturarse, molerse y mezclarse para hacer harina cruda, y la harina cruda se quema. a una temperatura alta de 1450°C se tritura y se muele hasta obtener cemento junto con yeso u otros materiales mezclados. Dado que existen diferencias en la preparación seca y húmeda de las materias primas, los métodos de producción se dividen en tres tipos: método húmedo, método semiseco o método semihúmedo y método seco.
(1) Características de la producción húmeda: la harina cruda se convierte en una suspensión con un contenido de agua del 32% al 36%, la suspensión de la harina cruda se seca y el clinker se quema en el horno rotatorio. El método húmedo para preparar la lechada tiene un menor consumo de energía de molienda, aproximadamente un 30% menos. La lechada es fácil de mezclar y los ingredientes de la harina cruda son estables, lo que resulta beneficioso para quemar clinker de alta calidad. Sin embargo, el consumo de acero de las piezas fáciles de desgastar del molino de bolas es alto. El consumo de calor unitario del clinker en el horno rotatorio es 2093~2931KT/kg (500-700kcal/kg) mayor que el del horno seco. horno La temperatura del clinker que sale del horno es baja, por lo que no es adecuado para quemar con una alta tasa de ácido silícico y clinker con alto contenido de alúmina.
(2) Características de la producción semiseca Agregar del 10% al 15% de agua al polvo de harina cruda seca para hacer bolas en el horno para calcinar se denomina producción semiseca. También llamado Tanto el horno Liboer como el horno de cuba se producen mediante el método semiseco. También existe un método en el extranjero en el que la lechada preparada por el método húmedo se filtra y deshidrata mecánicamente para formar una sección de lodo con un contenido de agua de aproximadamente el 19%, que luego se calcina en un horno Liboer, lo que se denomina producción semihúmeda. El contenido de humedad de los materiales que ingresan al horno en el método semiseco se reduce, y el consumo de calor unitario del clinker en el horno también se puede reducir en 837~1675 kJ/kg (200~400 kcal/kg) en comparación con el método húmedo. método. Dado que la máquina de calentamiento de parrilla se utiliza para reemplazar parte del horno rotatorio para secar las bolas, la eficiencia es mayor y el horno rotatorio se puede acortar. Por ejemplo, la producción por unidad de volumen del horno se puede aumentar de 2 a 3 veces. . Sin embargo, el método semiseco requiere que la materia prima tenga cierta plasticidad para poder formar bolas, lo que limita su aplicación. La máquina de calentamiento tiene muchas fallas mecánicas. En mi país, la temperatura de calcinación generalmente es baja y no lo es. Apto para quemar clinker de alta calidad.
(3) Características de la producción del horno de cuba. El horno de cuba es una producción semiseca. Es el horno de calcinación más antiguo utilizado en la industria del cemento. Evolucionó a partir del horno de cuba de cal a mediados del siglo XIX. desarrollado en 1910. Se convierte en un horno de cuba mecanizado. La escala de producción del horno de cuba es pequeña, el equipo es simple y la inversión es relativamente baja. Es más adecuado para áreas con una demanda del mercado de cemento relativamente pequeña, transporte inconveniente y niveles de tecnología industrial relativamente bajos. El consumo de calor y electricidad de los hornos verticales para la producción de cemento es relativamente bajo. Mi país tiene el mayor número de hornos verticales del mundo y el nivel técnico de producción de hornos de cuba es relativamente alto. Sin embargo, debido a sus propias características del proceso, el horno vertical tiene una calcinación de clinker desigual y no es adecuado para quemar clinker con una alta tasa de ácido silícico y una alta relación de saturación. La capacidad de producción del horno es demasiado pequeña y la producción diaria de clinker es difícil. Para superar las 300 toneladas, a partir de ahora también es difícil lograr un alto nivel de modernización en función del nivel de tecnología.
(4) Características de la producción en seco El método seco consiste en enviar el polvo de harina cruda directamente al horno para su calcinación. El contenido de humedad de la harina cruda que ingresa al horno es generalmente solo del 1% al 2%. eliminando la necesidad de secar la comida cruda. Se requiere mucho calor.
En el pasado, la producción del proceso seco utilizaba hornos rotativos huecos. La eficiencia de transferencia de calor en el horno era baja, especialmente en la zona de descomposición con un gran consumo de calor. La energía térmica no se utilizaba por completo, por lo que la eficiencia térmica del horno hueco del proceso seco. no mejoró mucho. El polvo de harina cruda preparado por el método seco no es fácil de mezclar de manera uniforme, lo que afecta la calidad del clinker. Por lo tanto, la producción húmeda alguna vez dominó en los años 1940 y 1950. En la década de 1950, aparecieron la tecnología de mezcla de aire en polvo de harina cruda y la tecnología de precalentamiento de suspensión. A principios de la década de 1900, nacieron la tecnología de predescomposición, prehomogeneización de materia prima y tecnología de control de calidad de la harina cruda. La producción en seco ahora puede producir harina cruda con calidad uniforme. El nuevo horno de precalcinación ha trasladado el precalentamiento y la descomposición de carbonatos del polvo de harina cruda fuera del horno en estado suspendido. Tiene una alta eficiencia térmica y reduce la carga de trabajo del horno rotatorio. carga, no sólo el bajo consumo de calor aumenta la eficiencia térmica del horno rotatorio de aproximadamente el 30% del horno húmedo a más del 60%, sino que también amplía la capacidad de producción del horno. El tipo de horno estándar actual es de 3000t/d. y el máximo es 10000t/d. Nuestro país cuenta ahora con varias especificaciones de 700t/d, 1.000t/d, 2.000t/d y 4.000t/d, y se está desarrollando gradualmente hacia la producción a gran escala. La materia prima en el horno de precalcinación se precoce bien, la temperatura en el horno es alta y el clinker se enfría rápidamente. Puede quemar clinker con una alta tasa de ácido silícico, una alta relación de saturación y una alta tasa de alúmina. , por lo que ahora se suspenderá. Los hornos de precalentamiento y precalcinación se denominan colectivamente nuevos hornos de proceso seco, o nuevas líneas de producción de proceso seco. La nueva producción de proceso seco es la dirección de desarrollo futuro. El nuevo horno de proceso seco es de gran escala, requiere una inversión relativamente alta y tiene requisitos relativamente altos de nivel técnico y capacidades de apoyo industrial. Si no se cumplen las condiciones, será difícil desarrollarse normalmente.
3. Flujo del proceso de producción de cemento
El proceso básico de producción de cemento, tomando como ejemplo la producción en seco, incluye los siguientes procesos principales:
Extracción de materia prima - trituración - secado - dosificación - molienda Material almacenamiento-homogeneización-calcinación-enfriamiento de clinker y trituración-dosificación (adición de yeso y materiales mixtos)-molienda-cemento almacenamiento-envío.
La diferencia entre producción húmeda y producción semiseca está solo en el proceso de preparación de la materia prima antes de la calcinación. Los procesos principales son:
La diferencia entre producción semiseca es solo después. se muele la materia prima y antes se calcina en el horno una sección, es decir:
Se tritura la materia prima, se almacena, se homogeneiza, se le añade agua hasta formar una bola y se calcina.
El nuevo método de producción en seco potencia la homogeneización en cada eslabón de almacenamiento, en concreto:
Extracción de materia prima, trituración, prehomogeneización, dosificación, molienda y secado de polvo y homogeneización-calcinación. -enfriamiento y trituración de clinker-almacenamiento y homogeneización de clinker-dosificación-molienda-almacenamiento y homogeneización de cemento-envío (o mezcla y mezcla-envío)
Además, el carbón se utiliza para fabricar El combustible también debe ser almacenado, homogeneizado, triturado (o secado) y molido hasta obtener carbón pulverizado antes de colocarlo en el horno. Los materiales mezclados dependen del tipo: por ejemplo, la escoria granulada de alto horno debe secarse, la ganga de carbón debe triturarse previamente y el yeso también debe triturarse previamente. Los materiales mixtos y el yeso generalmente se muelen junto con el clinker. En los últimos años, la escoria granulada de alto horno ha tendido a molerse por separado porque la escoria es más difícil de moler que el clinker. Si se muele junto con el clinker, es difícil moler finamente y las propiedades. La escoria no puede aprovecharse por completo.
4. Principales equipos utilizados para la producción de cemento
1. Sistema de horno de cemento
El horno de cemento es el equipo principal de la planta de cemento. Todo el proceso de quema de materia prima para obtener clinker se completa en el horno. El horno rotatorio más simple es un horno hueco de proceso seco, como se muestra. en la Figura 1. El polvo de harina cruda se agrega desde el final del horno, y el carbón pulverizado se rocía desde la cabeza del horno con aire primario y se quema en el horno. La temperatura de la llama aquí alcanza 1800-2000°C. La materia prima fluye continuamente hacia el cabezal del horno y la humedad aumenta gradualmente. Después del secado, la deshidratación, el precalentamiento y la descomposición, aparece una fase líquida a aproximadamente 1300 °C y se eleva a 1450 °C bajo la llama. Luego, el material se enfría a 1300 ~ 1100 ℃ y sale del horno rotatorio y cae en el enfriador de un solo cilindro. Se enfría a aproximadamente 100 ~ 150 ℃ y se descarga al transportador de clinker y se transporta a la trituradora de clinker. trituración, se almacena en el almacén.
Figura 1 Horno rotatorio hueco de proceso en seco
1—Soplador de aire secundario 2—Tubo de alimentación de carbón pulverizado 3—Tubo de inyección de carbón 4—Cubierta del cabezal del horno 5—Horno rotativo
6—tubo de alimentación de harina cruda en polvo 7—cámara de humo 8—canal de alimentación de clinker 9—enfriador de un solo cilindro
10—transportador de clinker
Horno rotatorio Es un cilindro enrollado a partir de placas de acero, construido con ladrillos refractarios en su interior, sostenido por la correa de la rueda en el cuerpo de carga y la rueda de soporte debajo, y accionado por una gran corona dentada montada en el cuerpo del horno.
Los hornos rotativos generalmente se colocan con una inclinación del 3,5% y el número de revoluciones generalmente está dentro de 1 revolución/minuto. Los hornos secos nuevos pueden alcanzar más de 3 revoluciones/minuto. El enfriador de un solo cilindro es similar al horno, excepto que el cilindro está equipado con una placa elevadora para acelerar el enfriamiento del clinker. La temperatura de la caldera en la zona de alta temperatura del cabezal del horno es demasiado alta. Antes se enfriaba con agua, pero ahora se enfría con aire.
El horno hueco de proceso seco mencionado anteriormente es el tipo de horno básico. Los otros tipos de horno cambian principalmente la estructura y el tipo de las piezas de secado, precalentamiento y descomposición en la parte trasera y cambian el enfriador de clinker. Por ejemplo, el horno húmedo es difícil de secar debido al alto contenido de agua de la lechada, por lo que se alarga el horno, se cuelga una cadena en el horno para ayudar a secar la lechada y se instala un intercambiador de calor para aumentar la velocidad de precalentamiento. del material seco. Los enfriadores suelen utilizar enfriadores de cilindros múltiples, que son pequeños cilindros de enfriamiento instalados fuera del cuerpo del horno. Generalmente constan de 9 a 11 cilindros. Una placa elevadora está instalada dentro del cilindro, que gira con el cilindro del horno para enfriar el clinker, como se muestra. En la Figura 2 se muestran los antiguos hornos húmedos y los refrigeradores de varios cilindros que se utilizan comúnmente en mi país.
El horno rotatorio semiseco utiliza un calentador de parrilla en lugar de parte del horno rotatorio. Las bolas crudas se secan, precalientan y se descomponen parcialmente en la parrilla porque la eficiencia térmica del calentador de parrilla es mayor que. la del horno rotatorio es Alta, por lo que la capacidad de producción del horno también es relativamente grande (ver Figura 3).
El nuevo horno de proceso seco añade un precalentador suspendido detrás del horno rotatorio corto. El primero que apareció fue un precalentador ciclónico compuesto por cuatro ciclones, el material solo tarda unos segundos. para pasar a través del ciclón de 4 niveles, y la temperatura aumenta a 800-900°C para completar el secado, precalentamiento y 20% a 30% de descomposición de carbonato. Posteriormente, aparecieron los precalentadores de cilindros verticales, como se muestra en la Figura 5. El principio es básicamente el mismo: el polvo de harina cruda se precalienta en estado suspendido. El precalentador de cilindro vertical tiene una sección transversal grande y no es fácil de bloquear, lo que es especialmente beneficioso para hornos pequeños. Sin embargo, la eficiencia es baja y rara vez se utiliza en hornos nuevos. El horno precalcinador se utiliza en un sistema de precalentador ciclónico. La tasa de descomposición de las materias primas que ingresan al horno puede alcanzar del 85 % al 95 %. La capacidad del horno rotatorio se ha duplicado y el consumo de calor unitario del clinker calcinado se puede reducir al 85 %. 2930KT/kg (700kcal/kg), como se muestra en la Figura 6. Hay muchos tipos de hornos de descomposición, de 40 a 50. El principio básico es quemar el carbón pulverizado en la niebla de polvo de harina cruda suspendida o en la capa de polvo de harina cruda en ebullición. El calor liberado por la combustión puede ser absorbido inmediatamente por el horno. El polvo de harina cruda en descomposición se absorbe y la eficiencia de transferencia de calor es extremadamente alta. La materia prima básicamente puede completar la reacción de descomposición del carbonato en el horno de descomposición y luego ingresa al ciclón del siguiente nivel con el gas y se separa del. gas y entra al horno rotatorio. Aproximadamente el 50% del carbón pulverizado se quema en el horno de descomposición, por lo que parte del aire precalentado se extrae del enfriador y se envía al horno de descomposición. Este conducto de suministro de aire se denomina conducto de aire terciario. El horno precalcinador a gran escala adopta una serie doble de sistema de precalentador de 6 etapas y utiliza el gas residual del precalentador para secar la harina cruda. El sistema del horno y el sistema de molino de harina cruda se producen en conjunto, lo que puede aprovechar al máximo. energía térmica y ocupan un área pequeña (como se muestra en la Figura 7). También hay algunas plantas de cemento modernas en el extranjero, donde el molino de harina cruda está realmente conectado con el horno rotatorio en un sistema que, por supuesto, requiere la alimentación de la harina cruda directamente al precalentador. la harina cruda La confiabilidad del molino y el nivel de control de calidad de la materia prima deben alcanzar un nivel muy alto, de lo contrario no funcionará.
Figura 2 Diagrama de flujo de producción del horno largo húmedo
1—Horno rotatorio 2—Enfriador de cilindros múltiples 3—Tubo de inyección de carbón 4—Engranaje de transmisión 5—Intercambiador de calor
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6—Cadena 7—Rueda de soporte 8 Refrigeración por agua 9—Soplador 10—Molino de carbón 11—Separador de polvo
12—Colector de polvo ciclónico 13—Ventilador de escape del molino de carbón 14—Desde horno Tubería que absorbe el aire caliente y lo envía al molino de carbón
15—Colector de polvo 16—Chimenea
Figura 3 Calentador de parrilla de segundo paso
1 —Bandeja de bolas 2—Tolva de alimentación de bolas 3—Sala de secado 4—Segunda entrada de aire caliente 5—Cámara de calentamiento
6—Rejilla 7—Horno rotatorio 8—Salida primaria de aire caliente 9—Salida de gases de escape
Figura 4 Precalentador del ciclón Humboldt
1—Horno rotatorio 2 Chimenea vertical 3—Ventilador de escape 4—Cilindro ciclónico 5—Tubo de descarga del horno
Los hornos rotatorios modernos conceden gran importancia a eficiencia de enfriamiento del clinker y han realizado las mejoras correspondientes en varios tipos de enfriadores. Como se muestra en la Figura 8, el enfriador de un solo cilindro tiene un diámetro y una longitud ampliados. La estructura del equipo es simple, pero ocupa un área pequeña. y los nuevos refrigeradores multicilíndricos también se alargan a unos 20 m. El cilindro del horno también se ve obligado a extenderse hacia adelante y se agrega una correa de rueda. Aunque se omite el mecanismo de transmisión, la estructura también es más compleja y la eficiencia de enfriamiento es relativamente. baja, y no es posible extraer aire terciario para el horno de descomposición, por lo que ya no se utiliza en hornos nuevos. El enfriador de parrilla ocupa un área relativamente pequeña y tiene una alta eficiencia. Aunque tiene una estructura compleja y un alto consumo de energía, sigue siendo el principal equipo de refrigeración que se utiliza actualmente. Se han mejorado la estructura de la placa de parrilla y el método de suministro de aire del nuevo enfriador de parrilla. El enfriador de parrilla está dividido en dos etapas, con una trituradora de rodillos instalada en el medio. El aire terciario se extrae del cabezal del horno para aumentar la temperatura del horno. aire terciario, que es beneficioso para la descomposición. La combustión del combustible en el horno se muestra en la Figura 9.
Figura 5: Varios tipos diferentes de precalentadores de cilindro vertical
1 ciclón 2 - cilindro vertical 3 - horno rotatorio
El horno vertical no se mueve en la vertical El cilindro, la harina cruda y el carbón se mezclan y muelen para formar pellets, que se añaden al horno desde la parte superior del horno vertical. El tamaño de la bola es generalmente de 7 a 15 mm. El contenido de agua es aproximadamente del 14%. El equipo de peletización previa al agua utilizado en nuestro país puede reducir las bolas de material a 3-5 mm, y el contenido de agua es del 10% al 12%, lo que mejora la eficiencia térmica del horno. Los pellets que contienen cierto polvo se secan en el horno y el carbón pulverizado se quema para convertir la harina cruda en clinker. El clínker cocido se descarga por la parte inferior a través de la rejilla de descarga. Se inyecta aire frío desde el fondo del horno, enfriando el clinker a medida que asciende. También se precalienta y se suministra a la zona de alta temperatura para quemar el carbón pulverizado en las bolas. El gas residual se descarga por la parte superior del horno. horno. El diámetro del horno vertical solía ser de 1,7 a 2,5 m, pero ahora se ha ampliado a 2,5 ~ 3,2 m y la altura es de 8 a 1 lm. La producción diaria del horno vertical ha alcanzado 250 ~ 300 t/d.
Figura 6 Diagrama de flujo del horno con calcinador y precalentador
1—Cilindro ciclónico 2—Cilindro vertical 3—Horno rotatorio