Физико-химические основы производства портландцемента
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
»ов.
Пористая гранула обжигаемого материала, образовавшаяся в результате твердофазового спекания, при появлении жидкой фазы испытывает сильную усадку. В процессе уплотнения гранул в присутствии расплава различают три стадии:
) перегруппировка мелких частиц в результате их пластического течения совместно с жидкостью;
) заполнение пор в результате протекания реакций минералообразования по механизму растворение - осаждение;
) процессы рекристаллизации, которые могут протекать и без участия расплава.
Основной вклад в усадку гранул вносит процесс пластической перегруппировки частиц. Он протекает в результате смачивания частиц жидкой фазой, приводящего к развитию капиллярных сил, оттягивающих частицы, и под воздействием сил, обусловленных поверхностным натяжением расплава. Скорость роста контакта между срастающимися частицами, реагирующими с жидкой фазой (и соответственно скорость усадки), по данным ряда исследователей, прямо пропорциональна поверхностному натяжению расплава, коэффициентам диффузии ионов, в расплаве и времени обжига и обратно пропорциональна радиусу частиц, и температуре. С увеличением размера частиц их спекание замедляется.
В результате усадки при жидкофазном спекании формируются гранулы клинкера, имеющие пористость 17-32%. Примерное распределение пор по размерам следующее: более 10 мкм - 30-55%; 1-10 мкм - 15-30%; 0,1-1 мкм - 6-18%; 0,004-0,1 мкм - 15-35%. Кристаллы минерала C3S размером 10-60 мкм в разрезе имеют форму гексагональных пластин, а кристаллы C2S размером 10-100 мкм - округлую форму.
При понижении температуры (охлаждении) спекающихся гранул в них протекают процессы, оказывающие значительное влияние на свойства клинкера и цемента.
На выходе из печи клинкер имеет температура 1000-1100 0С, поэтому его надо охладить.
3. ОХЛАЖДЕНИЕ КЛИНКЕРА
Процесс охлаждения клинкера является одной из наиболее ответственных стадий производства цемента. В зависимости от того, с какой скоростью охлаждается клинкер, минералогический состав его и кристаллическая структура могут изменяться в весьма широких пределах.
Клинкерное равновесие. Кристаллизация расплавов в системах СаО - SiO2 - А12О3 и СаО - SiO2 - А12О3- Fe2О3 показывает, что изменение состава жидкой и твердой фаз в процессе охлаждения расплавов, отвечающих по составу портландцементу, имеет очень сложный характер. Сложность обусловлена тем, что алит выделяется из расплава вначале и в большем, и в меньшем количестве, чем это соответствует фактическому равновесному состоянию продукта. В последующем, при очень медленном охлаждении, которое используется при построении диаграмм состояния, эти аномалии состава расплава и твердой фазы устраняются: в определенных температурных точках системы в одних случаях избыточный C3S разлагается, а в других - недостающий C3S образуется. Система постепенно приходит к равновесному составу. Если же расплав охлаждать очень быстро, то в клинкере можно зафиксировать избыточное или пониженное количество алита. Так, при быстром охлаждении клинкера белого портландцемента (система СаО - SiО2 - А12О3) от температуры 1450 в продукте содержалось на 10% больше C3S, чем при медленном равновесном его охлаждении. Наоборот, при быстром охлаждении клинкера, характеризующегося высоким содержанием железа (глиноземный модуль равен 0,64), от той же температуры 1450 в продукте содержалось на 12% меньше алита, чем при равновесном охлаждении.
При обжиге портландцементного клинкера полного равновесия между жидкой и твердой фазами не наступает. Во-первых, цементный клинкер в практических условиях обжига плавится всего лишь на 20-30% и в нем всегда присутствует твердая фаза, и, во-вторых, скорость охлаждения клинкера в реальных условиях его производства оказывается значительно, более высокой, чем этого требуют условия достижения равновесия. В результате того, что расплав клинкера охлаждается не по равновесному режиму, минералогический состав продукта может в значительной степени изменяться.
Влияние условий охлаждения на минералогический состав. Практически возможны следующие различные варианты кристаллизации расплава в клинкерах:
.Расплав в клинкере в результате медленного охлаждения полностью закристаллизовывается (равновесный процесс).
.Расплав в клинкере в результате очень быстрого охлаждения полностью затвердевает в виде стекла.
.Расплав в клинкере закристаллизовывается в большей или меньшей степени в зависимости от конкретных условий охлаждения. При этом кристаллизация расплава происходит независимо от ранее образовавшихся твердых фаз.
Различная степень закристаллизованности расплава приводит к отклонению расчетного минералогического состава клинкера от его фактического минералогического состава и особенно в части содержания минералов C3S, С3А и С4AF.
При независимой кристаллизации расплава и при затвердевании его в стекло степень несоответствия расчетного и фактического минералогического состава клинкера будет определяться величиной глиноземного модуля последнего.
Согласно данным табл. 3.1, образцы одного и того же клинкера с р = 2,0, охлажденные по различным режимам, характеризуются довольно близким содержанием C3S, равным 57,5- 59,6%. Увеличение глиноземного модуля приводит к увеличению различия образцов клинкера, охлажденных с различной скоростью, по содержанию C3S. Так, если различие в содержании C3S в быстро и медленно охлажденном клинкере с р = 2,0 составляет всего лишь 2,1%, то в случае аналогичных образцов клинкера с р = 3,0 ?/p>