CZ130697A3 - Způsob výroby cementových slinků - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby cementového slínku, při němž se tímto způsobem surovinová moučka podrobuje předběžnému zpracování, například rozmělňování, homogenizaci a/nebo sušení, potom se surovinová moučka předehřívá a kalcinuje a popřípadě slinuje a vypaluje, přičemž ke slinování dochází ve stacionárním vypalovacím reaktoru.

Dosavadní stav techniky

Stacionární vypalovací reaktor se definuje jako reaktor se stacionárními stěnami na rozdíl od rotační pece. Převažující většina stacionárních reaktorů jsou reaktory s fluidním ložem, nebo s kuželovým tryskajícím ložem.

Ke slinování a tvorbě slínku dochází tak, že se předehřátá a pokud možno kalcinovaná cementová surovinová moučka, podrobená současnému přívodu tepla a následné tvorbě tekuté fáze, převádí z materiálu, tvořeného částicemi s jemností, která je obvykle nižší než odpovídá stavu, kdy 15 % částic má velikost nad 0,090 mm, na materiál zrnitý nebo s kulovitými částicemi o jemnosti s více než 80 % částic nad 0,5 mm.

V obvyklém procesu výroby cementových slinků jsou vytvořenou tekutou fází roztavené oxidy, které vznikají při teplotě přibližně 1 300 °C a při složení, které je zhruba toto: 55 % CaO, 6 % SiO₂, 23 % M₂°3 ^{a 17 % Fe}2°3 ’ ^{a kde} tavenina oxidů normálně tvoří 15 - 25 % celkové hmoty slínku.

V převážné většině stáváj ících cementáren probíhá tvorba slínku v rotační peci. S ohledem na to, že náklady na stavbu rotační pece a náklady na j ej í údržbu j sou velmi vysoké, vzhledem k pohyblivým součástem, bylo provedeno mnoho pokusů vyhnout se použití rotačních pecí v procesu výroby cementu.

Z dosavadního stavu techniky je známou skutečností, například podle publikované patentové přihlášky SRN 42 19 697, vyrábět cementové slínky postupem, kde výpal kalcinovaného materiálu se provádí ve dvou stupních a kde je první stupeň tvořen fluidním ložem, nebo kuželovým tryskajícím ložem. V prvém stupni je surovinová moučka zahřívána na předslinovací teplotu, při níž se vytváří tekutá fáze, přičemž tvorba slínků je vyvolána v okamžiku, kdy je přítomna tekutá fáze. Materiál je následně veden do druhého stupně, kde se slínky případně vypalují při teplotě minimálně 1 300 °C.

Praktické využití této metody je však obtížné s ohledem na to, že vytváření tekuté fáze nastává v rozmezí několika málo stupňů, což vyvolává mimořádné obtíže s udržováním podmínek procesu, nezbytných k zajištění stálé přítomnosti předem určeného malého množství tekuté fáze. To zejména může vyvolávat problémy, protože množství roztaveného materiálu závisí ve velké míře na složení surovinové moučky a ne pouze na teplotě.

V patentu Spojených států amerických č. 2 465 420 je popisován postup kalcinace a slinování vápenatých suspenzí pomocí taveniny solí alkalických kovů. Taková tavenina solí není pro výrobu cementu vždy vhodná, protože nadměrně vysoký obsah alkalických kovů v hotovém cementu může vyvolávat tvorbu rozpínajících se reakčních produktů, které vedou k praskání hotového betonu.

V dánské patentové přihlášce 1579/85 se popisuje způsob zpracování použitého absorbentu ze suchého odstraňování síry z odpadních plynů. Vzhledem k tomu, že podle popisované metody v této přihlášce je předběžnou podmínkou přítomnost určitého množství chloridů, nebylo by výhodné používat tuto metodu pro výrobu cementových slínků v praktických provozních podmínkách, protože chloridy mohou vyvolávat provozní problémy souvisící s napékáním v předehřívači a pražící peci.

Z dosavadního stavu techniky je rovněž známo přidávat k surovinové moučce na výrobu cementu až 5 % sádry spolu s fluorem, aby se snížila teplota, při níž vzniká C^S, a tedy též teplota výpalu, ale až dosud se slinování a pálení těchto cementů provádělo v rotačních pecích.

Podstata vynálezu

Podle vynálezu byl vyvinut postup výroby cementu, který odstraní provozní problémy a přidávání nežádoucích látek, jako jsou například chloridy, a při tom se současně slinování a vypalování slínku může provádět ve stacionárních reaktorech, kde jsou specifické požadavky týkající se řízení tvorby slinutého materiálu.

Podle vynálezu se toho dociluje přidáváním síranových sloučenin k surovinové moučce v dostatečně velkém množství před přivedením surovinové moučky do vypalovacího reaktoru, nebo přidáváním síranové sloučeniny přímo do stacionárního reaktoru, například se spalovacím vzduchem, nebo spolu s palivem.

Podle vynálezu byla zjištěna překvapující skutečnost spočívající v tom, že přidávání síranové sloučeniny, která sama o sobě nezbytně nemusí být schopna tavení, může způsobit vytvoření tekuté fáze v materiálu ve stacionárním reaktoru, a že tekutá fáze, která se vytvoří, splňuje požadavek na možnost regulace množství tekuté fáze kontrolováním teploty. Existuje však teplotní rozmezí mezi 1000 °C 1300 °C, v němž se přidávaná síranová sloučenina může mísit s přirozeným obsahem alkalických kovů v cementové surovinové moučce a vytvářet taveninu, která je v podstatě tvořena přidanou síranovou sloučeninou a menším množstvím síranů alkalických kovů (K2SO4 a ^28()4) .

V zásadě se síranová sloučenina může zvolit ze všech druhů síranů, které nemají nepříznivý vliv na kvalitu hotového cementu. Zvláště výhodné by bylo používat síran vápenatý, buď přírodní nebo jako průmyslový vedlejší produkt, například ve formě použitého absorbentu se suchého odstraňování síry z odpadních plynů. V případech, kdy surovinová moučka jako taková má nízký obsah alkalických kovů, může se určité množství zdroje síranu přidat jako alkalický síran. Síranová sloučenina se rovněž může do určité míry zavádět spolu s palivem.

Výrazným znakem tohoto slinování je, že jeho rozsah se mění rovnoměrně s teplotou a dále to, že je ve velké míře nezávislé na obsahu síranů, pokud je tento obsah dostatečně vysoký.

Optimální teplotní podmínky pro slinování kalcinované surovinové moučky pomocí tohoto slinování leží v rozmezí

1100 - 1250 °C.

Při provádění postupu podle tohoto vynálezu je podstatným požadavkem to, j ak j e zmíněno v nároku 1, aby obsah síranů v kalcinované surovinové moučce byl podstatně vyšší než obsah alkalických oxidů. Ve výhodném provedení postupu podle vynálezu se udržují podmínky dané následující vzorcem (procenta udávají procenta hmotnostní):

% S0₃ > % K₂0 + 1,5 X % Na₂0 kde procento S0₃ je celkový obsah síranu v materiálových přívodech do procesu.

Popis obrázku

Vynález je v dalších podrobnostech vysvětlen dále s odkazem na výkres, který ukazuje příklad zařízení, v němž se může použít způsob podle vynálezu. Toto zařízení je s malými obměnami známo z evropského patentu 0380878 (14.prosince 1989, F.L. Smidth & Co., A/S).

Na obrázku je znázorněno zařízení pro výrobu cementu, tvořené předehřívačem, obsahujícím tři předehřívací cyklony 1, 2, a .3, pražicí pecí 4 s odlučovacím cyklonem 5, stacionárním reaktorem 6., který je umístěn pod pražicí pecí 4, a jednotkou 7, v níž může proběhnout konečná reakce slínku, a chladičem 8. slínku. Jednotkou 7 může být například komora s fluidním ložem, nebo krátká rotační pec.

Při provozu se cementová surovinová moučka dodává do zařízení vstupní jednotky 9. a pak známým způsobem prochází předehřívacími cyklony 1, 2 a 3. do pražící pece 4 prostřednictvím potrubí 10. Pražící pec je zásobována palivem vstupní trubkou 11 a síranovou sloučeninou vstupní trubkou 11a. Spalovací vzduch je přiváděn jedním potrubím nebo několika potrubími 12 od chladiče éš slínku.

V pražící peci 4 se předehřátá surovinová moučka kalcinuje v suspenzi s plynem a tato suspenze odtahovaného plynu s kalcinovanou surovinovou moučkou se potom vede výstupním potrubím 5a do odlučovacího cyklonu 5., z něhož výfukový plyn pokračuje průchodem předehřívači i, 2 a 3, než případně odchází výfukovým potrubím 13.. Kalcinovaná surovinová moučka se z odlučovacího cyklonu 5. dopravuje potrubím 14 do reaktoru 6.

Do reaktoru 6 se přivádí spalovací vzduch z jednotky 7 potrubím 13 a palivo je přiváděno trubkou 16.. Jednotka 7, do které přichází hotový slínek, je zásobována vzduchem a palivem v dostatečném množství, aby mohla proběhnout konečná reakce slínku v příslušném prostředí. Nakonec slínek prochází potrubím 18 do chladiče 8..

Pokud má reaktor 6 kuželové tryskaj ící lože bude kalcinovaná surovinová moučka po zavedení potrubím 14 stékat po kónických stěnách do nej spodnější části reaktoru 6. Když surovinová moučka dosáhne spodek kónické části, malé částice budou unášeny stoupajícím proudem vzduchu, který je přiváděn potrubím 15 . To vyvolá vznik kuželového tryskajícího lože, v němž materiál cirkuluje charakteristickým způsobem a při tom se přeměňuje na slínky se stále rostoucími rozměry částic.

Ί

Když částice dosáhnou takové hmotnosti, že působení gravitačních sil je větší než síla, vyvozovaná proudem stoupajícího plynuu, padají hotové slínky kónickou částí reaktoru a dolů potrubím 15 do jednotky 7. V jednotce 7 budou mít vytvořené slínky potřebný čas k reakci, takže vzniknou požadované minerály slínku. Velikost konečných slinků závisí na objemu plynu, který je vháněn potrubím 15, a tedy na rychlosti plynu.

Podle vynálezu byl proveden pokus, při kterém byla kalcinovaná surovinová moučka granulována v reaktoru 6. bez dodatečného přívodu síranu s výhradním použitím roztavení oxidů ze samotné surovinové moučky. Při teplotě asi 1325 °C bylo možné vyrobit slínky, nebylo však možné zabránit tomu, aby podstatná část materiálu se nahromadila na stěnách komory reaktoru v takové míře, že nebyl možný provoz déle než 5 hodin. Tento výsledek se přičítá nadměrnému množství roztaveného materiálu během granulace.

Při druhém pokusu byla výrazně snížena teplota na asi 1200 °C. Při tom se ukázalo, že granulační proces se téměř úplně zastavil a z reaktoru 6. vycházela pouze sporadická množství slinků. Místo toho vznikl silný oběh materiálu mezi pražící pecí 4, odlučovacím cyklonem 5_ a reaktorem 6.

Při třetím pokusu se na 100 kilogramů surovinové moučky do pražící pece 4 přidávalo 5 kilogramů jemně mleté sádry vstupním potrubím 11a a teplota v reaktoru 6 byla nastavena na 1200 °C. Po určitém čase se ustavila rovnováha v oběhu mezi pražící pecí 4, odlučovacím cyklonem 5 a reaktorem 6 a zrnitý materiál vycházel z reaktoru potrubím 15 v proudu, odpovídajícím vstupům surovin v místech £ a 11a. Vyrobené cementové slínky měly střední velikost částic 3 mm.

Claims (4)

1. Způsob výroby cementových slínků, při němž je surovinová moučka podrobena předběžnému zpracování, například rozmělnění, homogenizaci a/nebo sušení, načež se surovinová moučka předehřívá a kalcinuje a případně slinuje a vypaluje, a kde slinování probíhá ve stacionárním jednotce, vyznačující se tím, že se během předběžného zpracování, kalcinace nebo výpalu surovinové moučky k surovinové moučce proporcionálně přidává určité množství síranových sloučenin, které nemají žádný nepříznivý vliv na kvalitu hotového cementu tak, aby obsah síranů v surovinové moučce byl značně vyšší než obsah alkalických oxidů, a kde slinování probíhá při teplotě mezi 1000 °C a 1300 °C.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že teplota během procesu slinování je v rozmezí 1000 °C a 1250 °C.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že podstatným požadavkem postupu je to, aby obsah síranu v surovinové moučce byl nutně následuj ící:

% S0₃ > % K₂0 + 1,5 x Na₂o

4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že síranovou sloučeninou je síran vápenatý.

^ršetečka