RU2237628C1 - Process of manufacturing belite portland cement clinker involving dust control during the firing operation, and cement based on this clinker - Google Patents
Process of manufacturing belite portland cement clinker involving dust control during the firing operation, and cement based on this clinker Download PDFInfo
- Publication number
- RU2237628C1 RU2237628C1 RU2003108779/03A RU2003108779A RU2237628C1 RU 2237628 C1 RU2237628 C1 RU 2237628C1 RU 2003108779/03 A RU2003108779/03 A RU 2003108779/03A RU 2003108779 A RU2003108779 A RU 2003108779A RU 2237628 C1 RU2237628 C1 RU 2237628C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- clinker
- cement
- specified
- belite
- firing
- Prior art date
Links
Landscapes
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области строительных материалов, а именно - к способу изготовления клинкера и цементу, изготовленному на его основе.The invention relates to the field of building materials, namely, to a method for manufacturing clinker and cement made on its basis.
Из уровня техники известен способ изготовления портландцементного клинкера, включающий подготовку цементной сырьевой смеси из карбонатного, алюмосиликатного и железистого ингредиентов, ее обжиг до спекания во вращающейся печи, охлаждение полученного клинкера и его совместный помол с гипсовым компонентом [1]. Указанный портландцементный клинкер включает следующие основные клинкерные минералы: трехкальциевый силикат (3CaO· SiO2), двухкальциевый силикат (2CaO· SiО2), трехкальциевый алюминат (3СаО· Аl2О3), алюмоферрит кальция [2СаО· (Аl2О3)х (Fе2O3)1-x] , х от 1/3 до 2/3 (в производственных клинкерах эти минералы, содержащие примеси, по предложению В.Тернебома, 1897, называют также соответственно алит, белит, высокоосновный алюминат кальция и целит; здесь и ниже в описании изобретения использована сокращенная нотация, принятая в химии цемента: А2О3=А; СаО=С; Fе2О3=F; F- (фторид-ион)=f; Н2О=Н; К2О=К; MgO=M; Na2O=N; Р2O5=Р; сумма оксидов щелочных металлов в пересчете на оксид натрия Na2O+0,658K2O=R2O=R; SiO2=S; SO3=; коэффициент при оксиде становится подстрочным индексом.The prior art method for the manufacture of Portland cement clinker, including the preparation of a cement raw material mixture of carbonate, aluminosilicate and ferrous ingredients, its burning before sintering in a rotary kiln, cooling the resulting clinker and its joint grinding with a gypsum component [1]. The specified Portland cement clinker includes the following main clinker minerals: tricalcium silicate (3CaO · SiO 2 ), dicalcium silicate (2CaO · SiO 2 ), tricalcium aluminate (3CaO · Al 2 O 3 ), calcium aluminoferrite [2CaO · (Al 2 O 3 x (Fe 2 O 3 ) 1-x ], x from 1/3 to 2/3 (in industrial clinkers, these minerals containing impurities, as suggested by V. Ternebom, 1897, are also called, respectively, alite, belite, highly basic calcium aluminate and celite ; here and below, in the description of the invention, the abbreviated notation used in cement chemistry is used: A 2 O 3 = A; CaO = C; Fe 2 О 3 = F; F - (fluoride ion) = f; Н 2 О = Н; К 2 О = К; MgO = M; Na 2 O = N; Р 2 O 5 = Р; sum of alkali metal oxides in terms of per sodium oxide Na 2 O + 0.658K 2 O = R 2 O = R; SiO 2 = S; SO 3 = ; the oxide coefficient becomes a subscript.
Так, Са3SiO5=3CaO· SiO2=С3S и т.д.; кроме того, потери при прокаливании сокращенно обозначают п.п.п., а нерастворимый остаток - н.о., при следующем соотношении указанных минералов (мас.%): алит 60-65, белит 15-20, трехкальциевый алюминат 3-12, алюмоферрит кальция 8-15. Такой портландцементный клинкер, включающий более 60 мас.% алита, принято называть алитовым [2], соответствующим по составу значению коэффициента насыщения клинкера известью (КН) 0,88-0,95. Отметим, что величина КН определяется, согласно В.А.Кинду [3], формулой: КН=[С-(1,65А+0,35F)]/2,8S; силикатный n и глиноземный p модули рассчитывают по формулам соответственно: n=S/(A+F), p=A/F.So, Ca 3 SiO 5 = 3CaO · SiO 2 = C 3 S, etc .; in addition, the losses during calcination are abbreviated as ppt, and the insoluble residue is n.o., with the following ratio of these minerals (wt.%): alite 60-65, bleach 15-20, tricalcium aluminate 3-12 Calcium aluminoferrite 8-15. Such Portland cement clinker, including more than 60 wt.% Alite, is called alite [2], corresponding in composition to the value of the clinker saturation coefficient of lime (KN) of 0.88-0.95. Note that the value of KH is determined, according to V.A. Kind [3], by the formula: KH = [C- (1.65A + 0.35F)] / 2.8S; silicate n and alumina p modules are calculated according to the formulas, respectively: n = S / (A + F), p = A / F.
Для этого общеизвестного технического решения, определяющего традиционный уровень техники, характерны: 1) невысокая производительность печей; 2) повышенные затраты топлива на обжиг указанного портландцементного клинкера; 3) высокое пылеобразование при обжиге цементной сырьевой смеси в связи с повышенным содержанием в ней (72-78% массы) карбонатного ингредиента (СаСО3), частицы которого в процессе удаления из них СO2 нередко взрываются и образуют пыль (фракцию частиц размером менее 0,1 мм) в количестве примерно одной пятой части массы карбонатного ингредиента, а также: 4) низкая размалываемость указанного клинкера, определяющая пониженную производительность цементных мельниц, и 5) невысокая гидравлическая активность указанного клинкера, проявляющаяся также в замедленном твердении изготовленного из него портландцемента в начальные сроки твердения, а именно в течение 1-3 суток. Эти явления обусловлены высоким уровнем рассчитанной по уравнению С. Аррениуса энергии активации (более 1880 кДж/моль) и длительным индукционным периодом реакций образования наиболее важного клинкерного минерала - трехкальциевого силиката (алита) - в обжигаемом материале в зоне спекания клинкерообжигательных печей, причем чем длиннее этот период, тем ниже скорость гидратации этого минерала и ниже прочность цементного камня после помола указанного клинкера и затворения полученного из него цемента водой.For this well-known technical solution that defines the traditional level of technology, the following are characteristic: 1) low productivity of furnaces; 2) increased fuel costs for firing said Portland cement clinker; 3) high dust formation during firing of the cement raw material mixture due to the increased content of carbonate ingredient (CaCO 3 ) (CaCO 3 ) in it, the particles of which during the removal of CO 2 often explode and form dust (particle fraction less than 0 , 1 mm) in the amount of about one fifth of the mass of the carbonate ingredient, and also: 4) the low grindability of the specified clinker, which determines the reduced productivity of cement mills, and 5) the low hydraulic activity of the specified clinker, also manifested in slow hardening of Portland cement made of it in the initial period of hardening, namely within 1-3 days. These phenomena are caused by a high level of activation energy calculated by the S. Arrhenius equation (more than 1880 kJ / mol) and a long induction period of reactions of formation of the most important clinker mineral - tricalcium silicate (alite) - in the calcined material in the sintering zone of clinker kilns, and the longer this period, the lower the hydration rate of this mineral and the lower the strength of the cement stone after grinding the specified clinker and mixing the cement obtained from it with water.
Самым простым техническим решением для улучшения ситуации является способ изготовления портландцементного клинкера, при котором в последнем оставляют свободный оксид кальция, то есть недожигают клинкер, чтобы снизить расход топлива [4]. Аналогичный подход был использован также О.П.Мчедловым-Петросяном и Н.П.Коганом [5]. Однако в недожженном клинкере, наряду с упомянутыми основными клинкерными минералами, сохраняются примеси, такие как майенит (С12А7), двухкальциевый феррит (C2F), монокальциевый феррит (CF), снижающие прочностные показатели цемента и долговечность бетона [6]. В последней из работ в этой области [7] указанные примеси названы маргинальными фазами, поскольку они не несут полезных функций, а лишь напрасно расходуют оксиды алюминия и железа, а также тепловую энергию.The simplest technical solution to improve the situation is the method of manufacturing Portland cement clinker, in which the latter leaves free calcium oxide, that is, the clinker is not burned to reduce fuel consumption [4]. A similar approach was also used by O. P. Mchedlov-Petrosyan and N. P. Kogan [5]. However, in the unburnt clinker, along with the mentioned main clinker minerals, impurities remain, such as mayenite (C 12 A 7 ), dicalcium ferrite (C 2 F), monocalcium ferrite (CF), which reduce the strength characteristics of cement and the durability of concrete [6]. In the last of the works in this field [7], these impurities are called marginal phases, since they do not carry useful functions, but only waste aluminum and iron oxides, as well as thermal energy.
Известен способ изготовления белитового портландцементного клинкера, включающий подготовку цементной сырьевой смеси из карбонатного, алюмосиликатного и железистого ингредиентов, ее обжиг до спекания во вращающейся печи и охлаждение полученного белитового клинкера, характеризующийся тем, что обжиг указанной сырьевой смеси ведут с существенной экономией технологического топлива [8]. Эффект экономии топлива согласно приведенным ссылкам обусловлен снижением доли карбонатного ингредиента в сырьевой смеси для обжига белитовых клинкеров по сравнению с алитовыми и, следовательно, снижением энергозатрат на декарбонатизацию сырья в тепловом балансе печи. Однако классические расчетные схемы такого баланса, на которые опирались указанные работы, в настоящее время устарели, поскольку в них не учитывается ставший очевидным (в результате работ Б.Энтина и др. [6, 7], а также В.И.Шеина, Т.Ю.Щеткиной и их сотрудников - см., например, работу одного из их учеников [9]) циклический характер ряда реакций минералообразования. Без учета этих высокотемпературных циклических реакций, а именно - по теплоте растворения соответствующих клинкеров в смесях азотной и плавиковой кислот, установлено, что химическая энергия, “запасенная” в клинкерных минералах белитового клинкера, составляет 1580-1690 кДж/кг против 1900-1910 кДж/кг - в минералах алитового клинкера, или на 13-17% ниже. Но ее, как было установлено, не следует отождествлять с энергозатратами на обжиг белитового и алитового портландцементных клинкеров, равными, как показали опыты их спекания в калориметрической бомбе, соответственно 720 и 726 кДж/кг, то есть практически одинаковыми [10]. Выполнившей последнюю работу группе исследователей из РХТУ им. Д.И.Менделеева во главе с А.П.Осокиным этот результат показался неожиданным, ибо во многих отечественных и зарубежных работах проводилась уже упомянутая точка зрения о возможности экономии топлива на обжиг путем снижения значения КН портландцементного клинкера или обжига белитовых клинкеров (см., например, последний обзор в этой области, принадлежащий Альбацу и сотр. [11]). Однако в зарубежной литературе по данному вопросу в действительности преобладает противоположная точка зрения, поддержанная результатами упомянутых калориметрических исследований Осокина и сотрудников. Она впервые была высказана отечественными исследователями Д.А.Чернобаевым и Г.А.Вологдиным в 1912 г. в работе, опубликованной по представлению акад. А.Ле-Шателье в Докладах Французской Академии наук, где они сообщили, что при обжиге белитовых клинкеров в калориметрической бомбе энергозатраты не снижаются по сравнению с алитовыми клинкерами [12]. Подробнее результаты соответствующих исследований Чернобаев опубликовал в монографии, изданной в России [13]. Отметим, что на его работы до настоящего описания не было ни одной ссылки в отечественной патентной и научно-технической литературе. Зато на результаты Чернобаева сослался Р.Богг (США) в 1955 г. в своей классической монографии по химии портландцемента [14], ставшей, по мнению ряда исследователей, “главной книгой XX века в данной области” (X.Кальеха, Ч.Джилиоли, X.Учикава). Богг объяснил данные Чернобаева и, следовательно, Осокина и др. тем, что при обжиге белитовых клинкеров возрастает толщина белитовых оболочек на реагирующих между собой в клинкерном расплаве частицах обжигаемого материала. Этим вызывается рост энергии активации реакций минералообразования в связи с увеличением высоты диффузионных барьеров, приводящий к повышению требуемых энергозатрат, что компенсирует упомянутую разность энергозатрат на декарбонатизацию в тепловом балансе. Богг указывает, что именно по этой причине в формулах для расчета производительности вращающихся печей нет факторов, связанных с химическим составом сырьевой смеси. Последнее положение, верное в 1955 г., сохраняет свою справедливость и сегодня: до сих пор не существует расчетных формул, связывающих производительность клинкерообжигательных печей любых типов со значениями КН обжигаемых в них портландцементных клинкеров. Более того, в одной из исследовательских работ наблюдался прирост удельного расхода топлива при обжиге белитовых клинкеров. Таковы данные М.Т.Власовой, В.Н.Кальяновой и одного из авторов данного изобретения: при проведении длительных, продолжавшихся более восьми месяцев опытов по непрерывному обжигу во вращающихся печах мокрого способа белитовых клинкеров (КН 0,76-0,8), включающих не более 1% по массе свободного оксида кальция (СаОсвоб), с жесткой отбраковкой продукции, не удовлетворявшей последнему показателю (НИИЦемент, научно-технический отчет, М.: 1960). В этих опытах было установлено не только отсутствие экономии технологического топлива, но и его перерасход по сравнению с алитовыми клинкерами, обусловленный тем, что слой белитового клинкера во вращающейся печи является более пористым по сравнению с алитовым, хуже прогревается факелом горения топлива, и случайное отклонение режима работы печи, сопровождающееся появлением в указанном клинкере СаОсвоб в сверхнормативном количестве, приводит к длительному выпуску некондиционной продукции, причем попытки устранить это явление традиционным длительным увеличением расхода топлива (в течение 24-48 часов) в печи не дают положительного результата, и в таком случае было легче прекратить обжиг, выгрузить из печи весь недожженный материал и начать обжиг заново. Все это и привело к перерасходу технологического топлива (по сравнению с обжигом алитового клинкера) при многомесячном обжиге белитового портландцементного клинкера в условиях жесткого контроля качества последнего. По длительности ни один из экспериментов, упомянутых в последнем обзоре [11], не приближался к опытам Власовой и сотр. и - самое главное - ни один из них не сопровождался столь жестким контролем качества белитового клинкера.A known method of manufacturing a belite Portland cement clinker, comprising preparing a cement raw material mixture of carbonate, aluminosilicate and ferrous ingredients, firing it before sintering in a rotary kiln and cooling the obtained belite clinker, characterized in that the firing of the raw material mixture is carried out with significant savings in process fuel [8] . The fuel economy effect according to the links given is due to a decrease in the proportion of carbonate ingredient in the raw material mixture for calcining belite clinkers compared to alitic clinkers and, consequently, a decrease in energy consumption for decarbonization of raw materials in the heat balance of the furnace. However, the classical calculation schemes of such a balance, on which these works relied, are now outdated, since they do not take into account what has become obvious (as a result of the work of B. Entin et al. [6, 7], as well as V.I. Shein, T .Yu.Shchetkina and their employees - see, for example, the work of one of their students [9]) the cyclical nature of a number of mineral formation reactions. Without taking into account these high-temperature cyclic reactions, namely, by the heat of dissolution of the corresponding clinkers in mixtures of nitric and hydrofluoric acids, it was found that the chemical energy “stored” in the clinker minerals of belite clinker is 1580-1690 kJ / kg against 1900-1910 kJ / kg - in minerals of alite clinker, or 13-17% lower. But it was found that it should not be identified with energy consumption for firing belite and alite Portland cement clinkers, equal, as shown by the experiments of their sintering in a calorimetric bomb, respectively 720 and 726 kJ / kg, that is, almost the same [10]. The last group of researchers from the Russian Technical University named after D.I.Mendeleev, headed by A.P. Osokin, this result seemed unexpected, because in many domestic and foreign works the aforementioned point of view was held on the possibility of saving fuel on firing by reducing the KN value of Portland cement clinker or firing of whiteite clinkers (see, for example, the latest review in this area by Albats et al. [11]). However, in foreign literature on this issue, in fact, the opposite point of view prevails, supported by the results of the aforementioned calorimetric studies of Osokin and employees. It was first expressed by domestic researchers D.A. Chernobaev and G.A. Vologdin in 1912 in a paper published on the submission of Acad. A. Le Chatelier in the Reports of the French Academy of Sciences, where they reported that when firing belite clinkers in a calorimetric bomb, energy consumption does not decrease compared to alite clinkers [12]. Chernobaev published the results of relevant studies in more detail in a monograph published in Russia [13]. Note that before his present description there was not a single reference to his work in the domestic patent and scientific literature. But the results of Chernobaev were cited by R. Bogg (USA) in 1955 in his classic monograph on the chemistry of Portland cement [14], which, in the opinion of a number of researchers, became “the main book of the 20th century in this area” (H. Calieha, C. Gilioli , X. Uchikawa). Bogg explained the data of Chernobaev and, therefore, Osokin et al. That the firing of belite clinkers increases the thickness of the belite shells on the particles of the material to be fired that react with each other in the clinker melt. This causes an increase in the activation energy of mineral formation reactions in connection with an increase in the height of diffusion barriers, leading to an increase in the required energy consumption, which compensates for the mentioned difference in energy consumption for decarbonization in the heat balance. Bogg points out that it is for this reason that there are no factors in the formulas for calculating the productivity of rotary kilns related to the chemical composition of the raw material mixture. The last statement, true in 1955, remains valid today: there are still no design formulas that relate the performance of clinker kilns of any type with the KN values of the Portland cement clinkers burned in them. Moreover, in one of the research papers there was an increase in specific fuel consumption during firing of belite clinkers. These are the data of M.T. Vlasova, V.N. Kalyanova and one of the authors of this invention: during long-term, lasting more than eight months, experiments on continuous firing in the rotary kilns of the wet method of belite clinker (KN 0.76-0.8), including not more than 1% by weight of free calcium oxide (CaO svob ), with a strict rejection of products that did not meet the latter indicator (NIIITsement, scientific and technical report, M .: 1960). In these experiments, it was found not only that there is no saving in process fuel, but also its overspending compared to alitic clinkers, due to the fact that the layer of belite clinker in a rotary kiln is more porous compared to alitic clinkers, the fuel combustion torch heats up worse, and a random deviation of the mode the operation of the furnace, accompanied by the appearance in the indicated clinker of CaO freedom in excess amounts, leads to a prolonged production of substandard products, and attempts to eliminate this phenomenon are traditional a continuous long increase in fuel consumption (within 24-48 hours) in the furnace does not give a positive result, and in this case it was easier to stop the firing, unload all the unfinished material from the furnace and start firing again. All this led to the over-consumption of process fuel (as compared to the burning of alite clinker) during many months of firing of belite Portland cement clinker under conditions of strict quality control of the latter. By duration, none of the experiments mentioned in the last review [11] came close to the experiments of Vlasova et al. and - most importantly - not one of them was accompanied by such strict quality control of belite clinker.
Известен также способ изготовления белитового портландцементного клинкера, включающий подготовку цементной сырьевой смеси из карбонатного, алюмосиликатного и железистого ингредиентов, ее обжиг до спекания во вращающейся печи и охлаждение полученного белитового клинкера, характеризующийся тем, что охлаждение указанного клинкера ведут с максимально достижимой скоростью (более 100 градусов Цельсия в минуту) для получения предельно удаленного от равновесия состава фаз указанного клинкера [15]. Этот способ действительно повышает качество белитового клинкера, но он с трудом поддается реализации в промышленных условиях, поскольку ему свойственны описанные выше трудности с соблюдением нормативного уровня СаОсвоб в белитовом клинкере.There is also known a method of manufacturing a belite Portland cement clinker, comprising preparing a cement raw material mixture from carbonate, aluminosilicate and ferrous ingredients, firing it before sintering in a rotary kiln, and cooling the obtained belite clinker, characterized in that said clinker is cooled at the maximum achievable speed (more than 100 degrees Celsius per minute) to obtain the phase composition of the specified clinker extremely remote from the equilibrium [15]. This method really improves the quality of belite clinker, but it is difficult to implementation in an industrial environment, since it is characterized by the above-described difficulties in complying with the standard level of CaO in svob belite clinker.
Наиболее близким к настоящему изобретению является способ изготовления белитового портландцементного клинкера, включающий подготовку цементной сырьевой смеси из карбонатного, алюмосиликатного и железистого ингредиентов, ее обжиг до спекания во вращающейся печи с факельным сжиганием технологического топлива, пылеподавлением и охлаждением полученного белитового клинкера, характеризующийся тем, что обжиг указанной цементной сырьевой смеси ведут в окислительной атмосфере до формирования первого клинкерного расплава при (1250-1280)°С в обжигаемом материале и кристаллизации из него клинкерных минералов при следующем соотношении фаз в готовом белитовом клинкере, мас.%:Closest to the present invention is a method of manufacturing a whitish Portland cement clinker, comprising preparing a cement raw material mixture of carbonate, aluminosilicate and ferrous ingredients, firing it before sintering in a rotary kiln with flaring process fuel, dust suppression and cooling of the obtained belite clinker, characterized in that the specified cement raw mix is conducted in an oxidizing atmosphere until the formation of the first clinker melt at (1250-1280) ° C in Gigue material therefrom and crystallization of clinker minerals with the following ratio of phases in the finished belite clinker, wt.%:
Свободный оксид кальция (СаОсвоб) 0,5-3Free calcium oxide (CaO svob) 0.5-3
Белит (β -C2S) 40-48Belite (β -C 2 S) 40-48
Алит (СзS) 15-35Alite (C s S) 15-35
Трехкальциевый алюминат (С3А) 0,01-7Tricalcium aluminate (C 3 A) 0.01-7
Алюмоферритная фаза (C4AF) 8-18Aluminoferritic phase (C 4 AF) 8-18
причем в состав указанной сырьевой смеси вводят гипс в качестве стабилизатора для белита в количестве 1-5 мас.%, а выделение пыли из печи составляет 10-15% массы клинкера [16]. Пылеподавление в данном случае обусловлено тем, что цементная сырьевая смесь для указанного белитового клинкера содержит больше глины, чем для алитового. Это уменьшает вынос пыли из тех зон вращающейся печи, в которых свойства глины скреплять частицы обжигаемого материала преобладают над истиранием при движении указанного материала вдоль печи. Кроме того, снижение содержания карбонатного компонента, уменьшая содержание СО3 в отходящих газах и общий объем последних, снижает скорость течения газов в печи, что, как известно [2], пропорционально уменьшает пылевыделение. Минимум пылевыделения - 10% в техническом решении по ближайшему аналогу соответствует именно белитовому клинкеру [16, s. 362].moreover, gypsum is introduced into the composition of the specified raw material mixture as a stabilizer for belite in an amount of 1-5 wt.%, and dust emission from the furnace is 10-15% of the clinker mass [16]. Dust suppression in this case is due to the fact that the cement raw mix for the specified belite clinker contains more clay than for alite. This reduces the removal of dust from areas of the rotary kiln in which the properties of clay to bind the particles of the calcined material prevail over abrasion when the specified material moves along the kiln. In addition, a decrease in the carbonate component content, decreasing the CO 3 content in the exhaust gases and the total volume of the latter, reduces the gas flow rate in the furnace, which, as is known [2], proportionally reduces dust emission. The minimum dust emission - 10% in the technical solution for the closest analogue corresponds exactly to the belite clinker [16, s. 362].
Задачей изобретения в части способа изготовления белитового портландцементного клинкера с пылеподавлением при его обжиге является полная ликвидация пылеобразования в печи при обжиге белитового портландцементного клинкера, при существенном снижении энергозатрат на обжиг и снижении сопротивляемости указанного клинкера измельчению.The objective of the invention in terms of a method of manufacturing a portite cement clinker with dust suppression during its firing is the complete elimination of dust formation in the furnace during firing of a portland cement clinker, with a significant reduction in energy consumption for firing and reducing the resistance of the specified clinker to grinding.
Указанная задача решается тем, что в способе изготовления белитового портландцементного клинкера с пылеподавлением при его обжиге, включающем подготовку цементной сырьевой смеси, содержащей карбонатный, алюмосиликатный и железистый ингредиенты, ее обжиг до спекания во вращающейся печи с факельным сжиганием технологического топлива и охлаждение полученного белитового портландцементного клинкера, содержащего свободный оксид кальция (СаОсвоб), белит (β -C2S), алит (С3S), трехкальциевый алюминат (С3А) и алюмоферритную фазу (C4AF), обжиг указанной цементной сырьевой смеси ведут в нейтральной атмосфере при содержании кислорода в отходящих газах вращающейся печи в пределах 0,2-0,7 мас.% до формирования первого клинкерного расплава при 1050-1170°С на основе смеси CaO - С, CaO· 2Fe2O3 - СF2, R2O· Fe2O3 - RF, R2O· Al2O3 - RA в обжигаемом материале с частичной грануляцией последнего и кристаллизацией из указанного расплава СаОсвоб дендритной и точечной микроструктуры и последующего образования из указанного расплава второго клинкерного расплава эвтектического состава при 1230-1270°С с грануляцией полученного из него клинкера при следующих соотношениях основных фаз в последнем, мас.%:This problem is solved by the fact that in the method of manufacturing belitovogo Portland cement clinker with dust suppression during its firing, including the preparation of a cement raw material mixture containing carbonate, aluminosilicate and ferrous ingredients, its firing before sintering in a rotary kiln with flaring of the technological fuel and cooling of the obtained whitish portland cement wedge containing free calcium oxide (CaO svob ), belite (β-C 2 S), alite (C 3 S), tricalcium aluminate (C 3 A) and aluminoferrite phase (C 4 AF), roasting The cementitious raw material mixture is conducted in a neutral atmosphere with an oxygen content in the exhaust gases of a rotary kiln in the range of 0.2-0.7 wt.% until the formation of the first clinker melt at 1050-1170 ° С based on a mixture of CaO - С, CaO · 2Fe 2 O 3 - CF 2 , R 2 O · Fe 2 O 3 - RF, R 2 O · Al 2 O 3 - RA in the calcined material with partial granulation of the latter and crystallization of the free dendritic and point microstructure from the indicated CaO melt and subsequent formation from the specified the melt of the second clinker melt of eutectic composition at 1230-1270 ° C with granulation floor chennogo therefrom clinker at the following ratios of the main phases in the latter, wt.%:
Указанный СаОсвоб 5-25Specified CaO freedom 5-25
β -C2S 40-60β -C 2 S 40-60
С3S 1-10C 3 S 1-10
С3А 0,01-10C 3 A 0.01-10
C4AF 8-20C 4 AF 8-20
В варианте изобретения карбонатный и алюмосиликатный ингредиенты указанной сырьевой смеси и тонкость их помола выбирают по критерию, по крайней мере, частичного перекрытия при обжиге температурных интервалов декарбонатизации карбонатного и дегидроксилирования алюмосиликатного ингредиентов указанной сырьевой смеси при массовом соотношении этих компонентов, соответствующем коэффициенту насыщения известью указанной сырьевой смеси в пределах 0,5-0,6, а обжиг до спекания ведут до достижения пористости указанного белитового клинкера 35-47 об.%.In an embodiment of the invention, the carbonate and aluminosilicate ingredients of the specified raw material mixture and the fineness of their grinding are selected according to the criterion of at least partial overlapping during firing of the temperature ranges of decarbonation of the carbonate and dehydroxylation of the aluminosilicate ingredients of the specified raw mixture with the mass ratio of these components corresponding to the lime saturation coefficient of the specified raw mixture in the range of 0.5-0.6, and firing before sintering is carried out until the porosity of the specified belite clinker 35-47 about.%.
В другом варианте изобретения берут указанную сырьевую смесь, характеризующуюся глиноземным модулем в пределах 0,05-0,8.In another embodiment of the invention take the specified raw material mixture, characterized by an alumina module in the range of 0.05-0.8.
В следующем варианте изобретения факел горения технологического топлива во вращающейся печи при обжиге указанного белитового клинкера приближают к сегменту обжигаемого материала, доводя центральный угол указанного сегмента до 115-125°, а подачу топлива регулируют вплоть до достижения полной прозрачности печной атмосферы.In a further embodiment of the invention, the combustion torch of the process fuel in a rotary kiln during firing of said belite clinker is brought closer to the segment of the fired material, bringing the central angle of the indicated segment to 115-125 °, and the fuel supply is regulated until the furnace atmosphere is completely transparent.
Сущность изобретения в части способа изготовления белитового портландцементного клинкера заключается в сверхраннем образовании первого клинкерного расплава, а именно около 1050°С, проявляющего скрепляющие свойства при предплавлении по правилу Таммана, то есть при температуре, в среднем на 15% ниже точки плавления, а именно при 895°С, тем самым почти полностью перекрывая температурный диапазон декарбонатизации карбонатного ингредиента цементной сырьевой смеси, составляющий (870-930)°С - по данным дифференциального термического анализа (ДТА), или примерно (920-1010)°С - в производственной вращающейся печи - с эндотермическим эффектом плавления по сравнению с контрольной смесью при обжиге обычного алитового клинкера по графику кривой температуры корпуса печи с поправкой на теплопоглощение огнеупорной футеровкой. Декарбонатизация “всухую”, то есть в отсутствие клинкерного расплава в печи, происходящая нередко со взрывным разрушением частиц карбонатного компонента цементной сырьевой смеси, известная из уровня техники, - основная причина пылеобразования в клинкерообжигательных печах и соответственно - дымного шлейфа из труб цементных заводов. Связующие свойства указанного первого клинкерного расплава позволяют подавить пылеобразование в печи при изготовлении белитового портландцементного клинкера согласно изобретению вплоть до пылеуноса в размерах 2-3% массы клинкера против пылеуноса на уровне 10-15% массы выходящего из печи клинкера, известного из уровня техники.The essence of the invention in terms of a method of manufacturing a whitish Portland cement clinker is the early formation of the first clinker melt, namely about 1050 ° C, exhibiting fastening properties when melting according to the Tamman rule, that is, at a temperature of 15% lower than the melting point, on average 895 ° C, thereby almost completely covering the temperature range of decarbonization of the carbonate ingredient of the cement raw material mixture, comprising (870-930) ° C - according to differential thermal analysis (DTA), Whether about (920-1010) ° C - in the production of the rotary kiln - a melting endothermic effect compared with the control mixture at normal firing schedule Alitova clinker furnace body temperature curve corrected for the heat absorption of the refractory lining. Decarbonation “dry”, that is, in the absence of clinker melt in the furnace, which often occurs with explosive destruction of particles of the carbonate component of the cement raw material mixture, known from the prior art, is the main cause of dust formation in brick kiln and, accordingly, smoke plume from pipes of cement plants. The binding properties of the first clinker melt indicated above make it possible to suppress dust formation in the furnace during the manufacture of the Belite Portland cement clinker according to the invention, up to dust collector in the amount of 2-3% of the mass of clinker versus dust collector at a level of 10-15% of the mass of clinker exiting the prior art.
Основной фактор, определяющий появление и указанное проявление полезных свойств низкотемпературного общеклинкерного расплава - это в данном случае свободный оксид кальция (СаОсвоб), оставляемый в белитовом клинкере согласно изобретению, соединение которого с двухкальцевым ферритом кальция (СF2), ферритами щелочных металлов, преимущественно натрия (RF), алюминатами щелочных металлов, преимущественно калия (RA), переходящее в конце стадии в твердый раствор оксида кальция (СаО) с двухкальциевым ферритом (С2F) конечного состава 18,5 СаО· Fе2О3 с вытеснением остальных оксидов, является основой первого клинкерного расплава. Этот расплав отличается от известных первичных расплавов, образующихся в присутствии минерализаторов, тем, что последние представляют собой поверхностно-активные пленки, окружающие частицы обжигаемого материала и разделяющие их между собой, обладая минимальными связующими свойствами [17], тогда как первый расплав в указанном обжигаемом материале на основе цементной сырьевой смеси согласно изобретению представляет собой объемную жидкую фазу, пропитывающую зерна материала и скрепляющую их в первичные (“белые”) гранулы, соответствующие нижнему температурному интервалу образования расплава, переходящие затем без разрушения в нормальные клинкерные гранулы, формирующиеся на основе первичных гранул после образования и пропитки их вторым клинкерным расплавом эвтектического состава. Белые гранулы можно увидеть, если временно погасить факел горения топлива и дать этим первичным гранулам появиться на выходе из печи. Роль нейтральной атмосферы, соответствующей содержанию кислорода в отходящих газах (0,2-0,7) мас.% и минимальному коэффициенту избытка воздуха а (в пределах 1,01-1,03), при котором существующие нормы [18] не допускают обжига обычного портландцементного клинкера (требуется а в пределах 1,05-1,15 [1]), заключается в более высокой реакционной способности и меньших размерах иона Fe2+ по сравнению с ионом Fe3+. Это не только ускоряет образование указанного первого расплава, но и позволяет ионам железа (II) благодаря их меньшему диаметру быстрее занимать дефекты по Шоттки (вакансии) в кристаллической решетке СаОсвоб, формируя сначала СF2, а затем C18,5F, усиливая связующие свойства указанного клинкерного расплава и гранулообразование. Именно это в значительной степени подавляет пыление в печи, поскольку происходит в наиболее опасной по пылеобразованию зоне указанной печи - в зоне декарбонатизации.The main factor that determines the appearance and the above expression of the useful properties of low-temperature obscheklinkernogo melt - is in this case free of calcium oxide (CaO svob) leaving a belite clinker according to the invention, a compound which with dvuhkaltsevym calcium ferrite (CF 2), ferrites of alkali metals, preferably sodium (RF), aluminates of alkali metals, mainly potassium (RA), passing at the end of the stage into a solid solution of calcium oxide (CaO) with dicalcium ferrite (C 2 F) with a final composition of 18.5 CaO · Fe 2 O 3 with the displacement of the remaining oxides, it is the basis of the first clinker melt. This melt differs from the known primary melts formed in the presence of mineralizers in that the latter are surface-active films surrounding the particles of the calcined material and separating them from each other, having minimal binding properties [17], while the first melt in the specified calcined material based on the cement raw material mixture according to the invention is a bulk liquid phase impregnating the grains of the material and fastening them into primary (“white”) granules, corresponding to the lower temperature range the formation of melt fracture without passing then into normal clinker granules are formed from the primary granules after their formation and impregnating the second clinker melt eutectic composition. White granules can be seen by temporarily extinguishing the fuel burning torch and allowing these primary granules to appear at the exit of the furnace. The role of a neutral atmosphere, corresponding to the oxygen content in the exhaust gases (0.2-0.7) wt.% And the minimum coefficient of excess air a (within 1.01-1.03), in which existing standards [18] do not allow firing conventional Portland cement clinker (required and in the range of 1.05-1.15 [1]), is a higher reactivity and smaller size of the Fe 2+ ion compared to the Fe 3+ ion. This not only accelerates the formation of the indicated first melt, but also allows iron (II) ions, due to their smaller diameter, to more quickly occupy Schottky defects (vacancies) in the CaO free crystal lattice, forming first CF 2 and then C 18.5 F, strengthening the binders properties of the specified clinker melt and granulation. It is this that significantly suppresses dusting in the furnace, since it occurs in the most hazardous dust generation zone of the specified furnace - in the decarbonization zone.
Следует отметить, что нейтральный характер печной атмосферы в данном случае характеризуется содержанием кислорода в отходящих газах вращающихся печей, поскольку это наиболее просто определяемый на практике параметр. Указанное содержание согласно изобретению поддерживают в пределах (0,2-0,7) мас.% против (1,0-1,8) мас.% в нормальной окислительной атмосфере в зависимости от вида топлива (твердого, жидкого, газообразного [19]), причем с переходом от первого вида топлива к последнему нормативное содержание кислорода в отходящих газах печи в указанных пределах постепенно возрастает как при известном уровне техники (по [19]), так и в способе согласно изобретению.It should be noted that the neutral nature of the furnace atmosphere in this case is characterized by the oxygen content in the exhaust gases of rotary kilns, since this is the most easily determined parameter in practice. The specified content according to the invention is maintained in the range of (0.2-0.7) wt.% Against (1.0-1.8) wt.% In a normal oxidizing atmosphere depending on the type of fuel (solid, liquid, gaseous [19] ), and with the transition from the first type of fuel to the last, the standard oxygen content in the furnace exhaust gases gradually increases within the specified limits both with the prior art (according to [19]) and in the method according to the invention.
Дендритная или точечная микроструктура свободного оксида кальция, генерируемого при кристаллизации жидкой фазы, обуславливает его высокую гидратационную активность, а примесь в нем железа определяет отсутствие свободных валентностей, которые имеются у свободной извести, входящей в качестве нежелательной примеси в состав обычного портландцементного клинкера, и вызывают раздражение слизистых оболочек у обслуживающего персонала, в частности слезоотделение. При обжиге белитового клинкера по способу согласно изобретению этого явления не наблюдается, и как его обжиг, так и помол осуществляются без каких-либо неудобств для производственного персонала.The dendritic or point microstructure of free calcium oxide generated during crystallization of the liquid phase determines its high hydration activity, and the admixture of iron in it determines the absence of free valencies that are found in free lime, which is an undesirable impurity in conventional Portland cement clinker, and causes irritation mucous membranes in the staff, in particular tearing. When firing a belite clinker by the method according to the invention, this phenomenon is not observed, and both its firing and grinding are carried out without any inconvenience to the production personnel.
В варианте изобретения учитывается дополнительный фактор, снижающий пылеобразование в печи до уровня менее 2% массы указанного клинкера, путем предотвращения взрывной декарбонатизации частиц указанной сырьевой смеси в связи с перекрытием или частичным совпадением температурных интервалов декарбонатизации известкового и дегидроксилизации алюмосиликатного ингредиентов указанной смеси, что определяется подбором состава сырьевых материалов. Согласно Хедваллу [20] совпадение температурных интервалов разложения ингредиентов при обжиге цементной сырьевой смеси ускоряет твердофазные реакции между ними (эффект Хедвалла), что в рассматриваемых условиях уменьшает пылеобразование благодаря формированию оболочек из продуктов реакции, скрепляющих взаимодействующие частицы карбонатного и алюмосиликатного ингредиентов. Так, мела обычно декарбонатизируются при (830-920)° С (по данным ДТА) или при (850-970)°С во вращающейся печи, а монтмориллонитовые глины дегидроксилируются при (770-840)°С (по данным ДТА) или при (820-900)°С во вращающейся печи. Подбирая сырьевые ингредиенты, включающие мела и аналогичные глины, можно дополнительно снизить пылевыделение при обжиге портландцементного клинкера согласно изобретению. Изменение тонкости помола указанных сырьевых ингредиентов смещает указанные температурные интервалы их разложения, причем рост дисперсности - в сторону понижения граничных значений указанных температур, а снижение - в сторону их повышения. Таким образом, интервал разложения более тонкого карбонатного ингредиента в большей степени перекрывает интервал разложения алюмосиликатного ингредиента, что способствует более заметному снижению пылеобразования в печи. Это снижение наиболее заметно в указанном интервале значений КН указанной сырьевой смеси в пределах 0,5-0,81, при общей пористости спекаемого белитового клинкера в пределах (35-47)%, что является весьма высоким уровнем по сравнению с известным из уровня техники - (18-24)% [21] и объясняется пониженной огневой усадкой обжигаемого материала при указанных выше значениях КН указанной сырьевой смеси по способу согласно изобретению.In an embodiment of the invention, an additional factor is taken into account, which reduces dust generation in the furnace to less than 2% of the mass of the specified clinker by preventing explosive decarbonization of particles of the specified raw mix due to overlapping or partial coincidence of the temperature ranges of decarbonization of lime and dehydroxylation of aluminosilicate ingredients of the specified mixture, which is determined by the selection of the composition raw materials. According to Hadwall [20], the coincidence of the temperature ranges of the decomposition of the ingredients during firing of the cement raw material mixture accelerates the solid-phase reactions between them (the Hadwall effect), which under the considered conditions reduces dust formation due to the formation of shells from reaction products that bind the interacting particles of carbonate and aluminosilicate ingredients. So, chalk is usually decarbonized at (830-920) ° С (according to DTA) or at (850-970) ° С in a rotary kiln, and montmorillonite clays are dehydroxylated at (770-840) ° С (according to DTA) or at (820-900) ° C in a rotary kiln. By selecting raw ingredients including chalk and similar clays, it is possible to further reduce dust emission during the firing of the Portland cement clinker according to the invention. A change in the fineness of grinding of these raw ingredients shifts the indicated temperature ranges of their decomposition, with an increase in dispersion - in the direction of lowering the boundary values of these temperatures, and a decrease - in the direction of increasing them. Thus, the decomposition interval of the finer carbonate ingredient to a greater extent covers the decomposition interval of the aluminosilicate ingredient, which contributes to a more noticeable reduction in dust formation in the furnace. This decrease is most noticeable in the indicated range of KH values of the specified raw material mixture in the range of 0.5-0.81, with a total porosity of sintered belite clinker in the range of (35-47)%, which is a very high level compared to the prior art - (18-24)% [21] and is explained by reduced fire shrinkage of the calcined material at the above KN values of the specified raw material mixture according to the method according to the invention.
В следующем варианте изобретения принимастся во внимание, что прирост относительного содержания железа в составе плавней в обжигаемой сырьевой смеси, определяемый диапазоном значений глиноземного модуля в ее составе 0,05-0,7, примерно на (15-40)° С снижает температуру появления первичного клинкерного расплава при обжиге указанного белитового клинкера, что, в свою очередь, способствует снижению пылеобразования в печи.In a further embodiment of the invention, it is taken into account that the increase in the relative iron content in the melt in the calcined raw material mixture, determined by the range of the alumina module in its composition from 0.05-0.7, reduces the primary appearance temperature by about (15-40) ° С clinker melt during firing of the specified belite clinker, which, in turn, helps to reduce dust formation in the furnace.
В варианте изобретения учитывается, что усиление лучистого теплообмена между факелом горения топлива во вращающейся печи, осуществляемое путем приближения факела горения топлива к сегменту обжигаемого материала, снижает расход топлива и, следовательно, количество и скорость движения отходящих газов в печи. Последнему способствует уменьшение содержания СO2 в печной атмосфере в связи с понижением доли карбоната кальция в цементной сырьевой смеси, рассчитанной на обжиг указанного белитового клинкера. Прирост содержания ионов Fe2+ благодаря попаданию части обжигаемого материала в периферию факела горения топлива и общей нейтральной печной атмосфере в данном случае позволяет, понижая расход топлива, ускорять процесс его горения ввиду увеличения доступности факела для вторичного воздуха, что, повышая температуру в зоне спекания печи, приводит к приближению зоны образования первого клинкерного расплава к головке печи и соответственно - к зоне образования второго клинкерного расплава. Это при наличии эффекта Хедвалла и при тонком помоле сырьевой смеси и выполнении других, упомянутых выше режимных параметров способа, согласно изобретению приводит к полной прозрачности печной атмосферы, определяемой тем, что при временном выключении факела горения топлива с головки печи отчетливо видны детали цепной завесы в печах мокрого способа производства, причем полностью отсутствует пылевой выброс из печи даже при полностью отключенных пылеосадительных устройствах на тракте отходящих газов. Это последнее наблюдается и при обжиге указанного клинкера в печах сухого способа производства.An embodiment of the invention takes into account that the enhancement of radiant heat transfer between the fuel combustion torch in a rotary kiln by bringing the fuel combustion torch closer to the segment of the material to be fired reduces fuel consumption and, consequently, the amount and speed of exhaust gases in the furnace. The latter contributes to a decrease in the content of CO 2 in the furnace atmosphere in connection with a decrease in the proportion of calcium carbonate in the cement raw material mixture, calculated on the calcination of the specified belite clinker. An increase in the content of Fe 2+ ions due to the ingress of part of the material to be burned to the periphery of the fuel flame and the general neutral furnace atmosphere in this case allows, by lowering fuel consumption, to accelerate the combustion process due to the increased availability of the flame to secondary air, which increases the temperature in the sintering zone of the furnace , leads to the approach of the zone of formation of the first clinker melt to the furnace head and, accordingly, to the zone of formation of the second clinker melt. This, in the presence of the Hadwall effect and in fine grinding of the raw material mixture and the other process parameters mentioned above, according to the invention, leads to complete transparency of the furnace atmosphere, which is determined by the fact that when the fuel flame is temporarily turned off from the furnace head, the details of the chain curtain in the furnaces are clearly visible wet production method, and there is completely no dust emission from the furnace even with completely disabled dust precipitation devices on the exhaust gas path. This latter is also observed when firing the specified clinker in dry process furnaces.
К этому следует добавить, что когда упомянутые первичные “белые” гранулы попадают в зону формирования второго общеклинкерного расплава, их продвижение вдоль продольной оси печи замедляется. При этом образуется “холм” из обжигаемого материала во второй зоне спекания печи, близкой к головке печи. За упомянутым холмом, глядя со стороны факела горения топлива, в виде второй яркой зоны во вращающейся печи видна первичная зона спекания обжигаемого материала белитового состава, а позади нее - все продольное сечение печи, вплоть до цепных завес в начальной части вращающейся печи мокрого способа производства. Таким образом, частичное перекрытие двух ярких зон печи с помощью регулирования расхода технологического топлива после вхождения печи в рабочий режим согласно изобретению впервые становится возможным регулировать с помощью визуального контроля, без выключения факела горения топлива. При этом, как правило, первичные светло-серые (“белые”) гранулы обжигаемого материала пропитываются вторым, высокотемпературным расплавом без их разрушения. Пропитка начинается с их наружных зон и протекает весьма быстро, гораздо быстрее, чем при обжиге алитовых клинкеров, очевидно, в связи с повышенной пористостью белитового клинкера и большей подвижностью расплава по сравнению с наблюдаемыми при обжиге алитовых клинкеров. Это позволяет ускорить продвижение по печи обжигаемого материала, повысить производительность печи при одновременном полном исключении клинкерного пыления как во вращающейся печи, так и в клинкерном холодильнике. В результате достигается главный технический эффект изобретения, одновременно являющийся и главным элементом его неожиданности, - полное отсутствие пылеобразования при обжиге клинкера во вращающейся печи.It should be added that when the mentioned primary “white” granules fall into the zone of formation of the second all-clinker melt, their progress along the longitudinal axis of the furnace slows down. In this case, a “hill” is formed from the calcined material in the second sintering zone of the furnace, close to the furnace head. Behind the said hill, looking from the side of the fuel burning torch, in the form of a second bright zone in the rotary kiln, the primary sintering zone of the calcined material of the white composition is visible, and behind it is the entire longitudinal section of the kiln, right up to chain curtains in the initial part of the rotary kiln of the wet production method. Thus, the partial overlap of two bright zones of the furnace by adjusting the flow of process fuel after the furnace enters the operating mode according to the invention for the first time becomes possible to adjust by visual inspection, without turning off the fuel flame. In this case, as a rule, the primary light gray (“white”) granules of the calcined material are impregnated with a second, high-temperature melt without their destruction. Impregnation begins with their outer zones and proceeds very quickly, much faster than during the burning of alite clinkers, obviously, due to the increased porosity of the belite clinker and greater mobility of the melt compared to those observed during the burning of alite clinkers. This allows you to accelerate the progress of the calcined material through the furnace, to increase the productivity of the furnace while completely eliminating clinker dusting both in the rotary kiln and in the clinker cooler. As a result, the main technical effect of the invention is achieved, which is at the same time the main element of its unexpectedness - the complete absence of dust formation during clinker burning in a rotary kiln.
Сущность изобретения становится более ясной из примера его осуществления.The invention becomes clearer from an example of its implementation.
Пример 1.Example 1
Исходные сырьевые материалы:Raw materials:
- карбонатный ингредиент: мел состава (мас.%): п.п.п.42, 29; SiO2 1,61; Аl2О3 0,69; Fе2O3 0,33; СаО 54,10; MgO 0,38; SO3 0,25; сумма 99,65, примеси - остальное, интервал температур декарбонатизации в состоянии порошка с 10% остатка на сите №02: (855-920)°С;- carbonate ingredient: chalk composition (wt.%): pp 42, 29; SiO 2 1.61; Al 2 O 3 0.69; Fe 2 O 3 0.33; CaO 54.10; MgO 0.38; SO 3 0.25; the sum of 99.65, impurities - the rest, the temperature range of decarbonization in the state of the powder with 10% residue on sieve No. 02: (855-920) ° C;
- алюмосиликатный ингредиент: глина состава (мас.%): п.п.п.5,33; SiO2 67,07; Аl2О3 12,48; Fе2О3 5,08; СаО 2,82; MgO 2,25; SO3 1,96; R2О 2,65; сумма 99,64, примеси - остальное, интервал температур дегидроксилизации в состоянии порошка с 1% остатка на сите №02: (775-860)°С;- aluminosilicate ingredient: clay composition (wt.%): pp 5.33; SiO 2 67.07; Al 2 O 3 12.48; Fe 2 O 3 5.08; CaO 2.82; MgO 2.25; SO 3 1.96; R 2 O 2.65; the sum of 99.64, impurities - the rest, the temperature range of dehydroxylation in the state of the powder with 1% residue on sieve No. 02: (775-860) ° C;
- железистый ингредиент: пиритные огарки состава (мас.%): п.п.п.0; SiO2 8,18; Аl2О3 2,02; Fе2O3 79,68; СаО 1,84; MgO 1,33; SO3 4,99; сумма 98,04, примеси - остальное.- glandular ingredient: pyrite cinder composition (wt.%): p.p. 0; SiO 2 8.18; Al 2 O 3 2.02; Fe 2 O 3 79.68; CaO 1.84; MgO 1.33; SO 3 4.99; amount 98.04; impurities - the rest.
Для получения клинкера и цемента согласно предлагаемому способу в качестве клинкерообжигательной печи используют вращающуюся печь диаметром 3,6 и длиной 70 м с факельным сжиганием природного газа с теплотой сгорания примерно 6700 ккал/кг, или примерно 28000 кДж/кг.To obtain clinker and cement according to the proposed method, a rotary kiln with a diameter of 3.6 and a length of 70 m with flaring of natural gas with a calorific value of about 6700 kcal / kg, or about 28000 kJ / kg, is used as a clinker kiln.
В первой серии опытов при обжиге контрольной сырьевой смеси с тонкостью помола по остатку на сите №02 2,8-3 мас.% средняя производительность печи по клинкеру в контрольном режиме согласно ближайшему аналогу составила 12 т/ч, а при обжиге сырьевой смеси с той же тонкостью помола для получения белитового портландцементного клинкера согласно изобретению - 13,6 т/ч (+13 мас.%), при следующих средних характеристиках контрольного портландцементного клинкера (КК-1) и указанного белитового клинкера согласно изобретению (БК-1):In the first series of experiments, when firing a control feed mixture with a fineness of grinding according to the residue on sieve No. 02 of 2.8-3 wt.%, The average productivity of the furnace for clinker in the control mode according to the closest analogue was 12 t / h, and when firing the feed mixture with that the same fineness of grinding to obtain a Portite cement clinker according to the invention is 13.6 t / h (+ 13 wt.%), with the following average characteristics of a Portland cement clinker (KK-1) and said belite clinker according to the invention (BK-1):
КК-1: КН 0,91, n 1,93, p 1,03; минералогический состав (по В.А.Кинду, маc.%): С3S 58, C2S 16; С3А 5,5; C4AF 16; СаОсвоб 0,7, примеси - остальное;KK-1: KH 0.91, n 1.93, p 1.03; mineralogical composition (according to V.A. Kind, wt.%): C 3 S 58, C 2 S 16; C 3 A 5.5; C 4 AF 16; CaO free 0.7, impurities - the rest;
БК-1: КН 0,53, n 2,14, p 0,72; минералогический состав (мас.%): С3S 10, C2S 52; С3А 1; C4AF 14; СаОсвоб 14,5, примеси - остальное.BK-1: KH 0.53, n 2.14, p 0.72; mineralogical composition (wt.%): C 3 S 10, C 2 S 52; C 3 A 1; C 4 AF 14; CaO freedom 14.5, impurities - the rest.
При обжиге в условиях ДТА контрольной сырьевой смеси для получения контрольного клинкера появление общеклинкерного расплава с помощью характеристики электропроводности выше уровня 4· 10-8 Ом-1/см-1 зафиксировано при 1250°С. При обжиге в тех же условиях сырьевой смеси согласно изобретению указанный уровень электропроводности достигается дважды: в первый раз при 1070° С, затем, после временного снижения, во второй раз при 1245°С.When firing in DTA conditions of the control feed mixture to obtain a control clinker, the appearance of a general clinker melt using an electrical conductivity characteristic above the level of 4 · 10 -8 Ohm -1 / cm -1 was recorded at 1250 ° C. When firing under the same conditions of the raw material mixture according to the invention, the indicated level of electrical conductivity is achieved twice: for the first time at 1070 ° C, then, after a temporary decrease, for the second time at 1245 ° C.
Режим обжига контрольного клинкера и указанного белитового клинкера в первой серии опытов характеризуется расположением горелки для сжигания газа в печи по ее центральной оси. Центральный угол сегмента обжигаемого материала при обжиге контрольного клинкера равен 90°, при обжиге указанного белитового клинкера 116°. Содержание кислорода в отходящих газах при обжиге контрольного клинкера соответствует норме: (1,3-1,5) мас.% [22]; при обжиге указанного белитового клинкера путем уменьшения разрежения содержание кислорода снижено до (0,2-0,5) мас.%. При сканировании температуры корпуса печи было установлено следующее:The firing mode of the control clinker and said belite clinker in the first series of experiments is characterized by the location of the gas burner in the furnace along its central axis. The central angle of the segment of calcined material during firing of the control clinker is 90 °, while firing the specified belite clinker 116 °. The oxygen content in the exhaust gases during firing of the control clinker corresponds to the norm: (1.3-1.5) wt.% [22]; when firing the specified belite clinker by reducing the vacuum, the oxygen content is reduced to (0.2-0.5) wt.%. When scanning the temperature of the furnace body, the following was established:
- в режиме обжига контрольного клинкера: один минимум температуры корпуса со снижением на 30°С по сравнению с соседними участками - на расстоянии 10-11 м от головки печи, где фиксируется начало зоны спекания с соответствующим “холмом” обжигаемого материала - благодаря эндотермическому эффекту плавления части обжигаемого материала и замедлению в этой зоне его движения вдоль оси указанной печи;- in the control clinker firing mode: one minimum of the body temperature with a decrease of 30 ° C compared to neighboring sections - at a distance of 10-11 m from the furnace head, where the beginning of the sintering zone with the corresponding “hill” of the fired material is fixed - due to the endothermic melting effect parts of the material to be fired and deceleration in this zone of its movement along the axis of the specified furnace;
- в режиме обжига указанного белитового клинкера: два минимума температуры корпуса - со снижением на 18°С по сравнению с соседними участками - на расстоянии 18-19 м от головки печи, где отмечается окончание зоны декарбонатизации и первая (“белая”) грануляция обжигаемого материала, и со снижением на 23°С - на расстоянии 12-13 м от головки печи, где отмечается вторая (“нормальная”) грануляция обжигаемого материала с соответствующими “холмами” обжигаемого материала в связи с замедлением его продвижения вдоль печи.- in the firing mode of the indicated belite clinker: two minima of the body temperature - with a decrease of 18 ° C compared to neighboring sections - at a distance of 18-19 m from the furnace head, where the end of the decarbonization zone and the first (“white”) granulation of the fired material are noted , and with a decrease of 23 ° C - at a distance of 12-13 m from the furnace head, where the second (“normal”) granulation of the calcined material with the corresponding “hills” of the calcined material is noted in connection with the slowdown of its movement along the furnace.
При выпуске “белого” клинкера из печи через лючок, расположенный в конце зоны декарбонатизации, было зафиксировано в нем содержание свободного оксида кальция в пределах 22-26 мас.%; петрографический анализ гранул с их укреплением канифольной пропиткой позволил обнаружить характерные активные, преимущественно дендритные формы кристаллизации свободного оксида кальция. Рентгенофазовый анализ этих гранул после растирания до порошка показал присутствие белита, в основном в β -модификации, практическое отсутствие С3А, наличие ферритов Са и щелочных металлов; присутствия RA не было установлено. После 20-минутного отключения факела горения топлива “белый” клинкер был выпущен через обрез печи в холодильник; в пробе, отобранной с обреза печи, содержание свободного оксида кальция снизилось до 18-20 мас.%, а у свободного оксида кальция, кроме дендритных, обнаруживаются точечные формы, явно представляющие собой продукт частичного плавления дендритов в клинкерном расплаве. В результате исследования готового белитового клинкера согласно изобретению при помощи петрографического анализа было установлено присутствие алита и белита в количествах, примерно соответствующих приведенным выше расчетным данным; наличие С3А и щелочных алюминатов и ферритов фиксировалось в виде следов. В нормально обожженном указанном белитовом клинкере содержание свободного оксида кальция в среднем составило, как уже упоминалось, 14 мас.%.When the “white” clinker was discharged from the furnace through a hatch located at the end of the decarbonization zone, the content of free calcium oxide was recorded in it within 22–26 mass%; The petrographic analysis of granules with their strengthening by rosin impregnation made it possible to detect characteristic active, mainly dendritic forms of crystallization of free calcium oxide. X-ray phase analysis of these granules after grinding to powder showed the presence of belite, mainly in β-modification, the practical absence of C 3 A, the presence of Ca and alkali metals; the presence of RA has not been established. After a 20-minute shutdown of the fuel burning torch, the “white” clinker was released through the furnace edge into the refrigerator; in the sample taken from the sawn-off shotgun of the furnace, the content of free calcium oxide decreased to 18-20 wt.%, and in free calcium oxide, in addition to dendritic, point forms are clearly observed, which are clearly the product of partial melting of dendrites in a clinker melt. As a result of the study of the finished belite clinker according to the invention by means of petrographic analysis, the presence of alite and belite was found in amounts approximately corresponding to the above calculated data; the presence of C 3 A and alkaline aluminates and ferrites was recorded in the form of traces. In the normally calcined said belite clinker, the content of free calcium oxide averaged, as already mentioned, 14 wt.%.
Определение безвозвратного пылеуноса в пробах отходящих газов печи (без использования осадительных устройств) позволило зафиксировать наличие пыли в отходящих газах в следующих количествах (г/м3): при обжиге контрольного клинкера 22,4 и указанного белитового клинкера 1,8, что на порядок ниже.Determination of the irrevocable dust collector in the furnace exhaust gas samples (without the use of precipitation devices) made it possible to detect the presence of dust in the exhaust gases in the following amounts (g / m 3 ): during firing of the control clinker 22.4 and the specified belite clinker 1.8, which is an order of magnitude lower .
Во второй серии опытов при обжиге сырьевой смеси тонкостью помола по остатку на сите №02 1,8-2 мас.% средняя производительность печи по клинкеру в контрольном режиме согласно ближайшему аналогу составила 12,5 т/ч, а по белитовому портландцементному клинкеру согласно изобретению - 15,2 т/ч (+22 мас.%), при следующих средних характеристиках контрольного портландцементного клинкера (КК-2) и указанного белитового клинкера согласно изобретению (БК-2):In the second series of experiments when firing the raw mix with fineness of grinding according to the residue on sieve No. 02, 1.8-2 wt.%, The average productivity of the kiln for clinker in the control mode according to the closest analogue was 12.5 t / h, and for the belite portland cement clinker according to the invention - 15.2 t / h (+22 wt.%), With the following average characteristics of the control Portland cement clinker (KK-2) and the specified belite clinker according to the invention (BK-2):
КК-2: КН 0,92, n 1,98, p 1,00; минералогический состав (по В.А.Кинду, мас.%): С3S 60, C2S 15; С3А 5,5; C4AF 15; СаОсвоб 0,5, примеси - остальное;KK-2: KH 0.92, n 1.98, p 1.00; mineralogical composition (according to V.A. Kind, wt.%): C 3 S 60, C 2 S 15; C 3 A 5.5; C 4 AF 15; CaO free 0.5, impurities - the rest;
БК-2: КН 0,74, n 2,10, p 0,74; минералогический состав (мас.%): C3S 4, C2S 58; С3А 1; C4AF 14; СаОсвоб 12,5, примеси - остальное.BK-2: KH 0.74, n 2.10, p 0.74; mineralogical composition (wt.%): C 3 S 4, C 2 S 58; C 3 A 1; C 4 AF 14; CaO freedom 12.5, impurities - the rest.
При обжиге в условиях ДТА контрольной сырьевой смеси для получения контрольного клинкера появление общеклинкерного расплава с помощью характеристики электропроводности выше уровня 4· 10-8 Ом-1/см-1 зафиксировано при 1245° С. При обжиге в тех же условиях сырьевой смеси согласно изобретению указанный уровень электропроводности достигается дважды: в первый раз при 1050°С, затем, после незначительного снижения, во второй раз при 1225°С, однако, при этом можно считать, что, начиная с 1050°С, в обжигаемой сырьевой смеси согласно изобретению непрерывно присутствует клинкерный расплав, поскольку имеется ионная составляющая проводимости.When firing in the DTA conditions of the control feed mixture to obtain a control clinker, the appearance of a general clinker melt using a conductivity characteristic above the level of 4 · 10 -8 Ohm -1 / cm -1 was recorded at 1245 ° C. When firing under the same conditions of the feed mixture according to the invention, said the conductivity level is achieved twice: for the first time at 1050 ° C, then, after a slight decrease, for the second time at 1225 ° C, however, it can be considered that, starting from 1050 ° C, in the calcined raw material mixture according to the invention is continuously risutstvuet clinker melt because there ionic conduction component.
Режим обжига указанного белитового клинкера во второй серии опытов характеризуется расположением горелки для сжигания газа в печи, приближенным к сегменту обжигаемого материала по нормали к его поверхности примерно на треть расстояния от центральной оси таким образом, чтобы при выбранном уровне производительности печи центральный угол сегмента обжигаемого материала составил 123°. Содержание кислорода в отходящих газах при обжиге данного клинкера соответствует величине: (0,3-0,7) мас.% при том же уровне разрежения, что и в первой серии опытов. Параметры обжига контрольного клинкера (КК-2) оставлены соответствующими первой серии опытов. При сканировании температуры корпуса печи были установлены:The firing mode of the specified belite clinker in the second series of experiments is characterized by the location of the gas burner in the furnace, close to the segment of the material being fired along the normal to its surface by about a third of the distance from the central axis so that, at the selected level of furnace productivity, the central angle of the segment of fired material 123 °. The oxygen content in the exhaust gases during firing of this clinker corresponds to: (0.3-0.7) wt.% At the same vacuum level as in the first series of experiments. The firing parameters of the control clinker (KK-2) were left consistent with the first series of experiments. When scanning the temperature of the furnace body, the following were installed:
- в режиме обжига контрольного клинкера: один минимум температуры корпуса со снижением на 20°С по сравнению с соседними участками - на расстоянии 11-12 м от головки печи, где фиксируется начало зоны спекания с соответствующим “холмом” обжигаемого материала - благодаря эндотермическому эффекту плавления части обжигаемого материала и замедлению в этой зоне его движения вдоль оси указанной печи;- in the control clinker firing mode: one minimum of the body temperature with a decrease of 20 ° C compared to neighboring sections - at a distance of 11-12 m from the furnace head, where the beginning of the sintering zone with the corresponding “hill” of the fired material is fixed - due to the endothermic melting effect parts of the material to be fired and deceleration in this zone of its movement along the axis of the specified furnace;
- в режиме обжига указанного белитового клинкера: пологий минимум температуры корпуса - со снижением на 15°С по сравнению с соседними участками - на расстоянии 13-20 м от головки печи; это соответствует образованию непрерывной зоны спекания с постепенным переходом от окончания зоны декарбонатизации и первой (“белой”) грануляции обжигаемого материала ко второй (“нормальной”) грануляции обжигаемого материала при отсутствии “холмов” обжигаемого материала в связи с ускорением его продвижения вдоль печи, что положительно сказалось на повышении производительности последней. В нормально обожженном указанном белитовом клинкере содержание свободного оксида кальция в среднем составило, как уже упоминалось, 12,5 мас.%.- in the firing mode of the specified belite clinker: a gentle minimum of the body temperature - with a decrease of 15 ° C compared with neighboring sections - at a distance of 13-20 m from the furnace head; this corresponds to the formation of a continuous sintering zone with a gradual transition from the end of the decarbonization zone and the first (“white”) granulation of the calcined material to the second (“normal”) granulation of the calcined material in the absence of “hills” of the calcined material due to the acceleration of its movement along the furnace, which had a positive effect on increasing the productivity of the latter. In the normally calcined said belite clinker, the content of free calcium oxide averaged, as already mentioned, 12.5 wt.%.
Определение безвозвратного пылеуноса в пробах отходящих газов печи (без использования осадительных устройств) позволило зафиксировать во второй серии опытов наличие пыли в отходящих газах в следующих количествах (г/м3): при обжиге контрольного клинкера 20,3 и указанного белитового клинкера 0,3, что соответствует отсутствию пылеобразования в печи, причем пылевой шлейф из печи, очень слабо выраженный в первой серии опытов при обжиге клинкера согласно изобретению, полностью исчез при обжиге указанного клинкера во второй серии опытов. При взгляде с головки печи, несмотря на горение топлива, при данном режиме обжига была отчетливо видна цепная завеса вблизи холодного конца печи, с колебаниями очертаний цепей, вызванными конвективными токами вполне прозрачной печной атмосферы.Determination of the irrevocable dust collector in the furnace exhaust gas samples (without the use of precipitation devices) made it possible to fix the presence of dust in the exhaust gases in the second series of experiments in the following amounts (g / m 3 ): during firing of the control clinker 20.3 and the specified belite clinker 0.3, which corresponds to the absence of dust formation in the furnace, and the dust loop from the furnace, very weakly expressed in the first series of experiments when firing the clinker according to the invention, completely disappeared when firing the specified clinker in the second series of experiments. When viewed from the furnace head, despite the burning of fuel, in this firing mode, a chain curtain was clearly visible near the cold end of the furnace, with fluctuations in the outlines of the chains caused by convective currents of a completely transparent furnace atmosphere.
Измерения общей пористости указанного клинкера, выходящего с обреза печи в первой и второй сериях опытов, являются наиболее удобным методом определения степени спекания белитового клинкера согласно изобретению и соответственно его готовности. Они осуществляются с использованием обычного метода взвешивания клинкерной гранулы (вес p1), ее парафинирования, повторного взвешивания (вес с парафином р2) и затем гидростатического взвешивания в воде (р3), позволяющего вычислить общую пористость гранулы клинкера по формуле:Measurements of the total porosity of said clinker leaving the furnace edge in the first and second series of experiments are the most convenient method for determining the degree of sintering of a belite clinker according to the invention and, accordingly, its readiness. They are carried out using the usual method of weighing a clinker granule (weight p 1 ), waxing it, re-weighing (weight with paraffin p 2 ) and then hydrostatic weighing in water (p 3 ), which allows to calculate the total porosity of the clinker granule according to the formula:
где ε - пористость, %;where ε is the porosity,%;
ρ пар - плотность парафина (в среднем 0,85 г/см3);ρ steam - the density of paraffin (on average 0.85 g / cm 3 );
ρ клин - плотность указанного белитового клинкера, определяемая пикнометрическим методом, в частности, стандартным [23]. Согласно полученным данным, по контрасту с общей пористостью обычного алитового клинкера, равной (18-24)%, пористость указанного белитового клинкера с гидратационно активной свободной известью составляет в первой серии опытов (42-46)%, а во второй серии опытов (37-41)%. Это соответствует насыпной массе клинкера в емкости объемом 1 л примерно 1,15-1,2 кг против 1,45-1,5 кг у контрольного алитового клинкера.ρ wedge is the density of the indicated belite clinker determined by the pycnometric method, in particular, the standard one [23]. According to the data obtained, in contrast to the total porosity of an ordinary alite clinker equal to (18-24)%, the porosity of this belite clinker with hydration-active free lime is in the first series of experiments (42-46)%, and in the second series of experiments (37- 41)%. This corresponds to a bulk density of clinker in a 1 liter tank of about 1.15-1.2 kg versus 1.45-1.5 kg in a control alite clinker.
При принятии удельного расхода топлива на обжиг контрольного клинкера КК-1 в первой серии опытов за 100%, расход топлива на обжиг второго контрольного клинкера КК-2 составляет 97%, а белитовых клинкеров, полученных по способу согласно изобретению в первой серии опытов (БК-1) в среднем 78%, а во второй серии опытов (БК-2) - в среднем 72%. Соответственно сопротивляемость измельчению этих клинкеров по времени достижения удельной поверхности 300±50 м2/кг в стандартизованной лабораторной мельнице МБЛ-1 [24] составляет: КК-1 58 мин, КК-2 53 мин, БК-1 24 мин, БК-2 22 мин, что соответствует более чем двукратному повышению размалываемости клинкеров согласно изобретению.When taking the specific fuel consumption for firing the control clinker KK-1 in the first series of experiments for 100%, the fuel consumption for firing the second control clinker KK-2 is 97%, and the belite clinkers obtained by the method according to the invention in the first series of experiments (BK- 1) an average of 78%, and in the second series of experiments (BK-2) - an average of 72%. Accordingly, the grinding resistance of these clinkers by the time to reach the specific surface of 300 ± 50 m 2 / kg in the standardized laboratory mill MBL-1 [24] is: KK-1 58 min, KK-2 53 min, BK-1 24 min, BK-2 22 min, which corresponds to more than a twofold increase in the grindability of clinkers according to the invention.
Отметим, что при работе указанной печи в других режимах, а именно при выходящем за указанные пределы {(0,2-0,7) мас.%} содержания кислорода в отходящих газах, слишком раннем образовании первого клинкерного расплава (при температуре ниже 1050° С), при меньшем или большем содержании свободной извести в указанном белитовом клинкере по сравнению с указанными пределами {(5-25) мас.%} и соответственно большем или меньшем содержании алита в последнем по сравнению с указанными пределами {(3-10) мас.%} указанные выше преимущества изобретения перед уровнем техники снижаются в связи с неблагоприятными изменениями микроструктуры СаОсвоб в указанном клинкере и его плотности, а также неблагоприятным влиянием других факторов. Так, при пористости указанного клинкера выше 47%, что характерно для восстановительного режима обжига клинкера (при содержании кислорода в отходящих газах указанной печи менее 0,2 мас.%), начинается клинкерное пыление в печи и теряется преимущество пылеподавления; при содержании кислорода в отходящих газах выше 0,7 мас.% и глиноземном модуле указанной сырьевой смеси выше 0,8 возникают кольца в печи, затрудняющие обжиг, снижающие производительность печи, растет плотность указанного белитового клинкера (пористость падает ниже 35 об.%) и снижается размалываемость клинкера. Кроме того, при росте содержания свободной извести сверх 25 мас.% часть С3А переходит в маргинальный С12А7, снижающий прочностные показатели цемента и долговечность бетона. Подобно этому, при КН ниже 0,5 снижается размалываемость указанного белитового клинкера и возрастает вероятность присутствия C12A7 взамен С3А в этом клинкере с указанными выше неблагоприятными последствиями. При КН выше 0,81 состав белитового клинкера приближается к обычному портландцементному клинкеру с соответствующими последствиями для технико-экономических эффектов изобретения. Наконец, без приближения факела горения топлива к обжигаемому материалу (при величине центрального угла сегмента последнего в указанной печи около максимума 110°, известного из уровня техники [25]), не достигается необходимого прироста производительности указанной печи по сравнению с уровнем техники.Note that when the specified furnace operates in other modes, namely, when the oxygen content in the exhaust gases exceeds the specified limits ((0.2-0.7) wt.%}, The first clinker melt is formed too early (at a temperature below 1050 ° C), with a lower or higher content of free lime in the specified belite clinker compared to the specified limits {(5-25) wt.%} And, accordingly, a higher or lower alite content in the latter compared to the specified limits {(3-10) wt. .%} the above advantages of the invention over the level of technology and reduced due to unfavorable changes in the microstructure of CaO svob in said clinker and its density, as well as adverse influence of other factors. So, when the porosity of said clinker is higher than 47%, which is typical for the reducing regime of clinker burning (when the oxygen content in the exhaust gases of the specified furnace is less than 0.2 wt.%), Clinker dusting starts in the furnace and the advantage of dust suppression is lost; when the oxygen content in the exhaust gases is higher than 0.7 wt.% and the alumina module of the specified raw material mixture is higher than 0.8, rings appear in the furnace, which impede firing, reduce the productivity of the furnace, the density of said belite clinker increases (porosity drops below 35 vol.%) and clinker grinding is reduced. In addition, with an increase in the content of free lime in excess of 25 wt.%, Part C 3 A goes into marginal C 12 A 7 , which reduces the strength characteristics of cement and the durability of concrete. Similarly, at a KH below 0.5, the grindability of the indicated belite clinker decreases and the likelihood of the presence of C 12 A 7 instead of C 3 A in this clinker with the above adverse effects increases. When KN is higher than 0.81, the composition of the belite clinker approaches the usual Portland cement clinker with the corresponding consequences for the technical and economic effects of the invention. Finally, without approaching the fuel combustion flame to the material to be fired (when the central angle of the segment of the latter in the specified furnace is about a maximum of 110 °, known from the prior art [25]), the required increase in productivity of the specified furnace is not achieved compared with the prior art.
Из приведенных данных следует, что впервые за 90-летнюю историю эксплуатации указанной печи наблюдалось полное отсутствие при обжиге клинкера пылевого шлейфа из 25-метровой трубы, что воспринималось внешними наблюдателями не иначе как результат аварийной остановки печи. Замеры показали достижение без фильтров концентрации пыли в выбросе, которая была в 3-5 раз ниже предельно допустимой концентрации ее в атмосфере после фильтров, что свидетельствует об отсутствии пылевыделения при обжиге и охлаждении указанного клинкера. Это сопровождается значительным приростом производительности печи по сравнению с обжигом алитового клинкера - в среднем на 25 мас.%, с максимумом до 28 мас.% - при среднем содержании свободного оксида кальция в продукте обжига (8-15) мас.% и выбросах за пределы указанного диапазона до содержания СаОсвоб не менее 5 и не более 25 мас.%.From the above data it follows that for the first time in the 90-year history of operation of this furnace, there was a complete absence of a dust loop from a 25-meter pipe during clinker firing, which was perceived by external observers as the result of an emergency stop of the furnace. The measurements showed the achievement without filters of the concentration of dust in the emission, which was 3-5 times lower than the maximum permissible concentration in the atmosphere after the filters, which indicates the absence of dust emission during firing and cooling of the specified clinker. This is accompanied by a significant increase in furnace productivity compared to burning alite clinker - on average by 25 wt.%, With a maximum of up to 28 wt.% - with an average content of free calcium oxide in the firing product (8-15) wt.% And emissions outside the specified range to the content of CaO freedom not less than 5 and not more than 25 wt.%.
Из полученных результатов следует, что при соотношении алитового и белитового компонентов в готовом цементе от 3:1 до 2:1 итоговый прирост усредненной производительности печи составляет от 8 до 15 мас.% при примерно 30-кратном и более снижении безвозвратного пылеуноса из печи.From the obtained results it follows that when the ratio of alite and belite components in the finished cement is from 3: 1 to 2: 1, the final increase in the average productivity of the furnace is from 8 to 15 wt.% With approximately 30-fold or more reduction of the irrevocable dust extractor from the furnace.
Изложенное показывает, что по способу согласно изобретению получен белитовый портландцементный клинкер, технологический процесс производства которого характеризуется весьма существенным снижением как затрат топлива, так и пылеуноса из печей по сравнению с обжигом нормального алитового портландцементного клинкера. Это - главный элемент неожиданности и новизны настоящего изобретения в части способа изготовления белитового портландцементного клинкера с пылеподавлением при его обжиге по сравнению с уровнем техники. Указанный белитовый портландцементный клинкер, в противоположность белитовым клинкерам, известным из уровня техники, характеризуется также примерно двукратно повышенной размалываемостью по сравнению с обычным алитовым портландцементным клинкером. Это - второй элемент неожиданности и новизны изобретения в указанной его части.The foregoing shows that, according to the method according to the invention, a belite Portland cement clinker is obtained, the production process of which is characterized by a very significant reduction in both fuel consumption and dust extraction from furnaces compared to firing normal alite Portland cement clinker. This is the main element of the surprise and novelty of the present invention in terms of a method of manufacturing a portite cement Portland cement clinker with dust suppression during its firing compared to the prior art. The specified belite Portland cement clinker, in contrast to the belite clinkers known in the prior art, is also characterized by approximately twice as high grindability as compared with conventional alite Portland cement clinker. This is the second element of the surprise and novelty of the invention in its specified part.
Таким образом, указанный способ изготовления белитового портландцементного клинкера с пылеподавлением при его обжиге согласно изобретению обладает существенными преимуществами по сравнению с известными из уровня техники, характеризуясь элементами новизны и являясь более экономичным по расходу технологического топлива, имея экологические преимущества в связи со снижением загрязнений окружающей среды и будучи многовариантным, не требующим жесткой привязки к узкой сырьевой базе или конструкциям вращающихся печей, что существенно для снижения себестоимости продукции и конкурентоспособности в условиях рыночной экономики.Thus, this method of manufacturing a dustproof suppression clinker Portland cement clinker according to the invention has significant advantages over the prior art, characterized by novelty elements and is more economical in the consumption of process fuel, having environmental advantages due to the reduction of environmental pollution and being multivariate, not requiring tight binding to a narrow raw material base or designs of rotary kilns, which is essential for I am reducing production costs and competitiveness in a market economy.
Обусловленные этим способом технологические преимущества связаны с указанными характеристиками получаемого белитового клинкера и его преимуществами, выявляемыми благодаря эффективному составу цемента на основе указанного клинкера.The technological advantages associated with this method are associated with the indicated characteristics of the obtained belite clinker and its advantages, revealed due to the effective composition of cement based on the specified clinker.
Известен цемент, включающий, наряду с алитовым портландцементным клинкером, также белитовый портландцементный клинкер, называемый поликлинкерным цементом (термин “поликлинкерный” введен в [26]). Основная идея подобных цементов, как указано в последнем источнике, высказанная еще в 1940 г. С.Д.Четвериковым (Гипроцемент, Ленинград), заключается в том, что в поликлинкерном цементе уменьшаются недостатки клинкеров-компонентов и цементов на их основе: ускоряется твердение белитового компонента (С.Д.Окороковым доказано ускорение гидратации белита в присутствии алита [2]), а у алитового компонента снижается избыточное тепловыделение, способствующее самовысушиванию бетонов, особенно в условиях тепловлажностной обработки в не полностью насыщенной водяным паром атмосфере.Cement is known, including, along with alite Portland cement clinker, also a belite Portland cement clinker, called poly-clinker cement (the term “poly-clinker” was introduced in [26]). The main idea of such cements, as indicated in the last source, expressed back in 1940 by S.D. Chetverikov (Giprocement, Leningrad), is that in polyclinker cement the disadvantages of clinker components and cements based on them are reduced: hardening of whiteite is accelerated component (S. D. Okorokov proved the acceleration of hydration of belite in the presence of alite [2]), and the alite component decreases excessive heat generation, which promotes self-drying of concrete, especially in conditions of heat and moisture treatment in which we are not completely gap of water vapor atmosphere.
Аналогом настоящего изобретения является поликлинкерный цемент, предложенный И. В. Кравченко и др. [27], в котором указанные выше алитовый и белитовый компоненты размалывают раздельно, а затем перемешивают. Полученный таким образом поликлинкерный цемент по показателям скорости твердения (начальной прочности) и прочности в поздние сроки твердения (28 суток), определяемым в стандартных цементно-песчаных образцах согласно [28], превосходит как алитовый, так и белитовый компоненты, из которых он состоит, взятые в мас. соотношении 3:1. При этом гидравлическая активность (прочность стандартно изготовленных образцов из цементно-песчаного раствора состава цемент: песок 1:3 по массе в 28-суточном возрасте после нормального хранения в течение 1 суток - в воздушно-влажной среде и 27 суток - в воде при 20±3° С) поликлинкерного цемента превышает активность цемента на основе алитового клинкера примерно на 5 МПа, а активность цемента на основе белитового клинкера - на 12-15 МПа [29]. Экономии топлива на обжиг клинкера при этом практически не наблюдается, но гидравлическая активность поликлинкерного цемента на по крайней мере на одну ступень (марку, класс) превышает гидравлическую активность любого из компонентов. Такой поликлинкерный цемент в 1967-1972 гг. выпускался на цемзаводе “Большевик” Вольской группы в качестве высокопрочного портландцемента, имеющего по современной оценке прочностных показателей марку 600 [30] или класс 52,5 [31].An analogue of the present invention is a multi-clinker cement proposed by I. V. Kravchenko et al. [27], in which the above alite and belite components are ground separately and then mixed. Polyclinker cement obtained in this way in terms of hardening speed (initial strength) and strength in the later stages of hardening (28 days), determined in standard cement-sand samples according to [28], surpasses both the alite and belite components of which it consists, taken in wt. 3: 1 ratio. At the same time, hydraulic activity (strength of standardly manufactured samples from a cement-sand mortar of the composition cement: sand 1: 3 by weight at 28 days of age after normal storage for 1 day in an air-moist environment and 27 days in water at 20 ± 3 ° C) of multi-clinker cement exceeds the activity of cement based on alite clinker by about 5 MPa, and the activity of cement based on alitic clinker by 12-15 MPa [29]. There is practically no fuel economy for clinker firing, but the hydraulic activity of poly-clinker cement is at least one step higher (grade, grade) than the hydraulic activity of any of the components. Such a multi-clinker cement in 1967-1972 was produced at the Bolshevik cement plant of the Volsky group as a high-strength Portland cement, which, according to a modern assessment of strength indicators, has a grade of 600 [30] or a class of 52.5 [31].
Принимая во внимание целесообразность не только повышения качества цемента, но и снижения энергозатрат на производство цемента, Л.Я.Гольдштейном в 1986 г. был предложен наиболее близкий к настоящему изобретению поликлинкерный цемент (прототип) на основе совместно смолотых белитового и алигового клинкеров, отвечающих по составу значениям КН соответственно 0,78-0,85 и 0,88-0,95 при мас. соотношении белитового и алитового компонентов в оптимальных составах от 1:1 до 1:3 [32]. Содержание гипсового компонента в поликлинкерном цементе не сообщается, но подразумевается, что он вводится в состав этого цемента. Достигаются: экономия суммарного удельного расхода топлива на обжиг обоих клинкеров по сравнению с обжигом обычного портландцементного клинкера с КН около 0,88, соответствующая приросту расчетной суммарной производительности вращающихся печей на 2,5 мас.%, повышение гидравлической активности поликлинкерного цемента на основе смеси указанных белитового и алитового портландцементных клинкеров на 8-12% по сравнению с алитовым компонентом и экономия затрат электроэнергии на помол поликлинкерного цемента состава (белитовый компонент) / (алитовый компонент) 1:3 на 3%. Прирост прочности поликлинкерного цемента по сравнению с алитовым компонентом объясняется [32] более узким гранулометрическим составом поликлинкерного цемента по сравнению с алитовым. Особенностью этого технического решения являются сравнительно небольшие полезные эффекты, хотя прирост гидравлической активности - (8-12)% - достаточно велик. Однако возникающие при изготовлении этого цемента неудобства (необходимость приготовления сырьевых смесей двух составов и обжига двух разных клинкеров - алитового и белитового - с последующей их раздельной подачей и раздельной дозировкой в цементные мельницы) должны иметь свои серьезные оправдания, заключающиеся в достижении значительных эффектов. Указанный выше прирост прочности несколько меньше достигаемого при переходе от выпуска цемента марки 500 (класса 42,5) к цементу марки 600 (класса 52,5), что следует из данных, полученных при простой замене первого цемента вторым в бетонах с приростом прочности последних в среднем на (12-16)% [33]. Именно по этой причине выпуск поликлинкерного портландцемента марки 600 на упомянутом Вольском цементном заводе был заменен в 1972 г. выпуском обычного высокопрочного цемента марки 600 на основе алитового клинкера [34]. Таким образом, промышленная практика свидетельствует о недостаточной конкурентоспособности поликлинкерного цемента, известного из уровня техники, по сравнению с высококачественным алитовым портландцементом.Taking into account the advisability of not only improving the quality of cement, but also reducing energy costs for cement production, L.Ya. Goldstein in 1986 proposed the closest to the present invention polyclinker cement (prototype) based on jointly ground white and aligo clinkers, corresponding to the composition of the values of KH respectively 0.78-0.85 and 0.88-0.95 at wt. the ratio of belite and alite components in optimal compositions is from 1: 1 to 1: 3 [32]. The content of the gypsum component in the polyclinker cement is not reported, but it is understood that it is introduced into the composition of this cement. Achieved: savings in the total specific fuel consumption for firing both clinkers compared to firing a conventional Portland cement clinker with a KN of about 0.88, corresponding to an increase in the estimated total productivity of rotary kilns by 2.5 wt.%, An increase in the hydraulic activity of polyclinker cement based on a mixture of these whiteite and alite Portland cement clinkers by 8-12% compared with the alite component and saving energy costs for grinding poly-clinker cement composition (whiteite component) / (alite vy component) of 1: 3 to 3%. The increase in strength of multi-clinker cement compared to alitic component is explained [32] by the narrower particle size distribution of multi-clinker cement compared to alitic. A feature of this technical solution is the relatively small beneficial effects, although the increase in hydraulic activity - (8-12)% - is quite large. However, the inconvenience arising in the manufacture of this cement (the need to prepare raw mixes of two compositions and roasting two different clinkers - alite and belite - followed by their separate supply and separate dosage in cement mills) should have serious justifications for achieving significant effects. The above increase in strength is slightly less than that achieved during the transition from the production of cement of grade 500 (class 42.5) to cement of grade 600 (class 52.5), which follows from the data obtained by simply replacing the first cement with the second in concrete with an increase in the strength of the latter in an average of (12–16)% [33]. For this reason, the production of polyclinker Portland cement grade 600 at the mentioned Volsky cement plant was replaced in 1972 by the production of ordinary high-strength cement grade 600 based on alite clinker [34]. Thus, industrial practice indicates the lack of competitiveness of multi-clinker cement, known from the prior art, in comparison with high-quality alite Portland cement.
К этому следует добавить, что в предшествующей докладу Гольдштейна на 10-м Международном конгрессе по химии цемента в 1997 г. [32] аналогичной работе Л.Я.Гольдштейна несколько расширен диапазон заявленных смесей белитового и алитового компонентов по сравнению с упомянутым выше ближайшим аналогом - до диапазонов (5:95)-(65:35) [35]. Из сравнения двух упомянутых работ Гольдштейна [32, 35] видно, что в [35] включено больше неоптимальных составов поликлинкерного цемента, тогда как заявленные эффекты примерно одинаковы в обоих работах.It should be added that in the previous Goldstein report at the 10th International Congress on Cement Chemistry in 1997 [32] similar to the work of L. Ya. Goldstein, the range of declared mixtures of belite and alite components was somewhat expanded compared to the closest analogue mentioned above - to the ranges (5:95) - (65:35) [35]. A comparison of the two mentioned works by Goldstein [32, 35] shows that in [35] more non-optimal compositions of polyclinker cement are included, while the claimed effects are approximately the same in both works.
Отмеченный прирост производительности печей при выпуске отдельных компонентов поликлинкерного цемента, равный согласно Гольдштейну [32] 2,5 мас.%, соответствует при соотношении белитового и алитового компонентов в поликлинкерном цементе 1:1 приросту производительности печей при обжиге белитового клинкера примерно на 5% по сравнению с алитовым. Тем самым Гольдштейн считает приемлемым лишь вдвое пониженный уровень полезного эффекта от обжига белитовых (низкоосновных) клинкеров по сравнению с обжигом алитовых клинкеров, который в обзоре Альбаца и др. [11] в том же сборнике докладов 10-го Международного конгресса по химии цемента (1997) считается равным примерно 10%. И, тем не менее, показатель, приведенный Гольдштейном, также можно считать спорным на основе работ [13] и [14], а также как упомянутых выше равных значений тепловых затрат на обжиг белитового и алитового клинкеров в калориметрической бомбе [10], так и выполненных в производственных условиях, упомянутых выше наблюдений Власовой и др., также подтвердивших по крайней мере равенство указанных тепловых затрат. Не упоминает об экономии топлива при обжиге белитовых клинкеров (со ссылкой на Чернобаева [12]) в своем фундаментальном труде и Р.Барта [26]. Не было установлено наличия этого эффекта и в недавних производственных опытах авторов настоящего изобретения, выполненных на российских цементных заводах в 1998-2002 гг.The marked increase in the productivity of furnaces during the production of individual components of polyclinker cement, which is equal to 2.5 wt.% According to Goldstein [32], corresponds to a ratio of belite and alite components in polyclinker cement of 1: 1 to an increase in the productivity of furnaces during roasting of clite clinker by about 5% compared to with alite. Thus, Goldstein considers acceptable only a half-reduced level of the useful effect of burning belite (low-base) clinkers compared to burning alite clinkers, which in the review by Albats et al. [11] in the same collection of reports of the 10th International Congress on Cement Chemistry (1997 ) is considered equal to approximately 10%. Nevertheless, the indicator given by Goldstein can also be considered controversial on the basis of [13] and [14], as well as the above-mentioned equal values of the heat consumption for firing belite and alite clinkers in a calorimetric bomb [10], and performed under production conditions, the above observations of Vlasova et al., also confirmed at least the equality of the indicated heat costs. He does not mention fuel economy when firing belite clinkers (with reference to Chernobaev [12]) in his fundamental work and R. Bart [26]. The presence of this effect was not found in recent production experiments of the authors of the present invention, performed at Russian cement plants in 1998-2002.
Задачей настоящего изобретения является гораздо более значительное снижение энергозатрат при производстве поликлинкерного цемента благодаря включению в его состав активной минеральной добавки и достижение более высокого прироста прочности такого цемента по сравнению с известным из уровня техники поликлинкерным цементом с активной минеральной добавкой.The objective of the present invention is a much more significant reduction in energy consumption in the production of multi-clinker cement due to the inclusion of an active mineral additive and the achievement of a higher increase in the strength of such cement in comparison with the prior art multi-clinker cement with an active mineral additive.
Указанная задача решается тем, что цемент на основе белитового портландцементного клинкера, изготовленного на основе цементной сырьевой смеси, содержащей карбонатный, алюмосиликатный и железистый ингредиенты, обожженной до спекания во вращающейся печи с факельным сжиганием технологического топлива и пылеподавлением, и охлажденного, полученный совместным помолом указанного клинкера с обожженным отдельно алитовым портландцементным клинкером, включающим алит в количестве 60 мас.%, и гипсовым компонентом, отличающийся тем, что указанная цементная сырьевая смесь обожжена в нейтральной атмосфере при содержании кислорода в отходящих газах вращающейся печи в пределах (0,2-0,7) мас.% с формированием первого клинкерного расплава при (1050-1170)° С на основе смеси С, СF2, RF, RA в обжигаемом материале с частичной грануляцией последнего и кристаллизацией из указанного расплава свободного оксида кальция (СаОсвоб) дендритной и точечной микроструктуры, последующим образованием второго клинкерного расплава эвтектического состава при (1230-1270)°С с грануляцией полученного из него клинкера при следующих соотношениях основных фаз в последнем, мас.%:This problem is solved by the fact that cement based on belite Portland cement clinker, made on the basis of a cement raw material mixture containing carbonate, aluminosilicate and ferrous ingredients, is calcined before sintering in a rotary kiln with torch burning of process fuel and dust suppression, and cooled, obtained by joint grinding of said clinker separately burned with alite Portland cement clinker, including alit in the amount of 60 wt.%, and a gypsum component, characterized in that the cement raw material mixture is calcined in a neutral atmosphere with an oxygen content in the exhaust gases of a rotary kiln within (0.2-0.7) wt.% with the formation of the first clinker melt at (1050-1170) ° C based on a mixture of С, СF 2 , RF, RA in the calcined material with partial granulation of the latter and crystallization from the indicated melt of free calcium oxide (CaO svob ) of the dendritic and point microstructure, followed by the formation of a second clinker melt of eutectic composition at (1230-1270) ° С with granulation of the clinker obtained from it at the following ratios of the main phases in the latter, wt.%:
Указанный СаОсвоб 5-25Specified CaO freedom 5-25
β -C2S 40-60β -C 2 S 40-60
С3S 2-10C 3 S 2-10
С3А 0,01-10C 3 A 0.01-10
C4AF 8-20C 4 AF 8-20
а цемент, полученный совместным помолом указанных компонентов, дополнительно включает активную минеральную добавку с влажностью примерно (3-8) мас.% при следующем соотношении компонентов в цементе, мас.%:and the cement obtained by co-grinding these components further includes an active mineral additive with a moisture content of about (3-8) wt.% in the following ratio of components in cement, wt.%:
Указанный белитовый клинкер 15-30Specified Belite Clinker 15-30
Указанный алитовый клинкер 45-50Specified Alite Clinker 45-50
Указанная активная минеральная добавка 10-35Specified Active Mineral Additive 10-35
Гипсовый компонент 3-10Gypsum component 3-10
с достижением в процессе указанного помола конверсии указанного свободного оксида кальция, содержащегося в указанном белитовом клинкере, в гидроксид кальция, со степенью указанной конверсии (70-98) мас.%.with the achievement in the process of the specified grinding conversion of the specified free calcium oxide contained in the specified belite clinker, calcium hydroxide, with the degree of the specified conversion (70-98) wt.%.
В варианте изобретения в качестве указанного гипсового компонента цемента используют материалы из группы: сульфат кальция-реактив, гипсовый камень, гипсоангидритовый камень, фосфогипс, борогипс, титаногипс или их смеси.In an embodiment of the invention, materials of the group: calcium sulfate reagent, gypsum stone, gypsum anhydrite stone, phosphogypsum, borogypsum, titanogypsum, or mixtures thereof are used as the specified gypsum component of cement.
Сущность изобретения заключается в том, что белитовый компонент поликлинкерного цемента согласно изобретению содержит свободную известь, которая, в отличие от всех известных ее форм, характеризуется благодаря дендритной и/или точечной микроструктуре, столь высокой гидратационной активностью, что успевает почти полностью погаситься, то есть превратиться в гидроксид кальция в процессе совместного помола компонентов цемента за счет гигроскопической влаги, содержащейся в активной минеральной добавке.The essence of the invention lies in the fact that the belitic component of the multi-clinker cement according to the invention contains free lime, which, unlike all its known forms, is characterized by its dendritic and / or point microstructure, with such a high hydration activity that it has almost completely extinguished, i.e. calcium hydroxide during the joint grinding of cement components due to hygroscopic moisture contained in the active mineral additive.
Именно эта особенность предложенного технического решения является главным элементом новизны указанного цемента, содержащего свежеобразованную, особо высокоактивную гашеную известь, локализованную преимущественно в порах частиц белитового клинкера, что, наряду с особо высокой пористостью последнего, способствует значительному приросту размалываемости цемента согласно изобретению и повышению его прочностных показателей. С другой стороны, этот элемент новизны определяет три других преимущества рассматриваемого технического решения:It is this feature of the proposed technical solution that is the main element of the novelty of this cement, containing freshly formed, highly highly active hydrated lime, localized mainly in the pores of particles of belite clinker, which, along with the particularly high porosity of the latter, contributes to a significant increase in the grindability of cement according to the invention and increase its strength properties . On the other hand, this novelty element defines three other advantages of the considered technical solution:
- возможность неполной сушки активной минеральной добавки перед помолом - до влажности (3-8) мас.% против обычно требуемой (0,05-2) мас.%, что соответствует экономии топлива на сушку добавки в размерах примерно 30%; возможность неполной сушки минеральной добавки является, в свою очередь, заметным вкладом в экономический эффект данного технического решения;- the possibility of incomplete drying of the active mineral additives before grinding - to a moisture content of (3-8) wt.% against the usually required (0.05-2) wt.%, which corresponds to fuel economy for drying additives in sizes of about 30%; the possibility of incomplete drying of the mineral additive is, in turn, a significant contribution to the economic effect of this technical solution;
- прирост гидравлической активности цемента по изобретению в сравнении с контрольным цементом без указанного белитового компонента обусловлен в данном случае не только активацией белита в поликлинкерном цементе его алитовым компонентом (в таком случае он не превысил бы скромных величин прироста на 8-12% в соответствии с ближайшим аналогом), но прежде всего активацией твердения белита непосредственно контактирующим с ним гидроксидом кальция, количество которого по массе составляет от одной трети до примерно половины массы белита в поликлинкерном цементе. При этом в продуктах гидратации цемента согласно изобретению преобладают гелеобразные (субмикроволокнистые) гидросиликаты состава С-S-Н (I) с соотношением C/S меньше 1,5 против микроволокнистых гидросиликатов состава С-S-Н (II) с соотношением C/S больше 1,5 - в продуктах гидратации цемента согласно ближайшему аналогу. Этим структурно обусловлен больший прирост гидравлической активности цемента согласно изобретению в сравнении с цементом по ближайшему аналогу (прототипу);- the increase in the hydraulic activity of the cement according to the invention in comparison with the control cement without the specified belite component is due in this case not only to the activation of belite in polyclinker cement by its alite component (in this case, it would not exceed a modest increase by 8-12% in accordance with the nearest analogue), but first of all, by activation of hardening of belite by directly contacting calcium hydroxide, the amount of which by weight is from one third to about half the mass of belite in polik inkernom cement. Moreover, in the cement hydration products according to the invention, gel-like (sub microfiber) hydrosilicates of the С-S-Н (I) composition with a C / S ratio of less than 1.5 are predominant against microfibrous hydrosilicates of the С-S-Н (II) composition with a C / S ratio of more 1,5 - in cement hydration products according to the closest analogue. This structurally determines the greater increase in the hydraulic activity of cement according to the invention in comparison with cement according to the closest analogue (prototype);
- при наличии значительного количества минеральной добавки в составе поликлинкерного цемента согласно изобретению его повышенная прочность объясняется также инициированием пуццолановой реакции между указанной свободной известью и активной минеральной добавкой, начинающейся еще в процессе совместного помола компонентов цемента. Степень этой реакции в образцах 28-суточного возраста, хранившихся в стандартных условиях (см. выше), согласно полученным данным составляет (35-40)% против (15-25)% при твердении пуццоланового портландцемента, известного из уровня техники, чем и объясняется повышенная прочность цемента согласно изобретению по сравнению с известными при равном содержании активной минеральной добавки.- in the presence of a significant amount of a mineral additive in the composition of the multi-clinker cement according to the invention, its increased strength is also explained by the initiation of a pozzolanic reaction between the specified free lime and the active mineral additive, which begins even in the process of joint grinding of the cement components. The degree of this reaction in 28-day-old samples stored under standard conditions (see above), according to the data obtained, is (35-40)% versus (15-25)% when hardening pozzolanic Portland cement, known from the prior art, which explains increased strength of the cement according to the invention in comparison with the known with equal content of active mineral additives.
Необходимым условием этого является влажность активной минеральной добавки в указанных пределах, что полностью противоречит известным нормативам по сушке минеральных добавок при их введении в состав цемента [22, с. 88-106] и является едва ли не более неожиданным, чем необходимость сохранения в составе поликлинкерного цемента значительного содержания свободного оксида кальция.A necessary condition for this is the humidity of the active mineral additive in the specified limits, which completely contradicts the known standards for drying mineral additives when they are introduced into the cement [22, p. 88-106] and is almost more unexpected than the need to maintain a significant content of free calcium oxide in the composition of polyclinker cement.
Введение различных форм гипсового компонента позволяет получить не только обычные в этом случае технические эффекты, но благодаря указанному минералогическому составу смеси белита в белитовом клинкере со свободной известью согласно изобретению и алитового клинкера, действуя по-разному на каждый из этих компонентов, каждая форма гипсового компонента порождает свой, специфический эффект. Так, сульфат кальция двуводный, химически чистый, а также гипсоангидритовый камень благодаря высокой реакционной срособности в присутствии свободной извести в высокоактивной форме способны ввести в составе цементного камня примесь сульфат-иона в гидросиликаты кальция, что существенно облегчает их срастание с гидроалюминатами, гидросульфоалюминатами и другими многоводными гидратами AFm- и AFt-типов. Гипсовый камень, введенный в повышенных количествах, близких к допустимому стандартному пределу 4% массы цемента в пересчете на SO3, способен в присутствии указанных количеств высокоактивной свободной извести к формированию гидратов практически только из AFt-фаз при малых количествах или отсутствии AFm-фаз, что увеличивает прочность цемента и повышает стойкость цементного камня и бетона к воздействиям внешней среды, прежде всего - морозостойкость бетона. Химические гипсы - фосфогипс, борогипс и титаногипс - в присутствии высокоактивной свободной извести теряют свои негативные свойства, поскольку присутствующие в них свободные минеральные кислоты указанная известь практически немедленно связывает в кальциевые соли, оказывающие в качестве электролитов ускоряющее воздействие на твердение цемента согласно изобретению.The introduction of various forms of the gypsum component makes it possible to obtain not only the technical effects that are usual in this case, but due to the indicated mineralogical composition of the mixture of belite in the belite clinker with free lime according to the invention and the alite clinker, acting differently on each of these components, each form of the gypsum component generates its own specific effect. Thus, calcium sulfate is two-water, chemically pure, as well as gypsum anhydrite stone, due to the high reactivity in the presence of free lime in a highly active form, they can add an admixture of sulfate ion to calcium hydrosilicates in the cement stone, which greatly facilitates their coalescence with hydroaluminates, hydrosulfoaluminates and other multi-water hydrates of AFm and AFt types. Gypsum stone, introduced in increased amounts close to the allowable standard limit of 4% of the mass of cement in terms of SO 3 , is capable, in the presence of the indicated amounts of highly active free lime, to form hydrates almost exclusively from AFt phases with small amounts or absence of AFm phases, which increases the strength of cement and increases the resistance of cement stone and concrete to environmental influences, first of all - frost resistance of concrete. Chemical gypsum - phosphogypsum, borogypsum and titanogypsum - in the presence of highly active free lime lose their negative properties, since the free mineral acids present in them lose this lime almost immediately into calcium salts, which, as electrolytes, accelerate the hardening of cement according to the invention.
Изменение соотношения компонентов указанного цемента против изложенного выше, в частности, снижение содержания указанного белитового клинкера до уровня менее 15 мас.% или повышение его содержания сверх 30%, снижение содержания алитового клинкера до уровня менее 45 мас.% или повышение его содержания сверх 50 мас.%, а также снижение содержания указанной активной минеральной добавки до уровня менее 10 мас.% или повышение ее содержания сверх 35 мас.% ухудшают технические свойства цемента согласно изобретению и приближают его к известным из уровня техники. Так, снижение содержания указанной минеральной добавки при повышении содержания указанного белитового компонента, сохраняя в составе цемента значительное количество негашеной извести, снижают его трещиностойкость и долговечность бетона на его основе. Прирост содержания алитового клинкера сверх уровня 50 мас.% приводит к началу замены активации белитового клинкера в процессе твердения цемента согласно изобретению по известковому механизму на активацию по алитовому механизму, что приближает свойства цемента согласно изобретению к свойствам цемента согласно ближайшему аналогу (прототипу), заметно снижая технические эффекты, достигающиеся согласно изобретению и т.п.A change in the ratio of the components of the specified cement against the above, in particular, a decrease in the content of said belite clinker to a level of less than 15 wt.% Or an increase in its content in excess of 30%, a decrease in the content of alite clinker to a level of less than 45 wt.% Or an increase in its content in excess of 50 wt. .%, as well as a decrease in the content of the specified active mineral additives to a level of less than 10 wt.% or an increase in its content in excess of 35 wt.% worsen the technical properties of the cement according to the invention and bring it closer to those known from the level of hniki. Thus, a decrease in the content of the specified mineral additive with an increase in the content of the specified belite component, while maintaining a significant amount of quicklime in the cement composition, reduces its crack resistance and the durability of concrete based on it. An increase in the content of alite clinker above the level of 50 wt.% Leads to the beginning of the replacement of activation of belite clinker in the cement hardening process according to the invention according to the calc mechanism with activation by the alitic mechanism, which brings the cement properties according to the invention closer to the properties of cement according to the closest analogue (prototype), significantly reducing technical effects achieved according to the invention and the like.
Сущность изобретения в части цемента становится более ясной из примера его осуществления.The invention in terms of cement becomes clearer from an example of its implementation.
Пример 2.Example 2
Цемент согласно изобретению и по ближайшему аналогу (прототипу) изготавливают путем совместного помола компонентов в цементных мельницах, в данном случае в лабораторной барабанной мельнице МБЛ-1 двухкамерной, периодического действия, футерованной чугунными бронеплитами, с размерами каждой камеры: длина 0,28 м, диаметр 0,5 м, частота вращения 48 мин-1, мощность привода 1,1 кВт, частота вращения двигателя 930 мин-1, мелющая загрузка на одну камеру (при сумме навесок компонентов по 10 кг в каждую камеру): шары диаметром 60 мм - 6 кг, диаметром 50 мм - 8 кг, диаметром 40 мм - 8 кг, диаметром 30 мм - 8 кг, цильпебс диаметром 20 мм и длиной 32 мм - 25 кг, всего 55 кг. Перед взвешиванием компоненты цементов дробят до фракции 1-2 мм в лабораторной щековой дробилке. Помолом компонентов в этой мельнице изготавливают цементы согласно изобретению.The cement according to the invention and the closest analogue (prototype) is made by co-grinding the components in cement mills, in this case in the laboratory drum mill MBL-1 of a two-chamber, periodic action lined with cast iron armor plates, with the dimensions of each chamber: length 0.28 m, diameter 0.5 m, rotation speed 48 min -1 , drive power 1.1 kW, engine speed 930 min -1 , grinding load per chamber (with the sum of 10 kg of components for each chamber): balls with a diameter of 60 mm - 6 kg, diameter 50 mm - 8 kg, d ametrom 40 mm - 8 kg, with a diameter of 30 mm - 8 kg, cylpebs with a diameter of 20 mm and a length of 32 mm - 25 kg of 55 kg. Before weighing, the components of the cement are crushed to a fraction of 1-2 mm in a laboratory jaw crusher. By grinding the components in this mill, the cements of the invention are made.
Исходные компоненты:Source components:
- алитовый портландцементный клинкер - по примеру 1-КК-2;- alite Portland cement clinker - according to example 1-KK-2;
- белитовый клинкер, изготовленный по способу согласно изобретению - БК-1;- Belite clinker made by the method according to the invention - BK-1;
- активная минеральная добавка: опока состава: п.п.п.17,36; SiO2 52,03; Аl2О3 6,25; Fе2О3 3,54; CaO 17,31; MgO 1,67; SO3 0,05; Nа2О 0,25; К2О 1,54; в том числе содержание водорастворимого глинозема - 4 мас.%; влажность 4 мас.%;- active mineral additive: flask composition: pp 17,36; SiO 2 52.03; Al 2 O 3 6.25; Fe 2 O 3 3.54; CaO 17.31; MgO 1.67; SO 3 0.05; Na 2 O 0.25; K 2 O 1.54; including the content of water-soluble alumina - 4 wt.%; humidity 4 wt.%;
- гипсовый камень состава (мас.%): двуводный гипс - 98, аргиллитовые примеси - 2.- gypsum stone composition (wt.%): two-water gypsum - 98, mudstones - 2.
Помол смеси компонентов в мас. соотношении 50:30:15:5 проводят до удельной поверхности по методу воздухопроницаемости в соответствии со стандартом (см. [23]), равной 330-370 м2/кг по смеси клинкерных компонентов. Последний термин означает, что время измельчения указанной смеси компонентов выбирают по времени, в течение которого в той же мельнице достигается указанная удельная поверхность смеси указанных алитового и белитового клинкерных компонентов (в отсутствие минеральной добавки и гипсового компонента), поскольку последние ввиду их повышенной размалываемости затрудняют сравнение цементов по тонкости помола. При этом степень гашения свободной извести 85% по данным рентгенофазового анализа (по интенсивности рефлекса при 4,91· 10-10 м).Grinding a mixture of components in wt. a ratio of 50: 30: 15: 5 is carried out to the specific surface by the method of breathability in accordance with the standard (see [23]), equal to 330-370 m 2 / kg in a mixture of clinker components. The latter term means that the grinding time of the specified mixture of components is selected according to the time during which the specified specific surface of the mixture of the indicated alite and belite clinker components is reached in the same mill (in the absence of mineral additives and gypsum components), since the latter make comparison difficult due to their increased grinding cement by fineness of grinding. The degree of quenching of free lime is 85% according to x-ray phase analysis (according to the intensity of the reflex at 4.91 · 10 -10 m).
Для сравнения отдельно изготавливают: 1) алитовый портландцемент на основе алитового портландцементного клинкера (А, по примеру 1), 2) белитовый портландцемент на основе белитового портландцементного клинкера (Б) следующего состава (мас.%): С3S 39, C2S 37, С3А 5,5, C4AF 15,5, СаОсвоб 0,4, примеси - остальное; 3) поликлинкерный портландцемент согласно ближайшему аналогу (прототипу) из указанных выше алитового (А) и белитового (Б) клинкеров при мас. соотношении последних компонентов 3:1 (или 75:25). Из трех последних цементов удельную поверхность двух первых (А) и (Б) выбирают таким образом, чтобы их основные характеристики (прочность в ранние сроки твердения, гидравлическая активность) соответствовали средним характеристикам цементов соответствующих составов, имеющихся на рынке, а именно равной 320 и 360 м2/кг; удельную поверхность цемента по ближайшему аналогу (прототипу) выбирают в соответствии с приведенными в работе [32] данными по остаткам на сите №008 - (9,0-9,6) мас.%, что соответствует удельной поверхности 310-330 м2/кг. Удельная поверхность цемента согласно изобретению выбрана равной 330-370 м2/кг, поскольку она также соответствует указанной величине остатка на указанном сите при помоле клинкерной части цемента согласно изобретению, то есть без активной минеральной добавки и гипсового компонента.For comparison, separately made: 1) alitic Portland cement based on alitic Portland cement clinker (A, as in example 1), 2) belitic Portland cement based on belitic Portland cement clinker (B) of the following composition (wt.%): C 3 S 39, C 2 S 37, C 3 A 5.5, C 4 AF 15.5, CaO free 0.4, impurities - the rest; 3) polyclinker Portland cement according to the closest analogue (prototype) of the above alite (A) and belite (B) clinkers at wt. the ratio of the latter components is 3: 1 (or 75:25). Of the last three cements, the specific surface area of the first two (A) and (B) is chosen so that their main characteristics (strength in the early stages of hardening, hydraulic activity) correspond to the average characteristics of cements of the corresponding compositions available on the market, namely 320 and 360 m 2 / kg; the specific surface of cement according to the closest analogue (prototype) is selected in accordance with the data given in [32] for the residues on sieve No. 008 - (9.0–9.6) wt.%, which corresponds to a specific surface of 310-330 m 2 / kg The specific surface area of the cement according to the invention is chosen to be 330-370 m 2 / kg, since it also corresponds to the indicated residue on the specified sieve when grinding the clinker part of the cement according to the invention, that is, without an active mineral additive and gypsum component.
Для справочных целей изготавливают также: 4) белитовый цемент на основе белитового портландцементного клинкера, изготовленного по способу согласно изобретению (клинкер БК-1 по примеру 1). Цементы 1) - 4) получают совместным помолом указанных клинкеров с гипсовым компонентом, взятым в количестве 3% массы указанных клинкеров в пересчете на SO3.For reference purposes, the following is also made: 4) belite cement based on a belite Portland cement clinker made by the method according to the invention (clinker BK-1 according to example 1). Cements 1) to 4) are obtained by co-grinding these clinkers with a gypsum component taken in an amount of 3% of the mass of these clinkers in terms of SO 3 .
Физико-механические испытания цементов проводили по действующим отечественным стандартам [36, 23, 37, 28].Physico-mechanical tests of cements were carried out according to the current domestic standards [36, 23, 37, 28].
Полученные результаты представлены в таблице, где собраны также данные по показателям получения указанных выше клинкеров.The results are presented in the table, which also collects data on the performance of the above clinkers.
Приведенные данные позволяют заключить следующее.The data presented allow us to conclude the following.
1. Портландцемент согласно изобретению характеризуется значительным преимуществом над уровнем техники прежде всего по строительно-техническим свойствам: он значительно превосходит известные как по ранней прочности (в одно-, трехсуточном возрасте), так и по прочности в поздние сроки твердения, в частности, в 28-суточном возрасте - более чем на 15%.1. Portland cement according to the invention is characterized by a significant advantage over the prior art, first of all in terms of construction and technical properties: it is significantly superior to those known both in early strength (at one-, three-day old) and in strength in the later stages of hardening, in particular, in 28 day-old age - more than 15%.
2. По способу получения цемент согласно изобретению также характеризуется существенными преимуществами (пояснения терминов, выражающих преимущество изобретения, см. в примечаниях к таблице):2. According to the invention, the cement production method also has significant advantages (for explanations of the terms expressing the advantage of the invention, see the notes to the table):
- пониженным расходом топлива на обжиг клинкера, приведенным к 1 т цемента согласно изобретению - за счет низкого расхода топлива на обжиг белитового компонента цемента согласно изобретению, содержащего 5-25% свободного оксида кальция в быстрогидратирующейся форме (активного СаОсвоб);- reduced fuel consumption for clinker firing, reduced to 1 ton of cement according to the invention - due to the low fuel consumption for firing a belite component of cement according to the invention, containing 5-25% free calcium oxide in rapidly hydrating form (active CaO free );
- повышенной производительностью клинкерообжигательных печей - за счет прироста этого показателя при обжиге белитового компонента цемента согласно изобретению - с активным СаОсвоб;- increased productivity of clinker kilns - due to the growth of this indicator during firing of the belite component of cement according to the invention with active CaO freedom ;
- пониженным пылеобразованием при обжиге клинкера - за счет снижения этого показателя при обжига белитового компонента цемента согласно изобретению - с активным СаОсвоб;- reduced dust formation during firing of clinker - due to a decrease in this indicator during firing of the belite component of cement according to the invention with active CaO freedom ;
- повышенной размалываемостью смеси компонентов в связи с повышенной пористостью белитового компонента цемента по сравнению с известными клинкерами и взаимодействию последнего и активной минеральной добавки с активным СаОсвоб в процессе помола цемента, облегчающими измельчение;- increased grindability of the mixture of components in connection with the increased porosity of the belite component of cement compared with the known clinkers and the interaction of the last and active mineral additives with active CaO freedom in the process of grinding cement, facilitating grinding;
- приростом производительности цементных мельниц, или с соответственным сокращением времени достижения заданного уровня дисперсности при помоле цемента согласно изобретению, связанным с повышенной размалываемостью этого цемента.- an increase in the productivity of cement mills, or with a corresponding reduction in the time to reach a given level of dispersion when grinding cement according to the invention, associated with increased grinding of this cement.
Приведенные в таблице преимущества относятся к оптимальным составам цемента согласно изобретению. При этом необходимо отметить следующее.The advantages given in the table relate to the optimum cement compositions according to the invention. It should be noted the following.
1. Изменение содержания в цементе согласно изобретению указанного белитового компонента сверх 30 и менее 10 мас.% ведет к существенному снижению как его прочностных показателей во все сроки твердения, так и к снижению других преимуществ - экономии удельных энергозатрат на обжиг клинкера и помол цемента, уменьшения безвозвратного пылеуноса и др.1. The change in the content in cement according to the invention of the indicated belite component in excess of 30 and less than 10 wt.% Leads to a significant decrease in both its strength characteristics in all periods of hardening, and to reduce other advantages - saving specific energy consumption for clinker roasting and grinding of cement, reduction irrevocable pyleunosa, etc.
2. Подобно этому, изменение содержания в цементе согласно изобретению указанной активной минеральной добавки сверх 35 и менее 10 мас.% ведет к существенному снижению как его прочностных показателей в 28-суточном возрасте, так и к снижению других преимуществ - экономии удельных энергозатрат на помол цемента согласно изобретению, снижения пылеуноса при помоле последнего.2. Similarly, a change in the content in cement according to the invention of the indicated active mineral additive in excess of 35 and less than 10 wt.% Leads to a significant decrease in both its strength properties at 28 days of age and to a decrease in other advantages - saving in specific energy consumption for grinding cement according to the invention, reducing pyleunosa when grinding the latter.
3. Изменения содержания алитового компонента и гипсового компонента в цементе согласно изобретению не так существенно влияют на его свойства, однако и в этом случае вне указанных выше пределов преимущества цемента согласно изобретению снижаются.3. Changes in the content of the alitic component and the gypsum component in the cement according to the invention do not significantly affect its properties, however, in this case, outside the above limits, the advantages of the cement according to the invention are reduced.
Определяющим в данном случае является уровень влажности активной минеральной добавки. Необходимым считают соблюдение условия:The determining factor in this case is the moisture level of the active mineral supplement. The following conditions are considered necessary:
W(активной миндобавки)≅ 1.3[CaOсвоб] (из белитового компонента) (2)W (active mineral supplement) ≅ 1.3 [CaO freedom ] (from a belite component) (2)
Здесь W - содержание в цементе внесенной указанной добавкой гигроскопической влаги, мас.%; [СаОсвоб] - содержание в цементе внесенного белитовым компонентом свободного оксида кальция. Нетрудно заметить, что это условие, найденное эмпирически, примерно соответствует стехиометрии реакции гашения указанной свободной извести свободной влагой из минеральной добавки. Отклонение от указанного условия приводит к выходу за пределы требуемой степени гашения извести, а именно (70-98)%; при меньшей степени гашения снижается ранняя прочность цемента, а при большей последний начинает комковаться и затрудняются операции транспортирования, погрузки, хранения и выгрузки указанного цемента.Here W is the content in the cement introduced by the specified additive hygroscopic moisture, wt.%; [CaO svob ] - the content in the cement introduced by the belite component of free calcium oxide. It is easy to notice that this condition, found empirically, approximately corresponds to the stoichiometry of the quenching reaction of the indicated free lime with free moisture from a mineral additive. Deviation from the specified condition leads to going beyond the required degree of slaking lime, namely (70-98)%; with a lesser degree of quenching, the early strength of the cement is reduced, and with a greater degree of quenching, the transportation, loading, storage and unloading of said cement begins to lump and hinder.
К этому следует добавить:To this should be added:
- в принципе любые гипсовые компоненты, упомянутые выше, пригодны для введения в состав цемента согласно изобретению, но цемент согласно изобретению более совместим с так называемыми химическими гипсами - фосфогипсом, борогипсом, титаногипсом и их смесями по сравнению с цементом, известным из уровня техники, прежде всего потому, что свободная известь сразу нейтрализует кислотные составляющие химических гипсов, и они не оказывают в этом случае неблагоприятного влияния на скорость гидратации клинкерной части цемента согласно изобретению; поэтому допустимы весьма широкие пределы концентрации примесей фосфорной, борной и серной кислот соответственно в указанных химических гипсах;- in principle, any gypsum components mentioned above are suitable for incorporation into the cement according to the invention, but the cement according to the invention is more compatible with the so-called chemical gypsum - phosphogypsum, borogypsum, titanogypsum and their mixtures compared to cement known from the prior art all because free lime immediately neutralizes the acidic components of chemical gypsum, and in this case they do not adversely affect the hydration rate of the clinker part of the cement according to the invention; therefore, very wide limits on the concentration of impurities of phosphoric, boric and sulfuric acids, respectively, in the indicated chemical gypsum are permissible;
- разница между белитовыми клинкерами согласно изобретению - БК-1 и БК-2 (по примеру 1) - при их применении в составе цемента согласно изобретению незначительна. Подобно этому, цемент согласно изобретению менее подвержен влиянию изменений в содержании алита (С3S) и трехкальциевого алюмината (С3А) в своем алитовом компоненте. Содержание алита в последнем может находиться в пределах от 60 до 80 мас.%, причем с увеличением содержания алита в алитовом компоненте происходит монотонный прирост показателей цемента согласно изобретению, хотя прирост содержания алита сверх 80 мас.% и снижение ниже 60 мас.% в алитовом компоненте уменьшает сокращение энергозатрат при изготовлении цемента согласно изобретению. Содержавшие С3А в алитовом компоненте известным из уровня техники образом влияет на раннюю прочность цемента и выбор содержания гипсового компонента в последнем: с повышением содержания С3А ранняя прочность растет, но чтобы избежать связанного с этим снижения прочности цемента в поздние сроки твердения, необходимо в стандартных пределах - до 4 мас.% в пересчете на SO3 - увеличить содержание гипсового компонента в цементе.- the difference between the belite clinkers according to the invention - BK-1 and BK-2 (according to example 1) - when used in the cement according to the invention is negligible. Similarly, the cement according to the invention is less affected by changes in the content of alite (C 3 S) and tricalcium aluminate (C 3 A) in its alite component. The alite content in the latter can range from 60 to 80 wt.%, And with an increase in the alite content in the alite component, a monotonic increase in the cement performance according to the invention occurs, although the increase in the alite content is in excess of 80 wt.% And a decrease below 60 wt.% In the alite component reduces the reduction of energy consumption in the manufacture of cement according to the invention. The C 3 A content in the alite component in a manner known in the prior art affects the early cement strength and the choice of gypsum component content in the latter: with an increase in C 3 A content, the early strength increases, but in order to avoid the associated decrease in cement strength in the later stages of hardening, it is necessary within standard limits - up to 4 wt.% in terms of SO 3 - increase the content of the gypsum component in the cement.
Из описания и приведенных примеров осуществления изобретения следует, что оно характеризуется целым рядом элементов новизны и неожиданности, не вытекающих из известного уровня техники, и существенно превосходит последний по характеристикам способов изготовления и свойствам получаемого клинкера и цемента на его основе.From the description and examples of the invention, it follows that it is characterized by a number of elements of novelty and surprise, not arising from the prior art, and significantly exceeds the latter in terms of manufacturing methods and properties of the resulting clinker and cement based on it.
Изложенное свидетельствует также о подготовленности изобретения к промышленному внедрению. The above also indicates the preparedness of the invention for industrial implementation.
Примечания: 1 - при нормативе содержания в клинкере свободного СаО не более 1%; 2 - при нормативе содержания в клинкере свободного СаО не менее 5 и не более 25%; 3 - расчетные данные, отнесенные к единице массы смеси компонентов: алитового портландцементного клинкера, белитового портландцементного клинкера, изготовленного по способу согласно изобретению, активной минеральной добавки и гипсового; 4 - термин “умеренный(ая)(ое)” обозначает величину, соответствующую средним расчетным показателям для данного вида оборудования или средним прочностным показателям портландцементов, известных из уровня техники и имеющихся на рынке в настоящее время; термин “пониженная (ый)(ое)(ые)” обозначает величину, отклоняющуюся от умеренной в сторону понижения не менее, чем на 10%, при точности оценки ±2%; термин “повышенная (ый)(ое)(ые)” обозначает величину, отклоняющуюся от умеренной в сторону повышения не менее, чем на 10%, при точности оценки ±2%; термин “высокая” (ий)(ое)(ые) обозначает величину, отклоняющуюся от умеренной в сторону повышения не менее, чем на 15%, при точности оценки ±2%; термин “низкая” (ий)(ое)(ые) обозначает величину, отклоняющуюся от умеренной в сторону понижения не менее, чем на 15%, при точности оценки ±2%; 5 - термин “отсутствует” означает полное прекращение видимого пылевыделения из печи, то есть отсутствие пылевого шлейфа над печной трубой, полную прозрачность газовоздушной среды в печи, при содержании пыли в отходящих газах менее 0,5 мг/м3; 6 - под нормальным понимается режим твердения согласно ГОСТ 10178-85 (см. в тексте) при 17-23°С; под тепловлажностной обработкой (ТВО) понимается режим твердения согласно тому же ГОСТ, предусматривающий выдерживание отформованных образцов в течение 2 ч в камере воздушно-влажного хранения, нагревание в течение двух часов паровоздушной среды в камере с образцами в формах под крышками до 85° С, выдерживание образцов в формах под крышками в течение шести часов при указанной температуре, фактически при (80-85)°С - так называемый изотермический прогрев, затем охлаждение в течение двух часов до (20-25)°С; сокращенно указанный режим обозначается: 2+3+6(80-85° С)+2 (ч); принято считать, что этот режим в среднем моделирует принятую на предприятиях по производству сборного железобетона тепловлажностную обработку изделий и конструкций; это положение было в основном справедливо для агрегатно-поточного метода изготовления сборных железобетонных изделий и конструкций в 70-е - 80-е годы XX века, то есть в годы разработки и введения в действие указанного стандарта; в настоящее время в виду экономии топлива на ТВО средняя температура изотермического прогрева в промышленности сборного железобетона снизилась до (40-50)°С, а длительность последнего возросла с 6 до 8-12 ч. Это предоставляет дополнительные преимущества цементу согласно изобретению по сравнению с известными из уровня техники, поскольку повышает степень пуццолановой реакции с примерно 40% при стандартном режиме ТВО до 50-55% при указанном удлиненном режиме с пониженной температурой прогрева, что обеспечивает дополнительный прирост прочности пропаренного бетона на основе цемента согласно изобретению.Notes: 1 - when the standard content in clinker of free CaO is not more than 1%; 2 - when the standard content in the clinker of free CaO is not less than 5 and not more than 25%; 3 - calculated data per unit mass of a mixture of components: alite Portland cement clinker, belite portland cement clinker made according to the method according to the invention, active mineral additives and gypsum; 4 - the term “moderate (s)” means a value corresponding to the average calculated indicators for this type of equipment or the average strength indicators of Portland cement, known from the prior art and currently available on the market; the term “lowered (s)” means a value deviating from a moderate downward not less than 10%, with an accuracy of ± 2%; the term “increased (s)” means a value deviating from moderate upward not less than 10%, with an accuracy of ± 2%; the term “high” (s) (s) denotes a value deviating from moderate upward not less than 15%, with an accuracy of ± 2%; the term “low” (s) denotes a value deviating from moderate downward by at least 15%, with an accuracy of ± 2%; 5 - the term “absent” means the complete cessation of visible dust emission from the furnace, that is, the absence of a dust loop above the chimney, the complete transparency of the gas-air environment in the furnace, when the dust content in the exhaust gases is less than 0.5 mg / m 3 ; 6 - normal refers to the hardening mode according to GOST 10178-85 (see text) at 17-23 ° С; heat-moisture treatment (TVO) is understood as the hardening mode according to the same GOST, which provides for keeping molded samples for 2 hours in an air-wet storage chamber, heating the air-vapor medium for two hours in a chamber with samples in molds under covers up to 85 ° C, keeping samples in forms under covers for six hours at the indicated temperature, in fact at (80-85) ° С - the so-called isothermal heating, then cooling for two hours to (20-25) ° С; abbreviated mode is indicated: 2 + 3 + 6 (80-85 ° C) +2 (h); it is generally accepted that this mode on average models the heat and humidity treatment of products and structures adopted at precast concrete enterprises; this provision was mainly true for the aggregate-flow method of manufacturing prefabricated reinforced concrete products and structures in the 70s - 80s of the XX century, that is, in the years of development and implementation of this standard; currently, in view of fuel economy in TVO, the average temperature of isothermal heating in the precast industry has decreased to (40-50) ° C, and the duration of the latter has increased from 6 to 8-12 hours. This provides additional advantages to the cement according to the invention compared to the known from the prior art, since it increases the degree of pozzolanic reaction from about 40% in the standard TBO mode to 50-55% in the specified elongated mode with a low heating temperature, which provides an additional increase in strength age concrete based on cement of the invention.
Источники информацииSources of information
1. Бутт Ю.М. и др. Химическая технология вяжущих материалов. Учебник для ВУЗов. Под ред. В.В.Тимашева. М.: Высшая школа, 1980, 472 с.1. Butt Yu.M. and other Chemical technology of binders. Textbook for high schools. Ed. V.V. Timasheva. M.: Higher School, 1980, 472 p.
2. Окороков С.Д. Взаимодействие минералов портландцементного клинкера в процессе твердения цемента. М.-Л.: Стройиздат, 1945, 94 с.2. Okorokov S. D. The interaction of minerals of Portland cement clinker in the process of cement hardening. M.-L.: Stroyizdat, 1945, 94 p.
3. Кинд В.А. Химическая характеристика портландцемента. Л.-М.: Госстройиздат, 1932, 56 с.3. Kind V.A. Chemical characteristics of Portland cement. L.-M.: Gosstroyizdat, 1932, 56 p.
4. Дружинин С.И. Строительные материалы, 1932, №11, с. 30.4. Druzhinin S.I. Building Materials, 1932, No. 11, p. thirty.
5. Коган Н.П. Исследование скоростного обжига портландцементной шихты во взвешенном состоянии и некоторых свойств полученных цементов. Автореф. дисс. на, соиск. уч. степ. канд. техн. наук - М.: НИИЦемент, 1968, 22 с.5. Kogan N.P. The study of high-speed firing of Portland cement mixture in suspension and some properties of the obtained cements. Abstract. diss. on, competition. student step. Cand. tech. Sciences - M.: NIIITsement, 1968, 22 p.
6. Энтин З.Б. и др. Модель алитообразования при жидкофазном спекании портландцементного клинкера. Тез. докл. V Всесоюзного совещания по химии и технологии цемента. М.: Стройиздат, 1978, с. 67-68. См. также Труды V Всесоюзного совещания по химии и технологии цемента. М.: Стройиздат, 1980, с. 46-50.6. Entin Z.B. et al. Alitogenesis model during liquid-phase sintering of Portland cement clinker. Thes. doc. V All-Union Conference on Chemistry and Cement Technology. M .: Stroyizdat, 1978, p. 67-68. See also Proceedings of the V All-Union Conference on Chemistry and Cement Technology. M .: Stroyizdat, 1980, p. 46-50.
7. Entine Z.B. et al. The liquid phase alite generation model in sintering portland cement clinker. 10-th International Congress on the Chemistry of Cement. Gothenburg, Sweden, June 2-6, 1997. Proceedings, ed. by H. Justnes, Publ. by “Amarkai”, Gothenburg, 1997, v. 1, li046. 4 pp.7. Entine Z.B. et al. The liquid phase alite generation model in sintering portland cement clinker. 10th International Congress on the Chemistry of Cement. Gothenburg, Sweden, June 2-6, 1997. Proceedings, ed. by H. Justnes, Publ. by “Amarkai”, Gothenburg, 1997, v. 1, li046. 4 pp.
8. Торопов Н.А. Химия цемента. М.: Госстройиздат, 1956, с. 70 и ниже; Бутт Ю.М. и др. Технология вяжущих веществ. М.: Высшая школа, 1965, 619 с., см. с. 64 и ниже.8. Toropov N.A. Chemistry of cement. M .: Gosstroyizdat, 1956, p. 70 and below; Butt Yu.M. and other technology of binders. M .: Higher school, 1965, 619 p., See p. 64 and below.
9. Будегдег К. Розробка та дослiдження фiзико-хiмiчних моделей реакцiй клiнкероутворення. Автореф. дис. на здоб. наук. ступ. канд. техн. наук. К.: Полiтехн. iн-т, 2002, 20 с.9. Budedegde K. Rozrobka that dyslidzhennya physical and chemical models of reaction clinker. Abstract. dis. on health. sciences. stupas Cand. tech. sciences. K .: Polytechn. Institute, 2002, 20 p.
10. Osokin A.P. et al. The thermochemical activation of clinker formation. 10-th International Congress on the Chemistry of Cement. Gothenburg, Sweden, June 2-6, 1997. Proceedings, ed. by H. Justnes, Publ. by “Amarkai”, Gothenburg, 1997,v. 1, li006, 5pp.10. Osokin A.P. et al. The thermochemical activation of clinker formation. 10th International Congress on the Chemistry of Cement. Gothenburg, Sweden, June 2-6, 1997. Proceedings, ed. by H. Justnes, Publ. by “Amarkai”, Gothenburg, 1997, v. 1, li006, 5pp.
11. Albats B.S. et al. High quality portland cement produced from low-base raw mix with low energy consumption. 10-th International Congress on the Chemistry of Cement. Gothenburg, Sweden, June 2-6, 1997. Proceedings, ed. by H. Justnes, Publ. by “Amarkai”, Gothenburg, 1997, v. 1, 1i1015. 4 pp.11. Albats B.S. et al. High quality portland cement produced from low-base raw mix with low energy consumption. 10th International Congress on the Chemistry of Cement. Gothenburg, Sweden, June 2-6, 1997. Proceedings, ed. by H. Justnes, Publ. by “Amarkai”, Gothenburg, 1997, v. 1, 1i1015. 4 pp.
12. Tshemobaeff, D. et al. Compt. rend., v. 154, 1912, p. 66.12. Tshemobaeff, D. et al. Compt. rend., v. 154, 1912, p. 66.
13. Чернобаев Д.А. Определение тепла образования силикатов по методу Le-Chatelier. Киев: тип. “И. H. Кушнорев”, 1913. 111 с.13. Chernobaev D.A. Determination of heat of formation of silicates according to the Le-Chatelier method. Kiev: type. "AND. H. Kushnorev ”, 1913. 111 p.
14. Bogue R.H. The Chemistry of Portland Cement. N.Y., "Reinhold", 1955, 793 pp., see pp. 137-138.14. Bogue R.H. The Chemistry of Portland Cement. N.Y., "Reinhold", 1955, 793 pp., See pp. 137-138.
15. Судакас Л.Г. и др. Научные основы производства активных низкоосновных клинкеров. Цемент (Ленинград), 1989, №3, с. 16-17.15. Sudakas L.G. et al. Scientific basis for the production of active low-base clinkers. Cement (Leningrad), 1989, No. 3, p. 16-17.
16. Barta R. Chemie a technologie cementu. Praha, Nakl. CAV, 1961, 1104 s, vid. s. 725, 745 - о составе белитового клинкера; s. 582 - о содержании свободного оксида кальцит в клинкере; s. 512, 513 - о температуре формирования первого клинкерного расплава; s. 60, 512, 534 - о введении гипса в качестве стабилизатора в сырьевую смесь; s. 535 - о составе печной атмосферы; s. 362, 449, 537 - о подавлении пылевыделения при обжиге белитового клинкера; s. 346 - о клинкерном пылении вследствие белитового распада.16. Barta R. Chemie a technologie cementu. Praha, Nakl. CAV, 1961, 1104 s, vid. s. 725, 745 - on the composition of belite clinker; s. 582 - on the content of free calcite oxide in clinker; s. 512, 513 - on the temperature of formation of the first clinker melt; s. 60, 512, 534 - on the introduction of gypsum as a stabilizer in the raw mix; s. 535 - on the composition of the furnace atmosphere; s. 362, 449, 537 - on the suppression of dust during firing of belite clinker; s. 346 - about clinker dusting due to belite decay.
17. Волконский Б.В. и др. Минерализаторы в цементной промышленности. Под ред. H.А.Торопова. М.-Л.: Стройиздат, 1964, 198 с.17. Volkonsky B.V. Mineralizers in the cement industry. Ed. H.A. Toropova. M.-L.: Stroyizdat, 1964, 198 p.
18. Нормы технологического проектирования и технико-экономические показатели цементных заводов. Изд. 2-е, Л., 1975, 129 с.18. Norms of technological design and technical and economic indicators of cement plants. Ed. 2nd, L., 1975, 129 p.
19. Ходоров Е.И. Печи цементной промышленности. Изд. 2-е, Л.: Стройиздат, 1968, 456 с.19. Khodorov E.I. Furnaces of the cement industry. Ed. 2nd, L .: Stroyizdat, 1968, 456 p.
20. Хедвалл, Г.А. Дискуссия. VI Международный конгресс по химии цемента. Труды. М.: Стройиздат, 1976, т. 1, с. 225-227.20. Hadwall, G.A. Discussion. VI International Congress on the chemistry of cement. Proceedings. M .: Stroyizdat, 1976, v. 1, p. 225-227.
21. Мельницкий Г.А. Исследование структуры порового пространства клинкеров и его влияния на их размалываемость. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. М.: МХТИ им. Д.И.Менделеева, 1973, 25 с.21. Melnitsky G.A. The study of the structure of the pore space of clinkers and its effect on their grindability. Abstract. diss. for a job. student step. Cand. tech. sciences. M .: MKhTI them. D.I. Mendeleev, 1973, 25 pp.
22. Правила эксплуатации оборудования и ведения организации процесса на предприятиях цементной промышленности. Часть I. М.: Оргпроектцемент. 1989, 156 с. см. с. 36-60.22. Rules for the operation of equipment and the organization of the process at the enterprises of the cement industry. Part I. M .: Organizational project cement. 1989, 156 p. see p. 36-60.
23. ГОСТ 310.2-76 Цементы. Методы определения тонкости помола.23. GOST 310.2-76 Cement. Methods for determining the fineness of grinding.
24. Товаров В.В. Определение характеристик размалываемости материалов. М.: ЦБТИ ВНИИНСМ, 1959.24. Tovarov V.V. Determination of grinding characteristics of materials. M .: CBTI VNIINSM, 1959.
25. Дуда В.Г. Цецент. М.: Стройиздат, 1981, 464 с., см. с. 308-309.25. Duda V.G. Cecent. M .: Stroyizdat, 1981, 464 p., See p. 308-309.
26. Энтин 3.Б. и др. Многокомпонентные цементы. Труды НИИЦемента, вып.107, 1994, с. 3-74.26. Entin 3.B. and other multicomponent cements. Proceedings of the Research Institute of Cement, issue 107, 1994, p. 3-74.
27. Авт. свид. СССР. №237667, 1967.27. Auth. testimonial. USSR. No. 237667, 1967.
28. ГОСТ 310.4-81. Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии.28. GOST 310.4-81. Cement. Methods for determining the tensile strength in bending and compression.
29. Потрясов А.В. и др. Цемент, 1967, №6, с. 18 и ниже.29. Potryasov A.V. and others. Cement, 1967, No. 6, p. 18 and below.
30. ГОСТ 10178-85. Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия.30. GOST 10178-85. Portland cement and slag Portland cement. Technical conditions
31. ГОСТ 30515-97 Цементы. Общие технические условия.31. GOST 30515-97 Cements. General specifications.
32. Goldstein L. Ya. Energy saving technology of cement production by means of combined grinding of clinkers of variable compositions. 10-th International Congress on the Chemistry of Cement. Gothenburg, Sweden, June 2-6, 1997. Proceedings, ed. by H. Justnes, Publ. by “Amarkai”, Gothenburg, 1997, v. 1, li013. 4 pp. (прототип).32. Goldstein L. Ya. Energy saving technology of cement production by means of combined grinding of clinkers of variable compositions. 10th International Congress on the Chemistry of Cement. Gothenburg, Sweden, June 2-6, 1997. Proceedings, ed. by H. Justnes, Publ. by “Amarkai”, Gothenburg, 1997, v. 1, li013. 4 pp. (prototype).
33. Кравченко И.В. и др. Высокопрочные и особо быстротвердеющие портландцементы. М.: Стройиздат, 1971, 231 с., см. с. 220.33. Kravchenko I.V. and others. High-strength and especially quick-hardening Portland cement. M .: Stroyizdat, 1971, 231 p., See p. 220.
34. Кравченко И.В. и др. Химия и технология специальных цементов. М.: Стройиздат, 1979, 208 с., см. с. 135, 147.34. Kravchenko I.V. and others. Chemistry and technology of special cements. M .: Stroyizdat, 1979, 208 p., See p. 135, 147.
35. Авт. свид. СССР №1346607, 1986.35. Auth. testimonial. USSR No. 1346607, 1986.
36. ГОСТ 310.1-76 Цементы. Методы испытаний. Общие положения.36. GOST 310.1-76 Cements. Test methods. General Provisions
37. ГОСТ 310.3-76 Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема.37. GOST 310.3-76 Cements. Methods for determining normal density, setting time and uniformity of volume change.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003108779/03A RU2237628C1 (en) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | Process of manufacturing belite portland cement clinker involving dust control during the firing operation, and cement based on this clinker |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003108779/03A RU2237628C1 (en) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | Process of manufacturing belite portland cement clinker involving dust control during the firing operation, and cement based on this clinker |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003108779A RU2003108779A (en) | 2004-09-20 |
RU2237628C1 true RU2237628C1 (en) | 2004-10-10 |
Family
ID=33537788
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003108779/03A RU2237628C1 (en) | 2003-03-31 | 2003-03-31 | Process of manufacturing belite portland cement clinker involving dust control during the firing operation, and cement based on this clinker |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2237628C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2513572C2 (en) * | 2008-12-19 | 2014-04-20 | Лафарж | Hydraulic binding agent based on sulfo-aluminous clinker and portland cement clinker |
RU2548845C2 (en) * | 2008-11-19 | 2015-04-20 | Кернео | Porous clinker containing magnesium oxide, method for its obtaining and its use as flux for processing of metal-containing slags |
CZ306912B6 (en) * | 2016-08-22 | 2017-09-06 | Unipetrol výzkumně vzdělávací centrum, a.s. | A method of production of bellitic cement |
RU2655697C1 (en) * | 2017-04-21 | 2018-05-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет" (НИУ МГСУ) | Method of manufacture of dry building mixtures with reduced dust formation |
RU2751188C1 (en) * | 2020-11-23 | 2021-07-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова» | Method for producing white cement clinker |
CN116768505A (en) * | 2023-06-19 | 2023-09-19 | 南京工业大学 | Ion doping prepared alite-belite-calcium sulfoaluminate cement clinker and method |
-
2003
- 2003-03-31 RU RU2003108779/03A patent/RU2237628C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
BARTA R. Chemie a technologie cementu. Praha, Nakl. CAV, 1961, c. 60, 362, 346, 512, 513, 534-537, 582, 725, 745. GOLDSTEIN L. Y. Energy saving technology of cement production by means of combined grinding of clinkers of variable compositions // 10-th International Congress on the Chemistry of Cement. Gothenburg, Sweden, June 2-6, 1997. Gothenburg, 1997, c. 4. * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2548845C2 (en) * | 2008-11-19 | 2015-04-20 | Кернео | Porous clinker containing magnesium oxide, method for its obtaining and its use as flux for processing of metal-containing slags |
RU2513572C2 (en) * | 2008-12-19 | 2014-04-20 | Лафарж | Hydraulic binding agent based on sulfo-aluminous clinker and portland cement clinker |
CZ306912B6 (en) * | 2016-08-22 | 2017-09-06 | Unipetrol výzkumně vzdělávací centrum, a.s. | A method of production of bellitic cement |
RU2655697C1 (en) * | 2017-04-21 | 2018-05-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет" (НИУ МГСУ) | Method of manufacture of dry building mixtures with reduced dust formation |
RU2751188C1 (en) * | 2020-11-23 | 2021-07-12 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова» | Method for producing white cement clinker |
CN116768505A (en) * | 2023-06-19 | 2023-09-19 | 南京工业大学 | Ion doping prepared alite-belite-calcium sulfoaluminate cement clinker and method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2360874C2 (en) | Sulphoaluminate clinker with high belite content, method for its preparation and its application for hydraulic binders | |
ES2581863T3 (en) | Aluminous cement | |
JP5747407B2 (en) | High activity cement clinker, high activity cement and early strength cement composition | |
CN107743476A (en) | Mineralizer for calcium sulphoaluminate sulphur silicoglaserite cement | |
EA031499B1 (en) | Method for producing calcium sulfoaluminate clinker, method of manufacturing a calcium sulfoaluminate cement and binder comprising this cement | |
JP5984599B2 (en) | Method for producing cement composition | |
RU2304562C2 (en) | Method of production of high-early-strength portland cement and method of production of concrete on base of this cement | |
EP3199500A1 (en) | Calcium sulphoaluminate cement with mayenite phase | |
JP2012197197A (en) | Method for producing cement clinker | |
RU2237628C1 (en) | Process of manufacturing belite portland cement clinker involving dust control during the firing operation, and cement based on this clinker | |
Moir | Improvements in the early strength properties of Portland cement | |
JP2005154180A (en) | Alumina cement composition and monolithic refractory | |
RU2761998C1 (en) | Lime-magnesia flux and method for its production | |
JPH09194248A (en) | Alumina cement composition and monolithic refractory using the same | |
JP4462746B2 (en) | Method for producing cement clinker, cement clinker and cement composition | |
Neto et al. | Effects of TiO2 waste on the formation of clinker phases and mechanical performance and hydration of Portand cement | |
RU2003108779A (en) | METHOD FOR PRODUCING WHITE PORTLAND CEMENT CLINKER WITH DUST SUPPLY DURING ITS FIRING AND CEMENT BASED ON THIS CLINKER | |
Staněk et al. | Chemical activation of dicalcium silicate and its use for cement production | |
Miryuk | Activation of cement clinker with high content of belite | |
JPH09165239A (en) | Alumina cement material, alumina cement containing the same, and monolithic refractory using the alumina cement | |
Murphy | Recycling steel slag as a cement additive | |
JP3807773B2 (en) | Alumina cement, alumina cement composition, and amorphous refractory using the same | |
JPH0781995A (en) | Cement composition | |
Ali | Development Program to Estimate the Suitable of Raw Materials to Produce Cement | |
KR101285699B1 (en) | Method of quick lime and Crack inhibitor using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080401 |