Способ получения цементного клинкера и добавка в сырьевую смесь для получения цементного клинкера - RU2317271C1
Код документа: RU2317271C1
Описание
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к цементному производству, где может быть использовано при приготовлении цементной сырьевой смеси для получения дорожного и высокоактивного портландцементного клинкера.
Известен способ получения портландцементного клинкера, по которому сырьевой шлам подается в холодный конец печи (аналог) [Бутт Ю.М. Технология цемента и других вяжущих материалов. - М.: Стройиздат, 1976 - 407 с.].
Известна железосодержащая добавка в цементный сырьевой шлам, включающая колчеданные огарки или колошниковую пыль (аналог) [Бутт Ю.М. Технология цемента и других вяжущих материалов. - М.: Стройиздат, 1976 - 407 с.].
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения клинкера, по которому сырьевой шлам, включающий железосодержащий компонент, и сталеплавильный шлак подают в холодный конец печи (прототип) [Классен В.К., Текучева Е.В., Тынников И.М. и др. Зависимость активности клинкера от количества подаваемого металлургического шлака в цементную вращающуюся печь с холодного конца // XXI Всерос. совещание начальников заводских лабораторий цементных заводов. - М.: Информация образования, 2005. - С.188-195].
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является железосодержащая добавка, включающая 20-70 вес.% колошниковой пыли или колчеданных огарков, 30-80 вес.% сталеплавильного шлака (прототип) [Авторское свидетельство СССР №787387, кл. С04В 7/26, 1980].
Несмотря на то, что способ использования сталеплавильного шлака по прототипу дает хорошие результаты, дальнейшая утилизация его проблематична, т.к. увеличение количества подаваемого шлака приводит к снижению активности получаемого клинкера и производству цемента только для дорожных и аэродромных покрытий.
Изобретение направлено на расширение арсенала средств для получения дорожного и портландцементного клинкера с сохранением и повышением активности клинкера и энергосбережением за счет снижения удельного расхода топлива, кроме того, заявляемый способ позволяет увеличить количество подаваемого шлака, обеспечивая при этом необходимую активность получаемого клинкера, с перспективой максимальной переработки шлаковых отвалов.
Это достигается тем, что в способе получения цементного клинкера, включающем подачу в холодный конец печи сырьевого шлама, содержащего в качестве добавки железосодержащий компонент, причем в качестве добавки в холодный конец печи вводят также сталеплавильный шлак, согласно предлагаемому решению последний вводят в количестве 7,0-14,3 мас.% по отношению к сырьевому шламу, при этом шлак вводят состава, мас.%: СаО 39-43; SiO2 20-35; Al2О3 2-8; Fe2О3 13-20; MgO 10-20; прочие 0,4-2,6; ппп 4-10 в виде смеси с карбонатной породой в соотношении, мас.%: сталеплавильный шлак 53-54, карбонатная порода 46-47 при следующем количестве смеси к железосодержащему компоненту, мас.%: железосодержащий компонент 5-10, указанная смесь 90-95, а карбонатная порода, кроме того, состоит из карбонатного компонента 30-70 мас.% и извести 30-70 мас.%.
Результат достигается при помощи добавки в цементную сырьевую смесь, включающей железосодержащий компонент и сталеплавильный шлак, которая согласно предлагаемому решению дополнительно содержит карбонатную породу в смеси с указанным сталеплавильным шлаком при следующем соотношении компонентов, мас.%:
железосодержащий компонент 5-10,
указанная смесь 90-95,
при этом смесь содержит сталеплавильный шлак состава, мас.%: СаО 39-43; SiO2 20-35; Al2Oз 2-8; Fe2О3 13-20; MgO 10-20; прочие 0,4-2,6; ппп 4-10 и карбонатную породу при следующем соотношении компонентов, мас.%:
сталеплавильный шлак 53-54,
карбонатная порода 46-47,
а карбонатная порода содержит карбонатный компонент и известь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
карбонатный компонент 30-70,
известь 30-70.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что способ отличается тем, что в нем используется добавка, отличающаяся от известной тем, что в дополнение к железосодержащему компоненту в качестве составляющей добавки в холодный конец печи подается смесь, состоящая из сталеплавильного шлака и карбонатной породы, при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%: сталеплавильный шлак 53-54, карбонатная порода 46-47, при этом добавка содержит, мас.%: железосодержащий компонент 5-10, указанная смесь 90-95, а шлак используют состава, мас.%: СаО 39-43; SiO2 20-35; Al2O3 2-8; Fe2O3 13-20; MgO 10-20; прочие 0,4-2,6; ппп 4-10. Карбонатная порода при этом содержит, мас.%: карбонатный компонент 30-70 и известь 30-70, а количество шлака, взятого в чистом виде, составляет 7-14,3% по отношению к сырьевому шламу, что соответствует 10-20% шлака от массы клинкера. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «новизна».
При изучении других известных технических решений в данной области признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».
В заявляемом техническом решении сырьевой шлам и сталеплавильный шлак заявляемого химического состава в смеси с карбонатной породой подают с холодного конца печи. При этом за счет тщательного перемешивания смеси сталеплавильного шлака с карбонатной породой, взятых в заявляемом количестве, обеспечивается корректировка модульных характеристик шлака, и отпадает необходимость специально готовить шлам с высоким коэффициентом насыщения, что затруднительно для предприятий, у которых ограничено количество емкостей для хранения сырьевого шлама, и можно использовать рядовой шлам с КН=0,91÷0,93. Кроме того, так как смесь сталеплавильного шлака с карбонатной породой подается с холодного конца печи в сухом виде, это приводит к уменьшению потерь тепла на испарение воды и, следовательно, к снижению удельного расхода топлива на обжиг клинкера.
Известно, что сталеплавильный шлак в виде добавки с железосодержащим компонентом при следующем соотношении компонентов, мас.%: железосодержащий компонент - 14, сталеплавильный шлак - 86 (7, 2 мас.% по отношению к сырьевому шламу, что составляет 11 мас.% от массы клинкера) позволяет получать портландцементный клинкер с активностью А=51,4 МПа [Классен В.К., Текучева Е.В., Тынников И.М. и др. Зависимость активности клинкера от количества подаваемого металлургического шлака в цементную вращающуюся печь с холодного конца // XXI Всерос. совещание начальников заводских лабораторий цементных заводов. - М.: Информация образования, 2005. - С.188-195].
Авторами впервые установлено, что подача сталеплавильного шлака именно заявляемого состава совместно с карбонатной породой предложенного состава при увеличении количества подаваемого шлака до 20% по отношению к массе клинкера не только не снижает активности получаемого клинкера, но и повышает ее, тогда как из уровня техники [Классен В.К., Текучева Е.В., Тынников И.М. и др. Зависимость активности клинкера от количества подаваемого металлургического шлака в цементную вращающуюся печь с холодного конца // XXI Всерос. совещание начальников заводских лабораторий цементных заводов. - М.: Информация образования, 2005. - С.188-195] следует, что подача шлака в большем количестве при следующем соотношении компонентов, мас.%: железосодержащий компонент - 9, сталеплавильный шлак - 91 (11,1 мас.% по отношению к сырьевому шламу, что составляет 17 мас.% от массы клинкера) приводит к снижению активности клинкера до А=49,2 МПа и производству цемента только для дорожных и аэродромных покрытий.
Таким образом, из уровня техники нельзя было спрогнозировать, что сочетание сталеплавильного шлака заявляемого химического состава с карбонатной породой в заявляемом количестве при увеличении количества подаваемого шлака позволит получить не только клинкер для дорожного строительства, но и высокоактивный портландцементный клинкер. Так как результат получен вопреки установившемуся мнению и поэтому является неочевидным для специалиста, можно сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «изобретательский уровень».
Результаты расчета расходных статей теплового баланса печи представлены в табл.1.
Как видно из таблицы, экономия тепла при использовании заявляемой добавки по сравнению с аналогом составила 325 ккал/кг или 46 кут/т, а по сравнению с прототипом - 291 ккал/кг или 42 кут/т клинкера. Таким образом, расход топлива на обжиг клинкера при использовании заявляемой добавки снизился по сравнению с аналогом на 22%, а по сравнению с прототипом - на 20%.
В качестве компонентов сырьевой смеси для приготовления сырьевого шлама использовали: карбонатный, силикатный, алюминатный компоненты, а в качестве добавки - железосодержащий компонент, который может быть представлен в виде колчеданных огарков или колошниковой пыли. В заявляемом решении использовались колчеданные огарки. Добавка содержит также сталеплавильный шлак в смеси с карбонатной породой, при этом последняя состоит из карбонатного компонента и извести. Карбонатный компонент для сырьевого шлама и для карбонатной породы использовали один и тот же. Химические составы компонентов сырьевой смеси и добавки представлены в табл.2.
Карбонатный компонент представлен мелом Стойленского горно-обогатительного комбината, силикатный - глиной Латненского месторождения, алюминатный - бокситами Северо-Онежского бокситового рудника, сталеплавильный шлак - шлаком Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК), колчеданные огарки добываются в городе Уварове Тамбовской области химическим заводом, Череповецким химическим заводом, а также АО «Новолипецкий металлургический комбинат». Известь использовали строительную кальциевую по ГОСТ 9179-77.
Способ осуществляли следующим образом. Из указанных в табл.2 компонентов путем совместного помола [Технологический регламент ОАО «Осколцемент»] готовили рядовой сырьевой шлам состава, мас.%: СаО - 43,0; SiO2 - 14,0; Al2О3 - 3,7; Fe2О3 - 2,6; MgO - 0,7; прочие - 1,0; ппп - 35,0; влажностью 40% с коэффициентом насыщения 0,92, при следующем соотношении компонентов, мас.%: мел - 80,2, глина - 15,6, боксит - 2,6, а добавка железосодержащего компонента в виде колчеданных огарков - 1,6. Отдельно путем совместного помола до тонкости помола с остатком на сите 008≤15% [ГОСТ 310.2-76] готовили добавку в виде смеси сталеплавильного шлака заявляемого состава, мас.%: СаО 39-43; SiO2 20-35; Al2O3 2-8; Fe2О3 13-20; MgO 10-20; прочие 0,4-2,6; ппп 4-10 с карбонатной породой при соотношении компонентов, мас.%: сталеплавильный шлак - 54, карбонатная порода - 46. Карбонатная порода при этом содержала, мас.%: мел - 50, известь - 50. Количество шлака, кроме того, рассчитывалось с учетом того, чтобы оно составило 14,3 мас.% по отношению к сырьевому шламу, что составляет 20 мас.% от массы получаемого клинкера. Соотношение между колчеданными огарками и смесью сталеплавильного шлака с карбонатной породой составляло, мас.%: 5:95. Приготовленный шлам в количестве 73,6 мас.% вводили одновременно со смесью сталеплавильного шлака и карбонатной породы в количестве 26,4 мас.% через смеситель в холодный конец вращающейся печи [Технологический регламент ОАО «Осколцемент»]. Количество шлама, подаваемого в печь, контролировалось индукционным расходомером и по времени наполнения контрольного бачка [Технологический регламент ОАО «Осколцемент»]. Обжиг клинкера проводили во вращающейся печи размером 5×185 м методом противотока: в холодный конец печи подавали шлам, а навстречу ему двигались горячие газы, получающиеся при сгорании топлива в горячем конце. Шлам, соприкасаясь с горячими газами, проходил несколько зон обработки: сушки и подогрева, декарбонизации, экзотермических реакций, спекания и охлаждения. Полученный клинкер ссыпался из печи в колосниковый холодильник и имел следующий химический состав, модульные характеристики и коэффициент насыщения: СаО - 64,3; SiO2 - 20,8; Al2О3 - 5,0; Fe2O3 - 6,2; MgO - 2,5; прочие - 1,2; n=1,9; p=0,8; KH=0,92. Цемент получали путем совместного помола до удельной поверхности 300±10 м2/кг [ГОСТ 310.2-76] клинкера и гипса, последний вводили в количестве 5 мас.% от массы клинкера [Бутт Ю.М. Технология цемента и других вяжущих материалов. - М.: Стройиздат, 1976. - 407 с.]. Испытания полученного цемента проводили согласно ГОСТ 310.4-81. Прочность цемента при сжатии в 28-ми суточном возрасте твердения составила 58,7 МПа. Аналогичным образом были проведены опыты с другими количественными значениями заявляемой добавки и количеством шлака по отношению к сырьевому шламу. Результаты приведены в табл.3, 4, 5 и 6.
Как видно из табл.6 (по прототипу на добавку), введение в сырьевую смесь добавки позволяет получить цемент с прочностью 56,0 МПа. По заявляемому техническому решению введение добавки составов №№1 и 2, в которых содержание шлака по отношению к клинкеру составляет 10%, позволяет получить цемент прочностью 50,1 и 51,2 МПа соответственно, что свидетельствует о сохранении активности клинкера по сравнению с прототипом на способ. Введение добавки состава №3 позволяет получать портландцемент с прочностью 48,3 МПа для дорожных и аэродромных покрытий. Введение добавки составов №№4 и 5 при увеличении содержания шлака по отношению к клинкеру до 20% по сравнению с прототипом на способ позволяет повысить прочность цемента до 58,7 и 54,8 МПа соответственно и получать высокоактивный клинкер для производства портландского цемента.
Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет обеспечить:
1. Расширение арсенала средств для получения высокоактивного портландцементного клинкера с одновременной утилизацией находящегося в отвалах большого количества сталеплавильного шлака.
2. Энергосбережение за счет снижения удельного расхода топлива по сравнению с аналогом на 22%, по сравнению с прототипом - на 20%.
3. Удешевление процесса производства цемента для предприятий Белгородской области за счет снижения денежных средств на транспортировку сталеплавильного шлака.
4. Улучшение экологической обстановки региона за счет снижения выделения СО2 на каждую тонну обожженного клинкера, что в настоящее время имеет важнейшее значение с учетом Киотского соглашения.
5. Расширение арсенала средств при получении клинкера для дорожных и аэродромных покрытий.
6. Использование рядового сырьевого шлама с КН=0,91-0,93, т.к. отпадает необходимость специально готовить шлам с высоким коэффициентом насыщения.
Реферат
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к цементному производству, где может быть использовано при приготовлении цементной сырьевой смеси для получения дорожного и высокоактивного портландцементного клинкера. В способе получения цементного клинкера в холодный конец печи подают цементную сырьевую смесь, содержащую в качестве добавки железосодержащий компонент и сталеплавильный шлак в количестве 7,0-14,3 мас.% по отношению к сырьевой смеси, при этом шлак вводят состава, мас.%: СаО 39-43, SiO2 20-35, Al2O3 2-8, Fe2 O3 13-20, MgO 10-20, прочие 0,4-2,6, ппп 4-10 в виде смеси с карбонатной породой в соотношении, мас.%: сталеплавильный шлак 53-54, карбонатная порода 46-47 при следующем количестве смеси к железосодержащему компоненту, мас.%: железосодержащий компонент 5-10, указанная смесь 90-95, а карбонатная порода, креме того, состоит из карбонатного компонента 30-70 мас.% и извести 30-70 мас.%. Изобретение также относится к составу вышеуказанной добавки. Технический результат - расширение арсенала средств для получения дорожного и портландцементного клинкера с сохранением и повышением активности клинкера, снижение удельного расхода топлива. 2 н.п. ф-лы, 6 табл.
