Формирование и расчет состава сырьевой шихты для обеспечения минимальных энергозатрат при обжиге клинкера Текучева, Елена Васильевна

Введение к работе

Актуальность проблемы. Снижение энергозатрат и повышение активности клинкера с целью снижения себестоимости цемента в условиях резкого сокращения производственных мощностей является актуальной задачей и нуждается в углубленном научном исследовании. Выполнение поставленной задачи для цементных заводов в настоящее время требуется осуществлять без существенных финансовых затрат, что возможно только при условии дальнейшего совершенствования и интенсификации действующих технологических процессов превращения исходного сырья в цемент.

Одним из перспективных направлений, позволяющих решить эту задачу, является оптимизация сырьевой шихты с применением эксергетического анализа в технологии цемента. Особенно остро эта задача стоит для заводов, использующих в качестве карбонатного компонента мела (ОАО «Осколцемент», ЗАО «Белгородский цемент», ОАО «Мальцовский портландцемент», ОАО «Себряковский цемент» и др.).

Традиционный подход к решению задачи оптимизации состава сырьевой шихты путём выбора вида и соотношения компонентов, получаемого через заданные параметры: коэффициент насыщения (КН), силикатный (п) и глинозёмный (р) модули, не позволяет получить нужное решение. При расчёте сырьевой шихты принимается во внимание только «химический фактор» и практически не учитывается при расчёте «технологический фактор», а именно: физико-механические свойства компонентов (размалываемость, плотность, пористость, влажность «W», дисперсность «R» и т.п.), последующее агрегатное и схемное оформление процессов получения шлама и муки, а следовательно, их влияние на степень превращения, движение материала в мельницах, печи, пылевынос из печи «ПВ», перемешивание «П» и другие процессы. Поэтому необходим одновременный учёт физико-химических, физико-механических свойств сырьевых компонентов и конкретных технологий их превращения с единой мерой оценки их потенциальных энергетических характеристик.

Обобщённым показателем свойств этих компонентов и технологий их превращения, комплексно отражающим их энергетические возможности, является эксергетический показатель и соотношение эксергий потоков карбонатной и глинистой составляющих сырьевой шихты [патент №2093486]. Поэтому, оптимизация состава сырьевой шихты на основе примененш эксергетического анализа является актуальной.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом госбюджетных и хоздоговорных НИР ОАО «Осколцемент»,АО «НИИЦЕМЕНТ», БелГТАСМ «Разработка высокоэффективных технологий получения цемента и других вяжущих материалов».

Цель работы. Снижение энергозатрат, пылевыноса из печи, повышение активности клинкера путём формирования и расчёта состава сырьевой шихты, её параметров с применением эксергетического анализа в производстве цемента. Для достижения поставленной цели выполнены исследования по следующим направлениям:

Развитие эксергетического анализа для разработки теоретических основ метода формирования и расчёта состава сырьевой шихты, её параметров в технологии получения цементного клинкера.

Комплексный анализ физико-химических,., физико-механических, эксергетических характеристик исходных карбонатных, глинистых, железосодержащих компонентов, охватывающих широкий диапазон

,._:,.. свойств шихт, шламов на их основе для большинства цементных заводов.
,,- Формирование состава сырьевых шихт с различными видами сырьевых
,, компонентов и различными модульными характеристиками шламов
(КН,п,р).

- Определение численных значений эксергетических характеристик
. сырьевых шихт. Оценка эффективности сформированных шихт и

эксергетических характеристик шлама на процесс сушки в лабораторных условиях. ^Разработка технологического метода формирования оптимального состава сырьевой шихты, её параметров, схемы приготовления шлама и алгоритма реализации метода. Разработка рекомендаций по оптимизации сырьевой шихты и схеме приготовления шлама на её основе.

- Проведение промышленных испытаний оптимальных сырьевых шихт на
вращающихся печах мокрого способа производства цемента 5* 185м
(ОАО «Осколцемент»),

Научная новизна.

,~ Развит существующий метод выбора оптимальной сырьевой шихты для .і-, производства цемента, выразившийся в применении эксергетического анализа при формировании и расчёте состава сырьевой шихты.

- Сформулированы теоретические основы метода формирования сырьевой
шихты в технологии получения клинкера.

г Выполнен комплексный анализ физико-химических, физико-механических, технологических, эксергетических характеристик карбонатных, глинистых, железосодержащих компонентов, сырьевых шихт, шламов и клинкеров на их основе.

Установлена влияние эксергетических характеристик шихты на свойства шлама при его сушке, чем меньше разница между соотношениями скоростей термической диссоциации карбонатных и алюмосиликатных потоков (а_т) и зксергий этих потоков (ссе), тем больше область пылеулавливания и меньше область пылеобразования.

Разработан технологический метод оптимизации состава сырьевой шихты, её параметров, схемы приготовления шлама и алгоритм его

;:; реализации. Практическая ценность и внедрение результатов работы. '- Определены численные значения эксергетических характеристик сырьевых компонентов, шихт Старооскольского, Себряковского, Щуровского, Брянского, Белгородского цементных заводов, а также соотношения эксергетических значений карбонатного и глинистого потоков (<Хе), интенсивностей термической диссоциации соответственно карбонатного и глинистого потоков (От).

- Результаты работы подтверждены промышленными испытаниями при
работе на следующих сырьевых шихтах, шламах на их основе:

Мел СГОКа + глина СГОКа + бокситы Архангельского месторождения + железосодержащие добавки (3 части огарок Уваровских + 1 часть ферросплав «Тулачермет»); КН=0,91; п=2,3; р=1,4; ^^^=37,5%; Ro₂=2,8%. При этом удельный расход топлива на обжиг клинкера^х) снижен с 221,2кгу.т./т до 211,1кгу.т./т; активность клинкера(А) повышена с 50,ЗмПа до 52,7мПа; пылевынос из печи(ПВ) снижен с 35т/ч до ЗОт/ч.

Мел СГОКа + глина СГОКа + глина углистая + железосодержащая добавка( 3 части огарок Уваровских + 1 часть ферросплав «Тулачермет»); КН=0,90; n=2,2; р=1,3; W=39%; Ro₂=2,4%. При этом q_T снизился с 221,2кгу.т./т до 207,5кгу.т./т; А увеличилась с 50,ЗмПа до 53,7мПа; ПВ снижен с 35т/ч до 26т/ч.

Мел СГОКа + глина СГОКа + ферросплав «Тулачермет»; КН=0,86; п=2,4; р=0,9; W=39,l%; Ro2=2,61%. При этом q_T снизился с 221,2кгу.т/т до 209кгу.т./т; А снизилась с 50,ЗмПа до 49мПа; ПВ снижен с 35т/ч до 24т/ч.

Мел СГОКа + глина СГОКа +- ферросплав «Тулачермет» + Новолштецкий шлак; КН=0,91; n=2,2; р=1,3; W=37,8%; Ro₂=2,65%. При этом q_T снизился с 221,2кгу.т./т до 208кгу.т./т; А осталась на прежнем уровне - 50,5мПа; Q повышена с 69,4т/ч до 73,3т/ч; ПВ снизился с 35т/ч до 26т/ч.

Предложена технологическая схема приготовления шлама, предусматривающая различную степень измельчения шламов с низким («Н») и высоким («В») коэффициентами насыщения.

Получены предложения на проведение аналогичной работы по оптимизации сырьевой шихты от других цементных заводов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Всесоюзных и Международных конференциях в г. Белгороде, 1987-1997гт; на Всесоюзном научно-техническом совещании в г. Губкине,1990г; на конференции молодых учёных в г. Харькове, 1986г; на Международном совещании по химии и технологии цемента, РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва, 199бг;оп the 2-nd Int'l Seminar on Cement, 18-20 November 1996, Iran University of Science & Technology; на XIX Всероссийском совещании начальников лабораторий цементных заводов, 1998г; на технических советах ОАО «Осколцемент», 1990-1998гг.

Публикации. Материалы диссертации отражены в 29 публикациях, в том числе в полученных 5-ти авторских свидетельствах СССР.

1. Теоретические основы метода формирования и расчёта состава

сырьевых шихт Для достижения технико-экономических показателей на действующих цементных заводах мокрого способа производства цемента, сравнимых с сухим способом производства цемента, необходимо под одним научным воззрением и типовыми техническими решениями рассматривать в комплексе всю технологическую цепочку «сырьё - шихта - шлам, мука - клинкер - цемент, другие вяжущие», как единый процесс механотермохимических превращений в системе. Первостепенное значение здесь имеет оптимизация состава сырьевых многокомпонентных шихт для получения шлама и термообработанной

тонкомолотой сырьевой муки. Методологической основой оптимизации сырьевых шихт является эксергетический анализ в технологии цемента.

Обобщённым показателем свойств сырьевых компонентов, шихт на их основе и - технологий их превращения, комплексно отражающим их энергетические возможности, является эксергетический показатель и главное, соотношение ^: эксергий потоков карбонатной и глинистой составляющих сырьевой шихты (а_Е). Показано, что с увеличением эксергий шлама Е_ш и клинкера Ек расход топлива qx уменьшается (уравнение 1,2) , а активность клинкера А_к увеличивается (уравнение 3,4).

^,=283-0,168^ (1) q_T=26993-20,86E_K (2)

^:' А_К=438+0,122Е_Ш (3) А_К=254+0Д93Е_К (4)

Отсюда следует, что с теоретической точки зрения оптимальная сырьевая шихта - это такая шихта, полученные шлам или мука, из которой для обычной вращающейся печи или новой обжиговой системы обеспечивают одновременно минимальные энергозатраты при их приготовлении и обжиге, и максимально возможную активность клинкера.

Из эксергетического баланса системы « сырьё-шлам-клинкер» следует, что в общем виде энергозатраты при получении шлама и обжига клинкера определяются, прежде всего, свойствами шлама, которые зависят и регулируются целым рядом параметров, указанных ниже:

{q_T, Э, А_к, ПВ}=((свойства шлама) (5)

(8)

Сыр. шихта = f (вид. комп.; аЕ_к; ЬЕ_Г; КН; п; р);

(9)

Изм.= f (оборудов.; схема; Ro₂; W);

(10)

Оборудов. = f(D;L; L/d_3KB; N; q>; p);

(И)

Схема =f(разд.; совм.; комбин.; і_шм);

(12)

R₀₂=f(3;a*R_k;b*R_r);

(13)

ґ ^aE_v ^

W= ^ I .:> К I, при растекаемостн = const;

(14)

Переметив. = {(способа перемеш.; т_Перемеш.)»

(15)

Обозначения: q_T, Э - удельный расход топлива (кгут/т) и электроэнергии (кВт-час/т); А_к - активность клинкера (мПа); ПВ - пылевынос из печи (т/ч); а,Ь — доли карбонатного, глинистого компонентов соответственно; ф - степень заполнения измельчающей средой; р - живое сечение (%); N - число камер в мельнице; D - диаметр.мельницы (м); d_3KB - эквивалентный диаметр зоны измельчения (м); L - длина мельницы (м); R_K Д_г- соответственно дисперсность

карбонатного, глинистого компонентов; 1_к, 1_г - интенсивность термической диссоциации соответственно карбонатного, глинистого компонентов.

В связи с этим можно считать, это основной задачей на переделе «сырьё -шихта» является формирование из различного числа имеющихся в заводских условиях сырьевых материалов сырьевой шихты. Блок-схема такого передела с указанием преобразуемого и преобразующих потоков дана на рис.1.

*-ТЛ1

-Цщ

Рис.1 Условная блок-схема подсистемы «сырьё-шихта»

Уравнение энергетического баланса для данной подсистемы в соответствии с

Общим уравнением Ец+Епрео^Ец+Епотерь , (16)

имеет вид:

Еисх-сыр^Ещ,—.Ьш'Еіютерь > (1') Ьцр—11_э+1тр ; (1")

Е_ио,сь_Ф=Е_![+Е_г+Е_д; (18) Е_ш=аЕ_к+вЕ_гл+сЕ_д; (20)

С точки зрения энергопотребления на данном переделе задача заключается в выборе таких компонентов сырьевой шихты и их соотношения, эксергетические значения которых обеспечивают одновременное выполнение условий (7,8). Выполнение условия (7) обеспечивает максимальное значение эксергии сырьевой шихты, а условия (8) - максимальную скорость взаимодействия компонентов на начальной стадии твёрдофазовых реакций клинкерообразования, т.к. обеспечивается равенство соотношения эксергии карбонатного и алюмосиликатного потоков соотношению скоростей термической диссоциации компонентов, составляющих эти потоки.

Анализ уравнений эксергетического баланса (16-20) показывает, что значение эксергии исходной шихты в основном определяется эксергией выбранных компонентов и в меньшей мере зависит от Ещ, в виду её незначительности. Поэтому необходимо стремиться к выбору исходных компонентов, обладающих высокими значениями их эксергии и обеспечивающих условия (7,8). Соблюдение этих условий определяет оптимальный выбор компонентов и параметры сырьевой шихты: КН, влажность(^У), тонкость помола (R). Однозначность решения(7) и (8) свидетельствуют о существовании одного оптимального варианта сырьевой шихты. Но могут иметь место и отклонение от оптимума, достигнуть или приблизиться к которому можно только уже на стадии приготовления сырьевой смеси (шлама или муки). Таким образом, на основе эксергетического анализа показана и обоснована необходимость разработки нового подхода к решению

проблемы оптимизации состава сырьевых шихт, обеспечивающих

минимальные энергозатраты при производстве портландцементного клинкера.

2. Комплексная оценка свойств исходных

сырьевых компонентов

Для исследования были выбраны такие сырьевые компоненты, которые

возможны для использования на ОАО «Осколцемент», а также аналогичные и в

то же время различающиеся по виду карбонатные, глинистые,

железосодержащие компоненты, позволяющие охватить значительное число

сырьевых шихт для многих цементных заводов.

В качестве модельных материалов для исследований использовались наиболее разнообразные по природе основные сырьевые компоненты и составленные на их основе шихты, применяемые следующими цементными заводами: Старооскольским, Белгородским, Щуровским, Себряковским, Брянским. Выбранные материалы: карбонатные компоненты - 8 единиц; глинистые компоненты - 10 единиц; железосодержащие добавки - 10 единиц, достаточно представительно отображают многообразие видов типовых сырьевых продуктов, используемых при мокром способе производства цемента. Все разновидности карбонатных пород разделены на три группы:

1. Мела, применяемые и возможные к применению на ОАО «Осколцемент» - №№1,2,3,4.

2. Мела, используемые на Себряковском, Брянском, Белгородском цементных заводах - №№5,6, 7.

3. Известняк Щуровский - №8.

Выбранные глинистые компоненты разделены также на три группы :

4. Глины, используемые на Старооскольском, Себряковском, Брянском, Белгородском, Щуровском цементных заводах - №№9,10,11,12, 13.

5. Алюминатные добавки, используемые и возможные к применению на вышеперечисленных заводах-№№14,15,16,17.

6. Опоковидные мергели, возможные к использованию на Старооскольском цементном заводе -№18.

Железосодержащие компоненты разделены на две группы:

1. Железосодержащие добавки, применяемые на всех вышеперечисленных
'"'' заводах -№№19,20,21,27.

2. Железосодержащие добавки, возможные к применению на цементных
заводах - №№22,23,24,25,26,28.

Были определены физико-химические, физико-механические, эксергетичес-"кие параметры 28 компонентов. Химический анализ выполнялся по ГОСТ 5382-93; измерения плотности, пористости по методике Остапенко П.Е.; удельной поверхности по EN-196.6; ДТА - на дериватографе системы MOM; фазовый состав с помощью рентгеновского дифрактометра ДРОН-3. Значения эксергии исходных компонентов определялись по данным, приведённым в диссертационной работе Адаменко О.Е.. Расчёт эксергии карбонатного компонента выполнялся по уравнению:

EKap⁼[(Xc_ao*EcaO⁺XA12O3*EA1203⁺XFe203*EFe2O3⁺XsiO2*Esi02⁺X_Mg0*EMgO⁺

Xso3*Eso3+X_R2o*E_Rio+X_njm*E_nm)*{(l-Xw)+Xw*E_w}]*f/l; (21)

где X - содержание конкретного оксида в смеси; Е - эксергия конкретного оксида; 'W- 'естественная влажность; f - фактор компактности-фаз,

количественно определяемый по плотности карбонатного компонента; 1 - коэффициент развегвлённости пор, учитывающий различия в пористости карбонатов. Химический состав сырьевых компонентов приведен в табл.1.

Таблица 1 Химический состав исходных сырьевых компонентов

Железосодержащая добавка №1 состоит из: Ічасти огарок Уваровских и 1 части пыли ОЭМК ; добавка №2 из 1 части огарок Уваровских и 1 части пьши колошниковой ; добавка №3 из 1 части огарок Уваровских и 1 части шлам-брикета Новолипецкого.

Все отобранные карбонатные компоненты содержат от 49 до 55% СаО и от 1 до 4% S1O2. Глины характеризуются различным содержанием SiCb - от 42 до

68%; A1₂0₃ - от 12 до 15% и СаО - от 1 до 14%. Состав железосодержащих
компонентов необычайно разнообразен, содержание Бе₂0з изменяется от 40 до
80%, причём оксид железа представлен Fe₂03 (огарки, ферросплав) или FeO,
БезСч (шлам-брикет, пыль ОЭМК). Содержание А1₂0з в алюминатных добавках
колеблется от 17 до 45%, Si0₂ - от 24 до 53%, Fe₂0₃ - от 2 до 14% и
представлены каолинитом, монтмориллонитом и бёмитом.

При незначительном различии по химическому составу карбонатные компоненты неодинаковы по физическим свойствам, так влажность колеблется от 10,1 до 28,5%. Наиболее плотный - мел 1, 2 уступа СГОКа и известняк Щуровский, соответственно они имеют минимальную пористость. Карбонатные компоненты обладают различными температурными границами декарбонизации: от 680-9бОС в меле №1 до 760-1000С в меле №6. Эксергия карбонатного компонента изменяется от 200(Щуровский) до 220 кДж/кг (Белгородский) и максимальной эксергией обладает мел №7, характеризующийся наибольшей пористостью. Опоковидный мергель характеризуется высокой эксергией, равной 360 кДж/кг в результате наличия глинистых компонентов. При исследовании 207 проб мелов Стойленского, Белгородского, Копанищенского, Логовского месторождений была подтверждена взаимосвязь эксергии карбонатного компонента с его физико-механическими характеристиками. Наибольшей эксергией обладают мела с наименьшей влажностью и наибольшей пористостью. Так эксергией более 300 кДж/кг обладают мела с влажностью 12% и пористостью 50*60%.

Алюмосиликатные компоненты в зависимости от минералогического состава характеризуются более широким температурным интервалом реакции дегидратации глинистых минералов. Их эксергия изменяется от 530(Щуровская) до 1624кДж/кг(бокситы) и определяются в основном содержанием А1₂0з и Бе₂0з. Эксергия железосодержащих компонентов изменяется от 786(ферросплав) до 1472кДж/кг(шлам-брикет) и определяется в основном содержанием Fe₂C>3.

Таким образом, впервые выполнен эксергетический анализ широкой гаммы сырьевых компонентов, являющихся типовыми для большинства цементных заводов. Применительно к сырьевой базе АО «Осколцемент» установлено, что по эксергетической характеристике меловой поток отличается от глинистого, что вызывает необходимость достижения соответствия эксергии потоков между собой.

3. Формирование составов сырьевых шихт и исследование их

свойств Численное значение параметров физико-химических, физико-механических и , дксергетических характеристик выбранных исходных компонентов позволили сформировать 19 сырьевых шихт с учётом различных видов компонентов и различных модульных характеристик шлама(табл.№2).

Оценка свойств сырьевых шихт осуществлялась по кинетике усвоения СаО_св; по интенсивности процесса агрегирования шламов методом определения удельной массы шлама на цепях в зависимости от влажности шлама; по эксергетическим характеристикам шихты (табл.№3). Первые 5 шихт являются типовыми для Старооскольского, Брянского, Белгородского, Щуровского заводов и характеризуются близкими модульными характеристиками. Как

показали расчёты, эксергия шихт различна. Наибольшей эксергией, равной 340кДж/кг, обладает Старооскольская шихта(1), наименьшей -Щуровская 299кДж/кг(3). Целесообразно рассматривать эксергетическую характеристику шихт по Да=а_т-аЕ, которая для Щуровской шихты является максимальной 0,7. Исследование процесса минералообразования по кинетике усвоения СаО_С8 показывают, что шихта №3 является наименее реакционноспособной, содержание СаО_св при 1450С без выдержки составляет 4,2%. Следует отметить шихты Брянского(2), Белгородского(4) и Себряковского(5) заводов, характеризующихся низким Да, как наиболее реакционноспособные. Ввод в Старооскольскую шихту бокситов(б), глины Семиукской(7), мергеля(8,9) приводит к изменению эксергетических характеристик, Е_ш можно увеличить до 434кДж/кг при замене части мела мергелем(8), но при этом Да не уменьшается и реакционная способность смеси не улучшается. При вводе бокситов, Семилукской глины Да уменьшается до 0,4; 0,3 соответственно и улучшается реакционная способность этих шихт -содержание СаО_св при 1450С составляет в шихте 6 - 0,4%, в шихте 7 - 0%.

Таблица 2 Компонентный состав сырьевых шихт

Как видно, наибольшее влияние на реакционную способность шихты оказывает Да, которая должна стремится к минимальной величине(Да-»тіп) в заводских условиях при отсутствии возможности введения дополнительного компонента эксергию шихты можно повысить изменением КН,п,р, но при этом Да->тіп.

Для исследования технологических свойств сырьевых шихт(ПВ) были проведены лабораторные исследования процесса агрегирования модельных шламов на установке БелГТАСМ, представляющей модель холодного конца печи с цепями.. Все модельные шламы приготавливались с влажностью, обеспечивающей растекаемость шлама 55мм. 5 литров шлама заливалось в установку, через которую пропускался горячий воздух, температура которого измерялась до и после установки. Каждые 20 минут из установки вынималась цепь с прилипшим шламом и определялась удельная масса шлама на цепи т_м/т_ц. Постепенно увеличивался вес шлама на цепях, и после критической величины начиналось освобождение цепей от высохшего шлама. Эксперимент заканчивался при полном освобождении цепей от материала. Все кривые имеют одинаковый характер, налипание материала и сбрасывание, однако критическая влажность у всех шламов различна и изменяется от 28 до 18%(рис.2). Следует выделить два участка на кривых; 1 - зона до критической влажности (зона пылеулавливания) и 2 - зона после критической влажности (зона пылеобразования). Чем быстрее и при большей влажности происходит сход материала с цепей, тем вероятнее образование гранул и тем меньше зона пылеобразрвания, Впервые обнаружена взаимосвязь между поведением шлама при высушивании и его эксергетическими характеристиками.

Рис. 2 Изменение удельной массы шлама на. цепях при высушива.нии.

Влажность, %

Влажность, %

Старооскольские шламы различного компонентного состава(1,8,9) имеют критическую влажность при 33-35%, малую зону пылеулавливания и высокую

Да=0,6-0,73. Введение в шихту бокситов и Семилукских глин (6,7) снижает критическую влажность до 21-27%, значительно увеличивает зону пылеулавливания и улучшает эксергетическую характеристику Аа=0,4;0,3. Следует особо отметить поведение Себряковского (5),Брянского (2), Белгородского (4) шламов. У них максимальная величина удельной массы шлама на цепях, большая площадь зоны пылеулавливания и малая зона пылеобразования. Подтверждается зависимость: при малой величине Да шлам характеризуется большой областью пылеулавливания. Сырьевая смесь №19 занимает промежуточное положение и характеризуется низкой удельной массой на цепях и в равной степени налипанием и сбрасыванием материала с цепей.

Так установлена взаимосвязь между эксергетической характеристикой Да и поведением шлама при высушивании, чем ниже Да , тем больше область пылеулавливания, меньше область пылеобразования и тем вероятнее будет меньше пылевынос из печи. Для Старооскольского завода являются оптимальными шихты №6,7 с введением бокситов и Семилукской глины. 4. Применение эксергетического метода для разработки технологической схемы приготовления шлама

По результатам исследования разработан технологический метод формирования и расчёта состава сырьевой шихты для обеспечения минимальных энергозатрат при обжиге клинкера. Блок-схема выбора оптимальной сырьевой шихты и схемы её превращения дана на рис.3. Видно, что необходимые технологические и технические решения зависят от соотношения значений эксергий для карбонатного и глинистого потоков. Например, если значение аЕ_к=ЬЕ_г соответствуют условию (7,8), то целесообразна их совместная обработка; если аЕ_к>ЬЕг, то возникает необходимость достижения большей степени превращения глинистого компонента, вплоть до его замены в первом случае и, наоборот, карбонатного -во втором, что требует раздельного способа их подготовки. Для условий Старооскольского цементного завода, в случае использования модельной с/шихты №1 и с/шихт №№6,7 - аЕ_к>ЬЕ,.. В связи с этим были проведены лабораторные исследования по определению влияния тонкости помола шлама с высоким КН («В») и низким КН («Н») на реакционную способность сырьевой шихты и прочность клинкера.

Для этого на основе сырьевых компонентов (мел и глина СГОКа, сланец ЛГОК, ферросплав, шлам-брикет) были приготовлены сырьевые смеси №№20+23 с применением «Н» и «В» шламов с различной степенью их тонкости помола:

Шлам с «В» КН и тонкостью помола (остаток на сите №02) -14%.

Шлам с «В» КН и тонкостью помола (остаток на сите №02) - 22%.

Шлам с «Н» КН и тонкостью помола (остаток на сите №02) -1,5%.

Шлам с «Н» КН и тонкостью помола (остаток на сите №02) - 0,5%.

А также приготовлен контрольный шлам на основе «Н» и «В» с равным остатком на сите №02 - 3,3%. Образцы-таблетки из сырьевых шихт 20+24 подвергли обжигу в печи с силитовыми нагревателями при температуре Т =1280,1420С с выдержкой при максимальной температуре 40 мин., затем в

спёках определили СаО св. Кинетика спекания сырьевых шламов 20+24 приведены в таблице №4.

Приведенные шиты (KH,n,p,)-* var

«IT ^a2 T ^a3 T

К^Гл КрГл К 4^Тл

_її?

Шл]

]Щ; Пі, рь Wj, Rooa, Рєі

Перемешивание Патент №2104251

Эксергические характеристики КОМПОНЄНТОВ, шихт, шламов, клинкеров, патент №2093486

Кщ

ДКН<= 0,005

печь

%Кар/ %Гл->. var

Кл

a₂

a₃

Э; А;

Рис 3. Блок-схема выбора оптимальной сырьевой шихты и схемы её превращения.

Полученные клинкера (спёки) смололи с гипсовым камнем и изготовили образцы (1х1х1)-10"²м в растворе 1:3 для определения активности через 3-е и 28 суток. Результаты определялись как средние из 6 образцов (таблица 4). Гидратационная активность клинкера из контрольного шлама(24) составляет 28,5 через 3 суток и 49,2мПа через 28 суток. Следует подчеркнуть, что клинкера №22,23, приготовленные на основе 2-х шламовых потоков: крупномолотого

шлама «В» и тонкомолотого шлама «Н», с остатком готового шлама 5,1-5,8% обладают более высокой гидратационной активностью, как в 3, так и в 28 суток-11з=40,6-43,6мПа;К28=52,3-54,0мПа.

Таблица 4
Влияние схемы приготовления сырьевого шлама на минералообразование и
активность клинкера

Даже увеличение тонкости помола «В» шлама до 22% позволяет получать клинкер, близкий к активности контрольного клинкера. Итак, при разработке технологической схемы приготовления шлама применён эксергетический метод анализа, позволяющий по соотношению эксергий карбонатного и глинистого потоков рекомендовать совместный, раздельный или комбинированный способ подготовки шлама.

5. Промышленные испытания исследуемых шихт

На Старооскольском заводе на вращающихся печах 5x185м были использованы шламы, приготовленные на основе сырьевых шихт №6 (мел и глина СГОКа, бокситы Архангельского месторождения, огарки, ферросплав) и №7 (мел и глина СГОКа, глина Семилукская, огарки, ферросплав). Кроме того, в целях оптимизации традиционной заводской сырьевой смеси №1 проведены её промышленные испытания с модульными характеристиками КН=0,86; п=2,39; р=0,91(25) и вводом Новолипецкого шлака(26), позволяющие повысить её эксергетические характеристики. Средние результаты промышленных испытаний сведены в таблицу №5.

Введение бокситов, особенно Семилукской глины позволило повысить производительность печи на 1,2т и снизить удельный расход условного топлива с 221,2 до 207,5 кгу.т./т. Следует отметить подтверждение результатов лабораторных исследований по снижению пылевыноса из печи с 35 до 26 т/ч и повышению гидратационной активности цемента с 50,3 до 53,7мПа.

Введение шлака в сырьевую шихту позволяет снизить Да до 0,2, что приводит к снижению расхода топлива с 221,2 до 208 кгу.т./т и пылевыноса с 35 до 26 т/ч. Увеличение эксергий глинистого потока путём снижения КН до 0,86 приводит к снижению Да до 0,1; к снижению qi до 209кгу.т./т и пылевыноса до24т/ч. Таким образом разработан и подтверждён в промышленных условиях технологический метод формирования и расчёта

состава сырьевой шихты, её параметров, схемы алгоритм его реализации.

превращения и

'' ' Таблица 5

Результаты промышленных испытаний.

Общие выводы

7. Выполнен комплексный анализ физико-химических, физико-механических, технологических, эксергетических характеристик карбонатных, глинистых, железосодержащих компонентов, сырьевых шихт, шламов на их основе, являющихся типовыми для большинства цементных заводов. На основе проведённого анализа показана и обоснована необходимость разработки нового подхода к решению проблемы оптимизации состава сырьевых шихт, обеспечивающих минимальные энергозатраты при получении портландцементного клинкера.

8. Развит существующий метод выбора оптимальной сырьевой, шихты для производства цемента, выразившийся в применении эксергетического анализа при формировании и расчёте состава сырьевой шихты.

3. Определены численные значения эксергетических характеристик сырьевых
компонентов, шихт, шламов на их основе. Оценена эффективность
сформированных, шламов в лабораторных условиях. Показано:

взаимосвязь эксергии карбонатного компонента с его физико-механическими параметрами - плотностью, пористостью и влажностью, наибольшей эксергией обладают карбонатные компоненты с наименьшей влажностью и наибольшей пористостью;

реакционная способность сырьевых шихт коррелируется со значениями ани ест, удовлетворяющих условию (8). Наиболее высокой реакционной способностью обладают исследуемые сырьевые шихты №№2,4,5,6,7,13,14,19, для которых характерны минимальные значения

Да-разницы между соотношением интенсивности термической диссоциации карбонатного потока к алюмосиликатному потоку ат и соотношением эксергии карбонатного потока к алюмосиликатному потоку а_Е;

взаимосвязь между эксергетической характеристикой Да и свойствами шлама при сушке. При Да=0,2-0,5(с/шихты№№2,4,5,6,7,13,14,19) зона пылеулавливания значительно больше зоны пылеобразования.

4. Разработан технологический метод оптимизации состава сырьевой шихты,
её параметров, схемы приготовления шлама и алгоритм реализации
метода,заключающийся в:

1. определении числа принципиально возможных к использованию альтернативных сырьевых компонентов;

2. определении количественных значений эксергии этих компонентов и выполнении этапа оптимизации состава сырьевой шихты по условию:

А« ^—^ -ниш 5 ggg. ₌ ^(?V⁰Q _или а_Е=а_т; Д(Х-»тіп; ЪЕ_Г 1_Г(Т_ГС)

c) формулировании требований по приготовлению сырьевого шлама (муки),
предусматривающую совместную, раздельную или комбинированную
обработку компонентов, схем приготовления, учитывая соотношение эксергии
карбонатного и глинистого потоков-при а*Е_к=Ь*Е_г необходим совместный
помол сырьевых; компонентов; при а*Е_к/Ь*Е^>1 - раздельный помол
компонентов с большей степенью дисперсности глинистого потока;
при*Е_к/Ъ*Е,.<1 - раздельный помол компонентов с большей степенью
дисперсности карбонатного потока.

5. Разработан алгоритм оптимизации дисперсности сырьевого шлама ОАО «Осколцемент» путём раздельного измельчения шлама с «Н» и «В» КН. Показано, что дисперсность шлама с «Н» КН должна быть выше дисперсности шлама с «В» КН и составляет: Ro2(«H»)=0,5-bl,5%; Ro2(«B»)=14/o, при общей дисперсности готового шламаRo2=5,l-5,8% .

6. Результаты работы внедрены на вращающихся печах Старооскольского цементного завода. При работе вращающихся печей на сырьевых шламах:

Мел СГОКа + глина СГОКа + бокситы Архангельского месторождения + железосодержащие добавки (3 части огарок Уваровских + 1 часть ферросплав «Тулачермет»); КН=0,91; n=2,3; р=1,4; У/щшагЗ! ,5%; Ro2=2,8%. При этом удельный расход топлива на обжиг клинкера^_т) снижен с 221,2кгу.т./т до 211,1кгу.т./т; активность клинкера(А) повышена с 50,ЗмПа до 52,7мПа; пылевынос из печи(ПВ) снижен с 35т/ч до ЗОт/ч.

Мел СГОКа + глина СГОКа + глина углистая + железосодержащая добавка( 3 части огарок Уваровских + 1 часть ферросплав «Тулачермет»); КН=0,90; n=2,2; р=1,3; W=39%; Ro₂=2,4%. При этом q_T снизился с

221,2кгу.т./т до 207,5кгу.т./т; А увеличилась с 50,ЗмПа до 53,7мПа; ПВ снижен с 35т/ч до 26т/ч.

Мел СГОКа + глина СГОКа + ферросплав «Тулачермет»; КН=0,86; п=2,4; р=0,9; W=39,l%; Ro2=2,61%. При этом q_T снизился с 221,2кгу.т/т до 209кгу.т./т; А снизилась с 50,ЗмПа до 49мПа; ПВ снижен с 35т/ч до 24т/ч.

Мел СГОКа + глина СГОКа + ферросплав «Тулачермет» + Новолипецкий шлак; КН=0,91; n=2,2; р=1,3; W=37,8%; Ro₂=2,65%. При этом q_T снизился с 221,2кгу.т./т до 208кгу.т./т; А осталась на прежнем уровне 50,5мПа; Q повышена с 69,4т/ч до 73,3т/ч; ПВ снизился с 35т/ч до 2бт/ч.

7. Получены предложения на проведение аналогичной работы от других цементных заводов.

Похожие диссертации на Формирование и расчет состава сырьевой шихты для обеспечения минимальных энергозатрат при обжиге клинкера

Выявление взаимосвязи параметров управления процессами при обжиге клинкера на основе химико-технологических моделейАлександров, Игорь Эдуардович

Моделирование процессов обжига клинкера в циклических режимахФедосеев, Дмитрий Филиппович

Низкоалюминатный белый портландцемент и интенсификация процесса обжига клинкераЗеленская Елена Алексеевна

Энерго- и ресурсосбережение при обжиге цементного клинкера на основе комплексной интенсификации технологических процессовБорисов, Иван Николаевич

Интенсификация процесса обжига цементного клинкера путем повышения эффективности работы холодильникаНовоселов, Алексей Геннадьевич

Интенсификация обжига цементного клинкера в печах сухого и комбинированного способов производстваПерескок Сергей Алексеевич

Разработка теоретических основ и прикладных способов оптимизации обжига цементного клинкера во вращающейся печи с учетом анализа теплотехнологических особенностей процесса.Бабаев Накибулло Хабибуллаевич

Разработка метода оптимизации режима обжига портландцементного клинкера путем оценки степени грануляции обжигаемого материала в различных технологических зонах Рубан Александр Борисович

Интенсификация обжига и повышение активности клинкера двухпоточным помолом шламаСмаль Дмитрий Викторович

Принципы и метод расчета вязкости стекол в широком интервале состава и температурПушкарева, Марина Владимировна