СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА
METHOD OF OBTAINING CEMENT CLINKER

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству цементного клинкера.
Известен способ агломерации портландцементного клинкера, сущность которого заключается в том, что в шихту вводят твердое топливо с последующими операциями гомогенизации и грануляции, при этом в шихту вводят 40-50% твердого топлива от всего необходимого количества, а остальное количество топлива сжигают в горелочных устройствах, создавая зоны с температурой 900-1000°С над всей поверхностью слоя шихты, за исключением участков зажигания, охлаждения и конца зоны спекания (см. SU 260481, 22.12.1969 г.).
К недостаткам данного способа относятся высокие энергозатраты на просасывание газовоздушной смеси с температурой 900-1000°С из-за высокого гидравлического сопротивления спекаемого слоя шихты, а также уменьшение производительности агломашины ввиду снижения скорости горения твердого топлива.
Известен способ получения цементного клинкера на спекательной решетке, включающий измельчение сырьевых компонентов и твердого топлива и спекание гранул. Измельчение сырьевых компонентов осуществляют до содержания 90-95% фракции 0,071 мм, в измельченную сырьевую смесь вводят последовательно твердое топливо фракции 2,5 мм в количестве 30-40% от массы топлива и гранулируют смесь до образования зародышей гранул, предварительно увлажненное до 12-15% твердое топливо фракции 2,5-5,0 мм в количестве 30-35% от массы топлива и гранулируют смесь до получения гранул 3-8 мм, а в полученные гранулы вводят остальное количество топлива фракции 2,5-5,0 мм с последующим подсушиванием полученных гранул до влажности 5-7% (см. SU 1625842 А1, 07.02.1991).
Недостатками этого способа являются:
- сложность технологии приготовления шихты, связанная с необходимостью разделения твердого топлива на три части и введения его в сырьевую смесь при гранулировании;
- низкая удельная производительность, обусловленная увеличением продолжительности обжига на 20-50% из-за снижения вертикальной скорости спекания при повышении гидравлического сопротивления слоя шихты в 2-4 раза, что обусловлено ростом высоты высокотемпературной зоны горения твердого топлива в слое шихты вследствие снижения скорости выгорания переувлажненных частиц топлива крупностью 2,5-5,0 мм с влажностью 12-15%, закатанных в бестопливную сырьевую оболочку;
- повышение гидравлического сопротивления спекаемого слоя приводит к росту энергозатрат за счет увеличения количества вредных подсосов холодного воздуха в местах контакта вакуум-камер с паллетами агломашины.
Наиболее близким по совокупности признаков способом того же назначения к заявляемому изобретению является способ производства цементного клинкера на конвейерной решетке, включающий измельчение сырьевых компонентов и твердого топлива, гранулирование смеси сырьевых компонентов с твердым топливом и термообработку. Перед гранулированием 70-80% смеси сырьевых компонентов смешивают с твердым топливом, измельченным до фракции 1,2 мм, гранулирование ведут до образования ядра размером 5-7 мм, после чего вводят остальную часть смеси сырьевых компонентов и продолжают гранулирование до формирования бестопливной оболочки. Термообработку шихты осуществляют ступенчатым режимом спекания с регулированием удельного расхода тепла и скорости фильтрации воздуха через слой шихты на каждом этапе (см. RU 2049749 С1, 10.12.1995).
Таким образом, технический результат использования патента №2049749 образуется за счет оптимизации гранулометрического состава сырьевой смеси и твердого топлива, поэтапного теплового и газодинамического режима процесса агломерации.
Приложение 2
Данный способ принят за прототип.
К недостаткам прототипа следует отнести сложность технологического процесса, обусловленную ступенчатым режимом спекания с регулированием удельного расхода тепла и скорости фильтрации воздуха через слой шихты на каждом этапе. Кроме того, за счет присущих способу производства клинкера на конвейерной агломашине вредных прососов воздуха (50-60% от всего объема) повышается удельный расход энергетических ресурсов и снижается производительность агломашины.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка высокопроизводительной энергосберегающей технологии производства клинкера с одновременным повышением его качества.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения цементного клинкера, включающем измельчение сырьевых компонентов, дробление твердого топлива, гомогенизацию смеси сырьевых компонентов с твердым топливом, гранулирование смеси сырьевых компонентов с твердым топливом, загрузку полученной окомкованной шихты в аглочашу с последующим зажиганием шихты за счет подачи газообразного топлива и термообработку ее при подаче воздуха на горение твердого топлива, особенность состоит в том, что гранулирование смеси сырьевых компонентов с твердым топливом ведут до образования ядер размером 1-5 мм, а воздух на горение твердого топлива подают под избыточным давлением 45-285 кПа при удельном расходе воздуха, обеспечивающем сгорание твердого топлива в шихте.
Заявляемая совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат.
Гранулирование смеси сырьевых компонентов до образования ядер размером 1-5 мм обеспечивает повышение производительности установки и качества конечного продукта.
Подача воздуха на горение твердого топлива под избыточным давлением 45-285 кПа при удельном расходе воздуха, обеспечивающем сгорание твердого топлива в шихте, позволяет снизить удельный расход энергетических ресурсов за счет повышения скорости горения твердого топлива и уменьшения расхода твердого топлива. При этом повышается скорость фильтрации воздуха через слой шихты и оптимизируется процесс теплопередачи, что обеспечивает увеличение высоты спекаемого слоя по сравнению с прототипом и повышает производительность агломашины.
Кроме того, упрощается технологический процесс получения клинкера и его аппаратурное оформление, поскольку исключается использование эксгаустеров. Отсутствие последних также снижает удельный расход электроэнергии на единицу получаемой продукции,
Заявляемый способ реализуется следующим образом.
Производство клинкера осуществляется с использованием шихтовых материалов, состав которых приведен в таблице. Измельчение компонентов сырьевой смеси производят путем их совместного помола в шаровой мельнице. Дробление твердого топлива, например бурого угля, осуществляют в молотковой дробилке до крупности 0-4 мм. Измельченную смесь сырьевых компонентов смешивают с твердым топливом в барабане-смесителе. Затем подают в гранулятор, где осуществляют гранулирование смеси сырьевых компонентов с твердым топливом до получения ядер величиной 1-5 мм. Окомкованную шихту загружают в чашу аглоустановки, например карусельной агломашины.
2
3
Поверхность аглочаши зажигают с помощью газовой горелки за счет сжигания газообразного топлива, например природного газа, подачу которого осуществляют в течение двух минут с интенсивностью 50000-55000 кДж. мин/м. После этого слой шихтовых материалов продувают сжатым воздухом с температурой окружающей среды и под давлением 98 кПа. Удельный расход воздуха оставляет 540-680 м на 1 т шихты. Указанный удельный расход воздуха обеспечивает полное сгорание твердого топлива в шихте. При этом температура горения твердого топлива составляет 1300-1400°С.
При величине ядер гранулированной смеси сырьевых компонентов с твердым топливом менее 1 мм увеличивается сопротивление слоя шихты фильтрации воздуха. При значениях величины ядер выше 5 мм снижается выход готового продукта.
При снижении избыточного давления ниже 45 кПа снижается производительность процесса. Избыточное давление выше 285 кПа не обеспечивается технологическими возможностями существующих магистралей сжатого воздуха.
После выгорания твердого топлива продукт агломерации - клинкер - выгружают из чаши, определяют массу, механическую прочность и качество клинкера.
Сравнительные технико-экономические показатели процесса получения цементного клинкера способом вакуумной агломерации и спеканием под давлением приведены в таблице.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
№ п/п
Показатели
Способ вакуумной агломерации
Спекание под давлением
1
Состав сырьевой смеси (%) - известняк дробленый
70,9
70,9
- глина
15,4
15,4
- щебень шлаковый
6,9
6,9
- конвертный шлак
6,8
6,8
Твердое топливо сверх 100% сырьевой смеси
10,0
6,0
2
Высота спекаемого слоя, мм
300,0
1000,0
3
Разрежение под слоем, кПа
8,0
-
4
Давление над спекаемым слоем, кПа
-
98,0
5
Удельная производительность аглоустановки, т/м<sup>2</sup> ч
1,2
6,0
6
Техническая прочность, кгс/см<sup>2</sup>
85,0
95,0
7
Удельные затраты тепла, кДж/кг клинкера
5210,0
3350,0
8
Активность вяжущего, МПа
45,0
50,0
Получение цементного клинкера способом спекания под давлением может применяться на цементных заводах и/или иных предприятиях по изготовлению строительных материалов.