Новая технология производства клинкера. Новые цементы

НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА КЛИНКЕРА. Новые цементы.

 

Предлагаемая запатентованная  технология позволяет цементным  заводам получить существенный экономический  эффект и дополнительную прибыль, повысить объём производства продукции и, одновременно, совершить принципиальный технологический прорыв в стабилизации производства и качестве производимого  портландцемента.

Технология гарантирует  следующие ключевые преимущества при  производстве клинкера, портландцемента  и бетона:

• Получение портландцементного клинкера с повышенным до 85% содержанием алита и отсутствием маргинальных фаз, таких как C₁₂A7, C₂F, CF (где F часто FeO), которые типичны для пере- и недожжённых клинкеров, а для последних - также щелочных производных этих фаз;
• Повышение толерантности технологического процесса и качества продукции к отклонениям химического состава сырьевой смеси и режима обжига клинкера;
• Получение прямого экономического эффекта от снижения производственных затрат;
• Значительное снижение карбонатизации новообразований в бетонах;
• Сокращение расходов на тепловлажностную обработку бетонов в 2 раза и более;
• Повышение всех качественных характеристик бетонов и радикальное повышение долговечности бетона.

Особенности технологии и получаемые технологические  эффекты

Технология предусматривает  введение добавки - промотора клинкерообразования в цементную сырьевую смесь в количестве 0,3 - 1% (в пересчете на массу клинкера) перед её поступлением во вращающуюся клинкерообжигательную печь. Промотор - это тонко-дисперсный сухой компонент, существенно ускоряющий минералообразование в обжигаемом материале и особенно - кристаллизацию алита (С₃S) в клинкере в зоне спекания печи.

Портландцементный клинкер, получаемый по указанной технологии, авторы назвали промотированным, или, сокращённо, проклинкером, а портландцемент на основе проклинкера - процементом. Проклинкер характеризуется узким гранулометрическим составом: 3 - 7 мм. 

Технология  промотирования клинкерообразования позволяет одновременно обеспечить ряд эффектов, представленных в следующей таблице.

 

№ п/п	Наименование  эффекта	Единица измерения	Величина
1	Повышение содержания алита (С3S) в проклинкере	%, до	72 - 85
2	Повышение производительности клинкеро-обжигательных печей	%, на	7 - 15
3	Снижение удельного расхода  топлива на обжиг проклинкера	%, на	5 - 12
4	Снижение оборота пыли в клинкеро-обжигательных печах	%, на	30 - 50
5	Улучшение качества обмазки  в зоне спекания печей и соответ-твенное увеличение срока службы огнеупорной футеровки	-	значительно улучшается
6	Снижение содержания соединений щелочных металлов (в пересчете на R2O = Na2O + 0,658K2O) в проклинкере	%, на	0,2 - 0,3
7	Повышение размоло-способности проклинкера и производительности цементных мельниц	%, на	15 - 50
8	Повышение прочности цемента, изготовленного на основе проклинкера при повышении производительности цементных мельниц по сравнению с контрольным режимом на 15%:	МПа, на
	- ранней, т.е. в двухсуточном возрасте		5 - 10
	- марочной, т.е. в 28-суточном возрасте		4 - 8

 

   

При промотировании ускоряется на 10 - 15% движение обжигаемого материала по длине печи. Это сужает его сегмент в поперечных сечениях печи и облегчает его прогрев факелом горения топлива. Примерно двукратное ускорение кристаллизации алита вызывает концентрированное выделение теплоты его кристаллизации в зоне спекания. Эта дополнительная эмиссия высокотемпературного тепла со значительным избытком перекрывает рост затрат низкотемпературного тепла на декарбонизацию большего количества СаСО3 в сырьевой смеси с повышенным значением коэффициента насыщения известью (КН). Указанный избыток обуславливает одновременный рост производительности печи.

Технология промотирования клинкерообразования позволяет также повысить толерантность технологического процесса и качества продукции к отклонениям химического состава сырьевой смеси и режима обжига клинкера. 

Пример 1. При внезапном повышении коэффициента насыщения (КН) сырьевой смеси известью на 0,03 при обычном режиме неизбежны: повышение расхода топлива, рост свободной извести и выпуск трудно- или неперерабатываемого брака. В режиме промотирования такой прирост КН не вызывает указанных недостатков благодаря оперативному повышению ввода промотора. 

Пример 2. Прирост содержания FeO в клинкере на 0,4-0,5% при обычном режиме вызывает снижение ранней прочности цемента на 20% и марочной прочности - на 10%. В режиме промотирования такое нарушение состава клинкера невозможно. 

Пример 3. Клинкерное пыление при обычном режиме вызывает снижение прочностных показателей цемента на 5 - 10 МПа (при правильном отборе средних проб). В режиме промотирования клинкерное пыление не возникает.

Технологические требования к внедрению

Для внедрения технологии на каждой печи требуется установить: расходный бункер для промотора  объёмом на 1 сутки; весовой дозатор  непрерывного действия с верхним  пределом дозирования до 1 т/ч и  управляющим устройством на месте  и на пульте машиниста; при мокром способе - смеситель промотора со шламом; эжекторную форсунку с поддувом сжатым воздухом на тракте возврата пыли в печь с горячего конца. Возврат пыли с холодного конца прекращается. При сухом способе роль смесителя промотора с сырьевой мукой или её компонентом выполняет одна из сырьевых мельниц. Кроме того, первая камера цементной мельницы для помола проклинкера загружается более мелким шаром.

В первый год реально  организовать внедрение технологии промотирования на 4 - 5 цемзаводах после специального предварительного анализа сырьевых материалов и изучения подготовленности технического состояния процесса производства.

Основные  экономические показатели технологии

Прямой экономический  эффект для цементного завода образуется от снижения удельного расхода топлива  на обжиг проклинкера с экономией газа (или мазута) до 10-12%.

Повышение активности прокликера по сравнению с обычным позволяет увеличить ввод граншлака или других активных минеральных добавок в шлако-портландцемент на 10% и более без снижения прочности, что означает возможность получения дополнительного чистого экономического эффекта.

Прямой экономический  эффект для потребителя возникает  от снижения расхода процемента до 40% в равнопрочных бетонах (по сравнению с обычным цементом) и от ускорения его твердения (снижения сроков тепловлажностной обработки до 50% это в настоящее время по стоимости примерно равно 5 7% цены цемента). Благодаря столь значительному сокращению сроков тепловлажностной обработки соответственно повышается производительность технологических линий по производству сборного железобетона, а также сроки сдачи монолитных зданий и сооружений под рабочие нагрузки.

Эти факторы объективно позволяют обосновать повышение  цены на процемент с учётом равновесного распределения экономической выгоды между цементным заводом и потребителем как минимум, на 20 %.

При этом, потребитель дополнительно получает существенное и объективное улучшение качества процемента: рост скорости и степени гидратации процемента в бетонах, рост показателей морозостойкости, водонепроницаемости и снижение усадочных деформаций бетонов. (Эти явления связаны с повышенным выходом гидросиликатов кальция в продуктах гидратации процемента в бетонах и полным отсутствием их карбонатизации, в том числе отсутствием соответствующего карбоната кальция в их структуре.)

Помимо небольших  затрат на начальные мероприятия, дополнительные расходы связаны с затратами  на промoтор, вводимый в сырьевую смесь, и составляют 60 – 120  тенге/т клинкера.

Таким образом, для цементного завода чистый экономический  эффект составит около 60 тенге/т цемента (для цемента без минеральных добавок при нынешнем уровне цен на цемент и топливо). Одновременно, производительность технологической линии, в среднем, повышается на 10-12%, что означает рост сбыта и дохода завода на указанную величину.

Отметим, что при  единственном реально осуществимом сегодня варианте перевода технологических  линий цем.заводов с длинными печами мокрого способа на сухой (с сохранением существующих печей и переходом к сухому помолу сырьевых смесей) достигается прирост производительности печей на 10%. Этот прирост соответствует получаемому по технологии промотирования со 100-кратно меньшими предварительными затратами на эту технологию при дополнительно достигаемом улучшении качества цемента и строительно-технических свойств бетона. Промотирование эффективно и для сухого способа производства цемента и, если оно освоено, его целесообразно сохранять после перевода технологических линий с мокрого способа на сухой.

Необходимые пояснения

Технология применялась  в длительных испытаниях (от 3 до 9 месяцев  подряд) на цементных заводах и  доказала получение всех вышеописанных  эффектов.

В её нынешнем виде технология сложилась несколько  лет назад. Однако, процессы передела собственности в цементной промышленности и перехода заводов из рук в руки создали условия, когда вопрос о качестве цементов отсутствовал в принципе; именно поэтому даже в местах успешных её проверок применение предлагаемой технологии не было в то время продолжено. В настоящее время, после окончания периода перераспределения крупной собственности в цементной промышленности, можно ожидать большего внимания со стороны стратегически мыслящих производителей цемента к качеству выпускаемой продукции.

В последние годы, проводя технологические работы на предприятиях по производству сборного железобетона Москвы, мы наблюдаем  резкое снижение однородности и, временами, скорости твердения цементов. Вследствие этих и иных причин растёт желание  производителей сборного и монолитного  бетона и железобетона применять  улучшенные цементы, вплоть до стремления строить собственные цементные  заводы.

С другой стороны, понимая  большую коммерческую ценность технологии, авторы не распространяли ни технологию, ни информацию о ней. И только теперь в РФ вызрели условия для соблюдения законодательства в сфере защиты авторских прав. Исходя из указанного, мы допускаем возможность реализации своей интеллектуальной собственности  посредством коммерческого использования  этой технологии. Настоящая информация является первой открытой, авторизованной в печатной форме.

Первое открытое устное сообщение о новой технологии сделано в докладе на 3-х Научных  чтениях по цементу "Современный  цементный завод", Москва, Центр  Международной Торговли, 21 - 23 ноября 2006 г., входящих в программу "Международный  Цементный Форум". Авторы доклада: Б.Э. Юдович, С.А. Зубехин, И.А. Миропольский ("ИнТехСтром").

Его опубликование  намечено на ноябрь 2007 г. в официальном  издании Форума - cборнике докладов 3-х Научных чтений под названием "Технические требования к процессу производства цемента, гарантирующие высокий уровень его строительно-технических свойств".