Основными компонентами сырьевого шлама на ОАО «Осколцемент» являются мел, алюмосиликатный компонент (глина) и железистый компонент (новолипецкий шламбрикет). Средний химический состав сырьевого шлама: SiO2 = 13,4 - 13,8%; CaO = 43,8 - 44%; Al2O3 = 3,6 - 3,8%; Fe2O3 = 2,6 - 2,8 %; MgO = 1 - 2%; SO3 = 0,1 - 0,2%; K2O =0,2 - 0,4 %; Na 2O = 0 - 0,1 %; ппп = 35 - 35,6 %. Влажность сырьевого шлама составляет 38 - 40%. В виду невысокого содержания Al2O3 в глинах предприятие вынуждено использовать золошлаки Губкинской ГРЭС с повышенным содержанием щелочей.
Обжиг клинкера на ОАО «Осколцемент» осуществляется в современных вращающихся печах размером 5 х 185м при температуре 1450 - 15000С, холодная часть которых на участке 45 м оснащена цепным теплообменником для сушки сырьевого шлама. Масса цепей в цепном теплообменнике колеблется от 220 до 240 тонн. Схема и плотность навески по участкам подбираются в зависимости от компонентного состава и реологических свойств сырьевого шлама.
При использовании золошлаков было замечено на корпусе печи в горячем конце цепной завесы после выбивки панели образование намазки и наростов, в некоторых местах по высоте весьма значительные, что снижало сечение печи и приводило к нарушению ее аэродинамического режима. Для исследования фазового состава во время остановки печи были отобраны пробы намазки с 40 и 43 м и наростов с 65 и 92 м.
По внешнему виду намазка с 40 м отличалась, поэтому отдельно исследовали верхний слой и среднюю пробу. Оказалось, что сумма четырех основных оксидов составила всего 20 вместо 63%, обе части содержали чрезвычайно высокое количество, по сравнению с сырьевым шламом, K2O и Na2O, соответственно 17,1 и 5,4%, содержание SO3 и хлора менее 2%. При определении потерь при прокаливании материал вспучился.
Рентгенофазовым анализом установлено, что основным соединением в намазке является сильвин KCl, несмотря на то что содержание хлора 1,5%. Так же присутствуют двойные карбонаты К2Са(СО3)2 и КNaСа (СО3)2. В верхнем слое содержание К2Са(СО3)2 несколько больше. Неожиданным явился факт выделения на корпус печи солей КСl и К2Са(СО3)2 из общей массы материала.
Намазка с 43 м представлена более плотным конгломератом, в ней увеличилась сумма щелочей до 25 % и сумма основных оксидов - до 35%. Потери при прокаливании так же не могли определить. Основными соединениями в намазке были КСl, К2Са(СО3)2 и МgО. Несоответствие малой концентрации хлора и высокого содержания КСl вероятно обусловлено неверным определением хлора [1]. Только в пересчете на КСl содержание хлора должно быть 13 - 17%, видимо для определения хлора необходимы другие методики.
Таким образом, намазка представлена солями КСl и К2Са(СО3)2 с низкой температурой плавления, соответственно 768 и 8000С, в результате плавления которых образуются налипания на корпусе печи в цепной завесе.
Наросты с 65 и 92 м по химическому составу ближе к полуобожженному шламу, в котором уже произошло разложение глинистой молекулы и декарбонизация мела, потери при прокаливании в наростах снизились с 35,5 до 5,1%. Одновременно начались процессы взаимодействия оксидов с образованием низкоосновных минералов. В результате фазовый состав наростов с 65м представлен в основном белитом β- 2 СаО · SiO2, образовался двухкальциевый феррит 2 СаО ·Fe2O3, и осталась неусвоенная СаО. Концентрация щелочей в наростах снизилась до 10,2 % и поэтому содержание КСl значительно меньше.
В материале с 92 м белит 2 СаО · SiO2 представлен в β - и α - модификациях, а щелочи - в виде сильвина КСl и арканита К2SO4. Именно наличие даже в небольшом количестве KCl и K2SO4 и их плавление приводят к образованию наростов на корпусе печи.
Иногда при неустойчивом режиме обжига на шамоте даже встречаются голубые высолы, содержащие кроме минералов шамота (муллита 3 Al2O3· SiO2, β - и α -кристаболита, β - кварца) сильвин КСl и сульфит кальция СаSO3, подтверждающий наличие в печи местной восстановительной среды.
Таким образом, использование в качестве дополнительного сырьевого компонента золошлаков, содержащих повышенное количество щелочей, приводит к повышению щелочей в сырьевом шламе с возгонкой их в высокотемпературных зонах печи и циркуляции, зависящих от газовой среды и скорости испарения влаги, с последующей кристаллизацией их при высыхании шлама и налипанием на корпусе печи. Для устранения нежелательного образования наростов на корпусе печи при обжиге сырьевого шлама с повышенным содержанием щелочей необходимо снизить скорость испарения влаги и предотвратить кристаллизацию щелочей за счет снижения плотности цепной завесы на этом участке печи.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- ГОСТ 5382 - 93 «Методы химического анализа цементных материалов.-М.: Изд. Стандартов, 1993.-28с.
Работа представлена на III научную конференцию с международным участием «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники», 22-29 октября 2005г., Хургада (Египет). Поступила в редакцию 15.12.2005г.