Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

Personal portfolio

При обжиге цементного клинкера во вращающихся печах нередко наблюдается нарушение процесса гранулообразования с появлением клинкерной пыли, что приводит к снижению качества, повышению удельного расхода топлива, уменьшению стойкости футеровки и коэффициента использования оборудования, значительному ухудшению условий труда людей. Установлено, что, как правило, при клинкерном пылении в обжиговой печи происходит формирование клинкерных гранул и последующее разрушение их в пыль. В связи с этим представляется весьма важным выявление причин и механизма данного процесса. По мнению большинства исследователей, вероятность появления клинкерной пыли увеличивается при повышенном содержании щелоче- и серосодержащих примесей в обжигаемом материале. В настоящей работе рассмотрены особенности полиморфных превращений двухкальциевого силиката в присутствии примесных компонентов и их возможное влияние на формирование и структуру клинкерных гранул.

Как известно, среди четырех основных полиморфных модификаций ортосиликата кальция f- и γ-C2S характеризуются минимальной плотностью 2940 кг/м3 [1], плотность β - C2S на 8,8% выше, и если превращение β → γ-C2S происходит после кристаллизации основного клинкерного расплава, наблюдается рассыпание клинкера. Область устойчивости высокотемпературной α-модификации C2S 2130-1425oС [2], т.е. в зоне спекания во вращающейся печи присутствует α- C2S. Превращение f - C2S, сопровождающееся уменьшением объема кристаллической решетки на 5,6%, в обычных условиях проходит в присутствии расплава, и, несмотря на значительное изменение плотности, не приводит к рассыпанию клинкера. Примеси могут стабилизировать высокотемпературную α-модификацию С2S и значительно снижать температуру перехода f-C2S. По данным Н.А. Торопова [3], комплексная добавка 5,6% Fe2O3 + 4,2% Na2O стабилизирует α-форму С2S и снижает температуру модификационного превращения с 1425 до 1175±10oC, а добавка 3,6% CaO + 3,8% Al2O3 +2,8% Na2O - до 1180 oC, т.е. ниже температуры кристаллизации клинкерной жидкой фазы. В связи с этим, если модификационный переход задерживается до низких температур, когда жидкая фаза частично или полностью закристаллизована, то превращение α- C2S в f- C2S может приводить к внутренним напряжениям и разрушению гранул.

Для проверки данного предположения готовили смеси из расчета 20 весовых частей C2S и 5 весовых частей эвтектики без добавок и с указанными выше комплексными добавками-стабилизаторами. Смеси обжигали в лабораторной силитовой печи с выдержкой при температуре 1450оС в течение 30 минут. Полученные клинкера охлаждали по двум режимам: резкое охлаждение в воде со льдом от температуры 1450оС и охлаждение в печи до температуры превращения f - C2S, затем резкое в воде со льдом. Образцы, подвергнутые резкому охлаждению в воде со льдом от температуры 1450оС, разрушились. Прочность на сжатие бездобавочных образцов и образцов с добавками, резко охлажденных от температур ниже температуры превращения f - C2S, находилась в пределах 12-25 МПа. Рентгенофазовым анализом установлено, что двухкальциевый силикат представлен во всех образцах b-модификацией. Существенные различия в прочности образцов обусловлены следующим. При резком охлаждении от 1450оС расплав фиксируется в стеклообразном состоянии, а превращение f - C2S, которое проходило после затвердевания расплава, привело к возникновению деформаций вследствие существенного уменьшения объема кристаллической решетки C2S и разрушению образцов. В том случае, когда указанное превращение происходило в присутствии расплава, оно не вызвало напряжений и разрушения образцов. Указанные деформации, связанные с превращением f - C2S в присутствии примеси Na2O, приводящие к снижению прочности клинкерных спеков, могут иметь место и при обжиге цементного клинкера в промышленных печах. Кроме того, вследствие повышенной растворимости оксидов алюминия и железа в решётке f- C2S уменьшается количество жидкой фазы, что также приводит к нарушению процесса агрегирования клинкера и появлению клинкерной пыли.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Регур М., Гинье А. Кристаллохимия компонентов портландцементного клинкера//Шестой международный конгресс по химии цемента. Т.1. Химия цементного клинкера. - М.: Стройиздат. - 1976. - С.28-34.
  2. Нэрс Р. Фаза двухкальциевого силиката//Третий конгресс по химии цемента. - М. - 1958. - С.27 - 45.
  3. Торопов Н.А. Химия цементов. - М.: Промстройиздат. - 1956. - 270с.