Помол клинкера
Помол клинкера — завершающая стадия производства портландцемента.
Клинкер является только полуфабрикатом. Для того чтобы получить из него портландцемент, клинкер следует измельчить совместно с добавкой гипса, а также и с гидравлической добавкой, применяемой в большинстве случаев.
Одно из важнейших требований к портландцементу — это определенная степень измельчения — тонкость помола. От нее зависит прочность портландцемента и скорость твердения его.
При этом применяют как открытый цикл помола «на проход», так и замкнутый с промежуточной сепарацией измельченного продукта.
Отличительной особенностью измельчения клинкера по сравнению с помолом сырьевых материалов при сухом способе производства портландцемента является более высокая твердость клинкера. Кроме того, для получения цемента размалываемые зерна должны иметь заданный гранулометрический состав. Последними исследованиями установлено, что цемент, содержащий в определенном сочетании мелкие и относительно крупные зерна, обладает наиболее высокими физико-механическими показателями.
Твердость клинкера и его размолоепоеобность зависят от режима и способа обжига (в шахтных или вращающихся печах), а также от минералогического состава сырья. В качестве характеристики способности клинкера к измельчанию пользуются коэффициентом размолоспособности. Его принимают равным 1,0 для клинкеров вращающихся печей средней размолоспособности, 0,8—0,9 с повышенным и 1,1 с пониженным сопротивлением размолу.
Клинкер шахтных печей более пористый, так как из гранул выгорает уголь, поэтому сопротивление размолу такого клинкера оказывается меньше и коэффициент размолоспособности его принимают равным 1,15—1,35. Чем выше коэффициент размолоспособности, тем быстрее измельчается клинкер и тем больше будет производительность мельницы.
При очень быстром охлаждении клинкера размолоспособность его понижается в результате значительного содержания в клинкере клинкерного стекла — не успевшего закристаллизоваться расплава. Примерно также на свойства клинкера влияет содержание двухкальциевого силиката по сравнению с трехкальциевым силикатом. Последний, обладая более хрупкими кристаллами, размалывается быстрее.
Тонкость помола цемента, характеризуемая остатком на сите № 008 (размер ячейки в свету 0,08 мм), составляет 8—12% для большинства отечественных цементов (согласно стандарту этот остаток не должен превышать 15%); удельная поверхность такого цемента составляет примерно 2500—3000 см2/г. Расход электроэнергии на получение одного килограмма цемента при измельчении клинкера с коэффициентом размолоспособности 1,0 составляет соответственно 32—36 квт-ч. С повышением тонкости помола затрата электроэнергии возрастает в значительно большей степени, чем степень измельчения. Так, увеличение тонкости помола на каждый 1 % (уменьшения остатка на сите № 008) повышает расход электроэнергии на 4—6% и соответственно снижает производительность мельницы.
Применение замкнутого цикла помола существенно повышает производительность мельницы, на 10—20% и более. Причина этого заключается в систематическом отделении от общей массы размалываемого в мельнице материала мельчайших зерен, которые налипают на мелющие тела и снижают размалывающую способность последних.
Для сепарации цемента применяют в основном центробежные сепараторы. Трубная мельница работает в замкнутом цикле с двумя сепараторами. Производительность сепаратора зависит от тонкости помола, выделяемого при сепарации цемента. Так, увеличение удельной поверхности с 2500 см2/г до 3500 см2/г уменьшает производительность сепаратора в 1,5 раза, а до 6000 см2/г —в 2 раза.
Сепараторы принимают диаметром от 2800 до 5500 мм, их производительность при отделении цемента с удельной поверхностью 2500 см2/г составляет соответственно от 18 до 85 т/ч.
При замкнутой схеме помола получают цемент более устойчивого качества и более высоких физико-механических свойств как в отношении марочной прочности, так и в отношении скорости твердения в начальный период. Например, по этой схеме получают быстротвердеющий цемент. Повышение физико-механических свойств цемента при замкнутом цикле помола обусловливается однородным зерновым составом и уменьшением среднего размера цементного зерна. Из сепаратора выходит цемент постоянного зернового состава и с заданной удельной поверхностью, что достигается соответствующей регулировкой работы сепаратора.
Обогащение цемента мельчайшей фракцией, задерживаемой в фильтрах для очистки аспирационного воздуха мельницы, также позволяет получать быстротвердеющий цемент. Этот способ применяют при открытом цикле помола, добавляя к части цемента пыль из фильтров.
Чтобы на мелющие тела и футеровку мельницы не налипала пыль, применяют интенсификаторы помола: уголь, сажу. Сейчас для этой цели стали вспрыскивать распыленную воду в последнюю камеру мельницы в количестве 0,5—1,0% от веса цемента. Это позволяет значительно снизить температуру цемента до 70—80 вместо 100—150° С. Воду подают автоматически при достижении цементом на выходе из мельниц температуры выше 100-4110° С.
Снижение температуры цемента достигается также водяным охлаждением корпуса мельницы и интенсивной аспирацией. При аспирации из мельницы удаляют наиболее тонкие фракции цемента, снижающие, как отмечалось, размалывающую энергию мелющих тел. Большие объемы холодного воздуха (до 300 мг на 1 т цемента), просасываемые через мельницу, охлаждают футеровку корпуса, мелющие тела и цемент.
Охлаждение цемента необходимо, во-первых, для того, чтобы сократить сроки его выдерживания на окладе. Отпускать горячий цемент запрещено, так как он очень быстро схватывается и его невозможно применять в бетоне до полного охлаждения. Установлено также, что с увеличением температуры цемента в мельнице производительность ее снижается. Поэтому охлаждение мельницы полезно сказывается и на ее производительности. По этим причинам запрещено подавать в мельницу клинкер или добавки с температурой выше 80° С
Для охлаждения цемента применяют специальные холодильники, представляющие собой вертикальные или горизонтальные шнеки с герметические корпусом, орошаемые водой. При перемещении цемента в шнеке он интенсивно перемешивается лопастями и охлаждается, соприкасаясь с холодным корпусом шнека.
Особое влияние на качество помола и производительность цементной мельницы оказывает выбор ассортимента мелющих тел. Рекомендуется следующее соотношение мелющих тел по их виду и размерам в трубной мельнице с самосортирующей футеровкой.
Трубные мельницы для помола клинкера применяют те же, что и для измельчения сырьевых материалов. Однако в первом случае их производительность оказывается несколько меньше.