пятница, 29 марта 2019 г.

Работа 1. Расчет состава портландцементной сырьевой смеси




Работа 1. Расчет состава портландцементной сырьевой смеси

Цель работы: рассчитать состав сырьевой смеси для получения клинкера с заданными характеристиками из сырьевых компонентов с известным химическим составом и определить количественное соотношение этих компонентов.

Общие положения
Расчет состава портландцементного клинкера является основополагающим в технологии вяжущих веществ и позволяет синтезировать клинкер заданного химического, минералогического состава, а также получать портландцемент с заданным уровнем свойств. При изготовлении портландцементного клинкера сырьевую смесь составляют из 2–4 компонентов. В качестве основных используют карбонатный и глинистый компоненты, а требуемый химический состав сырьевой смеси достигают путем введения корректирующих добавок. Правильно произведенный расчет сырьевой смеси является одним из важнейших условий получения клинкера с заданными характеристиками. Расчет сырьевой смеси заключается в определении соотношений между ее компонентами на основе химического состава сырьевых материалов и заданных характеристик клинкера, обеспечивающего для данного завода оптимизацию технологических параметров получения клинкера и заданные свойства цемента.
Состав и свойства портландцементного клинкера предопределяются следующими характеристиками:
-                   химическим составом клинкера;
-                   значениями коэффициента насыщения и модулей;
-                   содержанием основных клинкерных минералов.
Химический состав клинкера, исходя из минералогического состава, определяют по формулам:


В этих формулах численные коэффициенты показывают долю оксида в соответствующих минералах.
Следует учитывать, что в условиях обжига из-за безвозвратного уноса, неполного связывания извести, присадки золы, возгонки второстепенных компонентов (K2O, Na2O, SO3) состав клинкера будет отличаться от состава сырьевой смеси в пересчете на прокаленное вещество. Различие в значениях коэффициента насыщения и модульных характеристик устанавливают на заводе на основе статистического анализа и учитывают при расчете смеси.
Расчет сырьевой смеси осуществляют по результатам химического анализа каждого сырьевого компонента на содержание оксидов, мас.%: SiО2, Al2O3, Fe2О3, CaO, MgO, SO3, R2O (Na2O + К2O) и ППП (потери при прокаливании). В специальной литературе эти оксиды обозначают символами S, A, F, С, М, S̄, R и ППП. Содержание основных оксидов в клинкере колеблется в следующих пределах, мас.%: СаО –  62–67, SiO2 – 20–24, Al2O3 – 4–7, Fe2O3 – 2–5, MgO, SO3, R2O др. – 1,5–4.
При наличии в сырье FeO и МnО их содержание прибавляют к содержанию Fe2O3, используя для этого коэффициенты 1,1114 для FeO и 1,1127 для МnО.
Расчет состава цементной сырьевой смеси проводят в программе Microsoft Excel.
На первом этапе расчета сырьевой смеси проводят пересчет химического состава каждого из исходных компонентов так, чтобы суммарное содержание основных оксидов и ППП составило 100 %. Для этого для каждого сырьевого компонента рассчитывают коэффициент Кi в соответствии с формулой:


После этого умножают содержание каждого оксида и ППП в сырьевом компоненте на полученный коэффициент и проводят проверку. При проверке сумма содержания основных оксидов и ППП после пересчета должна составить ровно 100 %.
При расчете сырьевых смесей используют упрощенные формулы для расчета коэффициента насыщения КН (и модульных характеристик – силикатного n и глиноземного p модулей:


Коэффициент насыщения КН колеблется в пределах 0,8–0,95, силикатный модуль
n = 1,7–3,5, глиноземный модуль р = 1,0–3,0. При таких значениях модульных характеристик содержание основных клинкерных минералов в обычном клинкере колеблется в следующих пределах, %: C3S – 40–60 , C2S – 15–35 , С3А – 4–14 , C4AF – 10–18.
Наиболее распространенным является способ расчета сырьевой смеси по значениям КН и модулей. При расчетах необходимо соблюдать следующие условия:
-                   число сырьевых компонентов должно быть на единицу больше числа заданных характеристик;
-                   для удобства расчетов и повышения их точности химический состав каждого компонента сырьевой смеси пересчитывают на 100 %;
-                   для упрощения расчетов содержание меньшего по количеству компонента принимается равным единице;
-                   точность расчетов сырьевой смеси – до 0,001.
Чаще всего используют трехкомпонентные сырьевые смеси. В этом случае при использовании запесоченного сырья или сырья с карстовыми  включениями рекомендуется назначать КН и n, а при использовании относительно однородных по составу глин или мергелей – КН и р.
При расчете трехкомпонентной сырьевой смеси предполагают, что на 1 часть третьего компонента приходится X частей первого (карбонатного) и Y частей второго (алюмосиликатного) компонентов. Значения X и Y соответственно рассчитывают по формулам:


При расчете сырьевой смеси по КН и n коэффициенты
a1, b1, c1, a2, b2, c2 рассчитывают по формулам:


При расчете сырьевой смеси по КН и р коэффициенты
a1, b1, c1 рассчитывают по формулам (10) – (12), а коэффициенты a2, b2, c2 по формулам:

Долю каждого компонента сырьевой смеси (в %) подсчитывают по формулам: 

Содержание каждого оксида и ППП (в %) в сырьевой смеси рассчитывают по формуле:

где S
1, S2 и S3 - содержание оксида кремния соответственно в первом, втором и третьем компонентах.


Содержание остальных оксидов и ППП рассчитывают по аналогичным формулам.
После расчета химического состава сырьевой смеси рассчитывают значения КН и n или КН и р сырьевой смеси по формулам (2)–(4). Совпадение расчетных значений КН и модулей с заданными значениями свидетельствует о правильности выполненных расчетов.
Для расчета химического состава портландцементного клинкера рассчитывают коэффициент k по формуле:

Содержание каждого оксида в клинкере вычисляют по формуле:

Содержание остальных оксидов подсчитывают по аналогичным формулам. Значение ППП для портландцементного клинкера принимают равным 0.
На заключительном этапе рассчитывают минералогический состав портландцементного клинкера по формулам:


Рассчитывают количество жидкой фазы, образующейся при обжиге клинкера. При температурах 1400–1450 °С оксиды Na2O, К2O, MgO, S
O3 концентрируются в основном в клинкерном расплаве, количество которого возрастает с повышением температуры обжига. Количество жидкой клинкерной фазы может быть приближенно подсчитано по следующим уравнениям:



Пример расчета трехкомпонентной сырьевой смеси
Химический состав исходных сырьевых материалов, а также состав исходных сырьевых материалов, пересчитанный на 100 %, представлен в табл. 1. Коэффициент насыщения КН = 0,9; силикатный модуль n = 2,3.

Таблица 1. Химический состав исходных компонентов
Компонент
Содержание оксидов, маc. %
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
ППП
Сумма
Известняк
0,72
1,21
0,55
57,18
0,52
0,12
45,28
105,6
Глина
73,45
14,91
3,63
2,69
1,74
0,29
2,82
99,54
Огарки
15,11
1,56
84,98
2,28
0,24
3,36
0,87
108,4
Химический состав исходных компонентов в пересчете на 100%
Известняк
0,69
1,15
0,52
54,15
0,49
0,12
42,88
100
Глина
73,79
14,98
3,65
2,71
1,75
0,29
2,83
100
Огарки
13,94
1,44
78,40
2,10
0,22
3,10
0,80
100
Определяем значения коэффициентов:

Определяем относительные доли первого и второго компонентов:


Следовательно, в сырьевой смеси на 1 часть огарков приходится 41,703 частей известняка и 9,731 частей глины. Содержание каждого компонента в сырьевой смеси в процентном количестве составит:


Вычисляем химический состав сырьевой смеси и клинкера (табл. 2).

Таблица 2. Расчет химического состава сырьевой смеси и клинкера
Компо-нент
Содержание оксидов, мас. %
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
ППП
Сумма
Известняк
79,53%
0,549
0,915
0,414
43,068
0,390
0,095
34,104
79,534
Глина
18,56 %
13,695
2,780
0,677
0,503
0,325
0,054
0,525
18,559
Огарки
1,91%
0,266
0,027
1,495
0,040
0,004
0,059
0,015
1,907
Сырьевая смесь
14,509
3,722
2,586
43,611
0,719
0,208
34,645
100,000
Клинкер
22,201
5,695
3,957
66,728
1,100
0,319
0,0000
100,000
Определяем значения коэффициентов насыщения и модулей:


Совпадение заданных и расчетных значений КН и
n свидетельствует о правильности проведенного расчета. 
Рассчитываем минералогический состав клинкера:


Рассчитываем количество жидкой фазы, образующейся при обжиге клинкера:



_________________________________________________________________________________




Комментариев нет:

Отправить комментарий