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 S1, 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, SO3 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