Процессы клинкерообразования, происходящие при температурах 1300—1450  С в присутствии значительного количества жидкой фазы, включают:

1. плавление ферритной и алюминатной фаз и некоторого количества белита (образование расплава);
2. образование гранул;
3. реакцию между свободным СаО с непрореагировавшим кремнеземом и некоторым количеством белита с образованием алита в расплаве;
4. полиморфное превращение белита в α-форму;
5. рекристаллизацию и рост кристаллов алита и белита;
6. испарение летучих компонентов.

С повышением температуры обжига до 1450…1750C в клинкерах образуется на 5…10% больше алита, чем это соответствует расчету. Неравновесное повышение содержание алита объясняется внедрением в решетку C₃S ионов Mg²⁺, Al³⁺, Fe³⁺, Na⁺с образованием твердых растворов. Одновременно возможен термический распад C₃А и C₄AFи вступлением выделяющимся при этом СаО в реакцию с C₂Sс образованием дополнительного количества C₃S. Соответственно при этом в клинкере снижается доля таких минералов как C₂S, C₃А и C₄AF.

Время пребывания сырьевой смеси в зоне спекания во вращающейся печи составляет 15…30 мин при температуре 1300…1450C. Сокращение времени пребывания материала в зоне спекания до нескольких минут приводит к появлению в клинкере СаО_своб. Увеличение продолжительности обжига более эффективно при низких температурах, чем при высоких, поскольку в последнем случае степень завершенности реакций быстро достигает высоких значений.

Явление замедления скорости усвоения СаО по мере увеличения длительности изометрической выдержки вызвано рядом причин:

1. уменьшением концентрации реагирующих СаО и C₂Sв обжигаемом материале;
2. неравномерностью распределения остаточных количеств этих минералов в массе спекающегося клинкера, что увеличивает время перемещения составляющих их ионов к зонам активного роста кристаллов C₃S(неравномерность распределения C₂Sи СаО наиболее сильно проявляется при содержании в шихте крупных исходных зерен СаСО₃).
3. возможным частичным распадом некоторых соединений (C₂Sи C₂А) при плавлении в температурных перепадах.

На практике достичь полного усвоения СаО трудно, поэтому в клинкерах с высоким значением КН допускается до 1% СаО_своб.

Скорость роста кристаллов C₃S при температуре 1000 C медленная, а при температуре 1600 C кристаллы вырастают до размеров 1…3 мм за несколько секунд. С увеличением времени пребывания материала в зоне максимальных температур структура кристаллов алита становится более однородной, но размеры растут медленно в результате установления динамического равновесия между твердой и жидкой фазами. Незначительный рост кристаллов алита происходит за счет растворения отдельных нестабильных его частиц и переотложения их на более стабильных кристаллах этого минерала.

Для 28-суточной прочности цементного камня оптимальный размер кристаллов алита составляет около 15 мкм, а более крупные кристаллы менее реакционноспособны и твердеют более медленно. 

Особое влияние дисперсности сырьевых компонентов на скорость реакций между ними проявляется при неоднородных сырьевых материалах по химическому и минералогическому составу и крупнокристалличности зерен.  При грубом помоле компонентов некоторая часть больших по размеру зерен не успевает полностью прореагировать и остаются в клинкере в свободном состоянии. В данном случае лаборатория обязана контролировать процесс обжига не только по содержанию в клинкере  СаО_своб.,  но и SiO_2своб.

Чем выше содержание крупного кремнезема в сырье, тем тоньше должна быть измельчена сырьевая смесь, чтобы обеспечить удовлетворительное сочетание реакционной способности двух основных сырьевых компонентов при приемлемых температурах обжига.

Крупнозернистый кремнезем также связан с возникновением скоплений относительно крупных кристаллов белита вокруг участков частиц кремнезема. При 1200 – 1300 С вокруг частиц кварца образуется расплав с низким значением Ca/Si, где возникают скопления (кластеры) кристаллов белита. При 1300 С за счет частиц СаО жидкая фаза уже имеет высокий показатель Ca/Si и на границе ее раздела с кластерами белита образуется быстрокристаллизующийся алит. Кластеры белита спекаются, а отдельные кристаллы подвергаются рекристаллизации.

Увеличение содержания в сырьевой смеси зерен кварца размером 90…300 мкм до 1…6% сопровождается возрастанием продолжительности обжига и снижением доли алита в клинкере. Крупные зерна известняка более 90 мкм меньше влияют на скорость связывания СаО, чем зерна кварца соответствующего размера, поэтому их содержание допускается в смесях до 5%.

Обжиг оптимальных по гранулометрическому составу и однородных сырьевых смесей требует меньших тепловых затрат.

Положительное влияние высокой тонкости измельчения сырьевых компонентов на реакционную способность смеси объясняется следующим:

1. увеличением поверхностной энергии частиц за счет разрыва химических связей и возрастанием доли слабосвязанных ионов;
2. возрастанием количества дефектов в кристаллах;
3. увеличением суммарной площади контакта между частицами;
4. уменьшением толщины слоя продуктов реакции на зернах кислых компонентов;
5. ускорением растворения частиц в расплаве;
6. повышением степени однородности состава сырьевой смеси и, возможно, увеличением плотности укладки частиц.

Зависимость реакционной способности сырьевых смесей от структуры карбонатного компонента выстраивается в ряд: мел – известняки-ракушечники – мелкокристаллические известняки – крупнокристаллические известняки.

Реакционная способность карбонатной породы повышается в присутствии в ней природных примесей глинистых или кремнеземсодержащих пород.

Влияние природы глинистого компонента менее выражены, либо все глинистые минералы высокодисперсны и поэтому очень химически активны. Различие их реакционной способности обусловлено скоростью и характером распада кристаллов при нагревании, температурным интервалом этого процесса и количеством второстепенных примесных оксидов. Наиболее химически активны монтмориллониты, галуазиты, гидрослюды и каолинит, менее активны слюды, хлорит, вермикулит. Присутствие в   глинистых породах щелочесодержащих минералов приводит к образованию промежуточных трудно разлагаемых соединений, что тормозит процесс усвоения СаО.

Различие в скорости усвоения СаО различными глинистыми породами оказывается значительным в том случае, если сам карбонатный компонент относится к низко реакционным материалам (например, крупнокристаллический известняк).

Природные кремнеземсодержащие компоненты выстраиваются в ряд по убыванию связывания ими СаО: яшма – кварц, опал, халцедон, кремень – горный хрусталь. Полиморфные модификации SiO₂ по убыванию активности располагаются в ряд: кристобалит – тридимит – кварц. При этом чем крупнее зерна SiO₂, тем отчетливее проявляется природа.

Обычно образование C₃S эффективно завершается при температуре материала около 1450 C, а уровень СаО_своб.  снижается медленно лишь с увеличением времени выдержки. Легкость, с которой можно комбинировать минералогический состав клинкера, сильно зависит от минералогии сырья и, в частности, от уровня крупнозернистого кремнезема (кварца).

В предыдущих постах процессы, протекающие при обжиге клинкера во вращающихся печах, были рассмотрены без учета влияния таких факторов, как структура сырьевых материалов, дисперсность сырья, наличие в сырьевых материалах различных второстепенных компонентов, температурного режима обжига, присутствие минерализаторов.

В соответствии с современными представ­лениями все взаимодействия между компонентами сырьевой смеси следует рассматривать как реакции между кислотой и основанием. Основными оксидами в процессах клинкерообразования являются оксиды кальция, магния, натрия и калия. К оксидам, которые проявляют кислые свойства в высокотемпературных условиях, относятся оксиды кремния, алюминия, железа, серы, азота, ионы хлора и пр.

Кинетику взаимодействия между оксидами оценивают по скорости усвоения СаО, либо оксид кальция является одним из оснóвных оксидов, вступающим в реакции клинкерообразования с кислыми оксидами кремния, алюминия и железа с образованием кальциевых солей кремневой, алюминиевой и железистой кислот. Степень завершенности реакций оценивают по содержанию в материале неусвоенного оксида кальция или СаО _(своб). Характер процессов, протекающих в сырьевой смеси, определяется температурой обжига. При этом необходимо обеспечить условия, способствующие получению клинкера с монадобластической микроструктурой, характеризующейся равномерным распределением в его объёме хорошо закристаллизованных зерен алита и белита.

В следующих постах вы узнаете о степени влияния некоторых факторов на кинетику клинкерообразования и качество клинкера.

Отходящие из вращающейся печи газы с температурой 900-1000 С по газоходу движутся в циклонный теплообменник IV ступени, а затем последовательно проходят циклонные теплообменники III, II и I ступеней, пылеулавливающее устройство и дымососом через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу. Время пребывания материала в подогревателе составляет примерно 30 с, а в печи - около 40 мин. Печь вращается со скоростью два оборота в минуту, а перепад давления в циклонном теплообменнике составляет 300-600 мм воды.

Таким образом, сырьевая мука опускается вниз, проходя последовательно циклоны и газоходы всех ступеней, и при этом нагревается. На выходе из циклона IV ступени материал имеет температуру 700-800 С, затем он подаётся во вращающуюся печь для дальнейшего обжига.

Время пребывания частиц сырьевой муки в циклонном теплообменнике не превышает 25-30 с, и за это очень короткое время материал нагревается, полностью дегидратируется глинистая составляющая сырьевой смеси, а также на 25-30% успевает пройти декарбонизация карбонатной породы. Таким образом, в циклонном теплообменнике осуществляются процессы, которые соответствуют зоне подогрева и частично зоне кальцинирования. При этом процесс теплообмена на 80 % осуществляется в газоходах и только 20 % приходится на долю циклонов.

Вращающиеся печи с циклонными теплообменниками имеют высокие технико-экономические показатели, длительный срок службы, просты по конструкции и надёжны в эксплуатации (отсутствие движущихся элементов), они отличаются высоким коэффициентом использования. Основным недостатком данного теплообменного устройства является большая высота циклонной башни — 50-60 м.

Учитывая разницу температур и характер твердофазовых реакций до этой стадии, наиболее энергоэффективным решением для процесса клинкерообразования было разделение на две подсистемы: подсистему предварительного нагрева и частичной декарбонизации в режиме воздушной суспензии частиц, и подсистему спекания клинкера в присутствии жидкой среды.

Наиболее современными являются технологии, основанные на трёхступенчатом обжиге, которые позволяют направлять в обжиговую печь материал, который декарбонизирован почти полностью. Для интенсификации процесса диссоциации CaСО3 между запечным теплообменником и печью устанавливается специальный реактор – диссоционная ступень (декарбонизатор или кальцинатор), представляющая собой печь специальной конструкции с вихревой форсункой, где происходит сжигание топлива и декарбонизация сырьевой муки в вихревом потоке.

Реализация этих подсистем дала возможность генерировать и поглощать более 60% общего подводимого тепла в зоне прокаливания, где потребление тепла было высоким из-за эндотермической природы реакции декарбонизации. Сгорание топлива и, в еще большей степени, время пребывания твердых частиц зависят от режима газового потока. Расчетное время пребывания газа в различных конструкциях варьируется от 1,4–1,7 секунды в системах с отдельным декарбонизатором и до 4-5 секунд в расширенной системе воздуховодов. Некоторые декарбонизаторы для предварительного прокаливания материала сконструированы с закрученным или циклоническим движением газового потока внутри них, что обеспечивает твердым частицам относительно более длительное время пребывания.

Современные системы печей предварительного нагрева и декарбонизации рассчитаны на удаление СО2 из карбоната кальция (не менее 85% материала).

Степень прокаливания материала в декарбонизаторе зависит от:

• температуры газового потока в реакторе;
• времени пребывания материала;
• разделения газа и твердых частиц;
• эффекта циркуляции твердых частиц;
• кинетики декарбонизации известняка, обусловленную морфологией и химическим составом карбоната кальция.

Температура материала на входе в реактор составляет 720-750 С. В результате сгорания дополнительного количества топлива температура газового потока повышается до 1000-1050 С, а материал нагревается до температуры 920-950 С. Каждая частица материала находится в системе «циклонный теплообменник — декарбонизатор» всего 70-75 с, но на выходе из нее степень декарбонизации составляет 85-95%.

Установка диссоционной ступени позволяет повысить съем клинкера с 1 м3 внутреннего объёма печи в 2,5-3 раза, в результате печь диаметром 5-5,5 м имеет производительность 6000-8000 т/сут, а удельный расход теплоты снижается до 3-3,1 кДж/кг клинкера. Размеры реактора невелики, он может быть использован не только при строительстве новых линий, но и при модернизации уже существующих коротких вращающихся печей с циклонными теплообменниками.

Различие в производительности печей обусловлены типом циклонных теплообменников (в основном количество ступеней и диаметром циклонов) и типом декарбонизатора.

Вращающаяся печь работает по принципу противотока - материала и горячих газов движутся навстречу друг другу.  Выделяют горячий и холодный конец печи.  Холодный конец печи 8 приподнят и входит в пыльную камеру 6, с торца печи по шламопроводу  5 подается жидкий сырьевой шлам.  С горячего конца по форсунке 10  подается топливо, которое сжигается непосредственно в печи. При вращении материал продвигается по печи от холодного конца к горячему. Горячие газы после сжигания топлива носят название отходящие газы, за счет создания разряжения дымососом 2 в пространстве печи продвигаются с горячего конца в холодный конец.

Отходящие из печи газы после очистки в электрофильтрах 3 выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 1. Готовый клинкер из вращающейся печи поступает в холодильник 11, где осуществляется его охлаждение до ~70 С дутьевым воздухом от вентиляторов 14, 15. За счет возвратно-поступательного движения колосников решеток 12 и 13, клинкер транспортируется к разгрузочной части холодильника, далее в дробилку 16 и транспортер 17. Часть воздуха, нагретого клинкером в процессе его охлаждения до ~ 450 С, возвращается в печь в качестве вторичного рекуперационного воздуха, необходимого для горения топлива. Количество вторичного воздуха, засасываемого в печь, регулируется печным дымососом 2. Избыточный воздух из холодильника с температурой ~120 С после очистки в пылеулавливателе 18 удаляется вентилятором 19 и выбрасывается в атмосферу.

Получение клинкера сопровождаются сложными физическими и физико-химическими процессами, в результате которых из исходных компонентов образуются спёкшиеся зёрна, состоящие в основном из минералов C₃S, (3-C₂S, С₃А, C₄AF) и стекловидной фазы. Характер процессов, протекающих в сырьевой смеси, определяется температурой обжига. При этом необходимо обеспечить условия, способствующие получению клинкера с монадобластической микроструктурой, характеризующейся равномерным распределением в его объёме хорошо закристаллизованных алита и белита. Этому способствует повышенный коэффициент насыщения сырьевой смеси и оптимальная продолжительность выдержки клинкера в зоне высоких температур.

С 31 октября по 3 ноября компания «Полипласт» приняла участие в международной выставке химической промышленности и науки «ХИМИЯ-2022», которая прошла в ЦВК «Экспоцентр» в Москве.

В рамках проведения выставки Полипласт представил широкий спектр высокотехнологичной химической продукции собственной разработки более чем по 20 основным производственным направлениям.

Широкий ассортиментный портфель и развитая научно-техническая база компании привлекли внимание представителей более 200 различных организаций, среди которых:

• Нефтехимические предприятия;
• Золотодобывающие организации;
• Представители металлургической промышленности;
• Производители строительных материалов;
• Представители цементной промышленности;
• Производители бытовой химии;
• Лакокрасочных материалов и др.

Высококвалифицированные технологи и эксперты компании подробно рассказывали о способах использования специализированной химии, помогали с подборами составов и давали рекомендации, в то время как специалисты коммерческих подразделений обсуждали с потенциальными партнерами вопросы экономической эффективности применения наукоемкой химической продукции в различных отраслях промышленности.

В ходе выставки стенд Полипласта посетил заместитель Министра промышленности и торговли РФ Михаил Иванов.  Он отметил, что продукция мало- и среднетоннажной химии (МСТХ) – это важнейшее сырье как для самого химпрома, так и для других отраслей.

Увеличение числа деловых партнёров, обмен опытом и результатами научно-исследовательской деятельности стали главными итогами выставки «ХИМИЯ-2022» для компании «Полипласт», что, несомненно, послужит хорошим плацдармом для очередного витка развития холдинга.

В последние годы цементные печи начали оснащаться новыми типами горелок.

Все импортные горелки имеют широкий диапазон регулирования процесса горения топлива и длины факела.

Преимущества зарубежных горелок:

• возможность применения различных видов топлива;
• возможность сжигания альтернативного топлива;
• наличие защитной теплоизоляции;
• возможность регулирования формы и температуры факела изменением скорости вылета и завихрением топливно-воздушного потока.

Недостатки:

• усложненная массивная конструкция;
• несколько завышен объем первичного воздуха.

Горелки многоканального типа рассчитаны на сжигание угля, кокса, мазута и природного газа и их смесей, а также альтернативного топлива. Горелки многоканального типа с радиальным и аксиальным газом оснащены двумя типами форсунок: для осевой подачи газа (аксиальный газ) и для тангенциальной подачи газа (радиальный газ). По сравнению с простой одноканальной горелкой современные многоканальные предполагают большие возможности для управления формой факела путем регулирования соотношения между подачей радиального и аксиального газа.

Обеспечение рационального сжигания топлива имеет важнейшее значение при эксплуатации цемент­ных вращающихся печей. Путем регулирования процесса горе­ния можно изменять гранулометрию клинкера и величину об­мазки в зоне спекания, повышать стойкость футеровки и произ­водительность печей, существенно снижать удельный расход тепла.

Для этого необходимо обеспечивать высокий уровень тепло­обмена по всей длине факела и не допускать местного пере­грева футеровки на коротком участке.

 Длина факела определяет размеры зоны обжига в печи, локальную теплонапряженность футеровки и условия образования обмазки на ней. При обеспечении оптимальных характеристик факела (длины, температуры, теплоотдачи) с учетом соблюдения требуемой температуры обжигаемого материала в зоне обжига печи устраняется локальный перегрев и износ футеровки печи, достигается максимальная светимость факела и равномерный нагрев сырья, повышается производительность агрегата, снижается удельный расход тепла и улучшаются показатели качества конечного продукта.

Опыт эксплуатации вращающихся печей показывает, что эффективность их работы в значительной степени зависит от рационального сжигания большого количества топлива, которое в свою очередь, зависит от совершенства его смешения с окислителем и от температуры подготовки смеси к горению. Оптимизация режима сжигания топлива во вращающейся печи связана с количеством воздуха, подводимого в зону горения, и является одним из главных факторов, определяющих снижение удельного расхода тепла на процесс обжига, повышение производительности агрегата и уменьшение количества вредных выбросов в атмосферу при условии обеспечения требуемых показателей качества сырьевой смеси на выходе.

 Для ведения экономного режима сжигания топлива следует устанавливать такой режим, который бы обеспечивал необходимую температуру обжига без химического и механического недожога топлива. Практика сжигания различных видов топлива показывает, что обеспечить горение топлива без химического недожога при коэффициенте избытка воздуха α=1 не удается даже при его высококачественном смешении и высокой температуре горения (1600-1700  С). Опытным путем установлено оптимальными являются значения α= 1,03 ± 0,02 для условий работы вращающихся обжиговых печей.

 Тепловая работа вращающейся печи и вспомогательного оборудования в большой степени зависит от организации процессов горения. Создание необходимых физико-химических параметров оказывает прямое влияние на качество продукта, а эффективность работы печи в заданном режиме в конечном итоге влияет на расход топлива и себестоимость продукции. Для обеспечения оптимальной работы вращавшейся печи необходимо обеспечить полное горение топлива с минимальным избытком воздуха, наряду с высокой степенью теплообмена между газом и обжигаемой сырьевой смесью. Правильный выбор горелочного устройства и его эксплуатация позволяют обеспечить совершенное смешение топлива с воздухом и получить факел необходимых параметров в соответствии с технологическим процессом и условиями работы печи.

С 31 октября по 3 ноября компания «Полипласт» примет участие в международной выставке химической промышленности и науки «ХИМИЯ-2022», которая пройдет в ЦВК «Экспоцентр» в Москве.

Уже больше 50 лет выставка «Химия» является одним из важнейших мероприятий отрасли и служит площадкой для встречи производителей химической продукции, поставщиков передовых технологий и оборудования, а также потребителей различных отраслей. Каждый год мероприятие посещает более 6000 экспертов и специалистов, а непосредственное участие принимают около 220 экспонентов из России, Китая, Ирана, Индии, Турции и других стран мира.

В этом году в рамках выставки компания «Полипласт» представит широкий спектр высокотехнологичной химической продукции собственной разработки для различных отраслей промышленности, среди которых:

• технологические добавки для окускования в горной и металлургической промышленности;
• функциональные добавки для нефтедобычи;
• технологические добавки для цементных производств;
• модифицирующие добавки для производства гипсовых материалов;
• специализированная химия для производства синтетических моющих средств;
• реагенты для промышленных систем водоподготовки;
• специальные противоморозные добавки для сыпучих грузов;
• комплекс продуктов для строительной индустрии;
• высокоэффективные диспергирующие агенты для лакокрасочной, текстильной, кожевенной и других направлений промышленности.

Команда профессиональных технологов холдинга помогут подобрать эффективные решения в области промышленной химии. Специалисты проконсультируют не только по технологическим нюансам, способам применения специализированных химических составов, но и затронут вопросы экономической эффективности их использования.

Приглашаем Вас посетить стенд Группы компаний «Полипласт» №22D75 (павильон №2, зал №2) и ознакомиться с продуктовыми решениями холдинга.

13 октября в Москве на площадке Центрального дома предпринимателя состоялась церемония награждения победителей регионального и окружного этапа Всероссийского конкурса в области международной кооперации и экспорта «Экспортер года 2022».

Премия присуждается организациям и индивидуальным предпринимателям, достигшим наибольших успехов в осуществлении экспорта несырьевых неэнергетических товаров, работ, услуг, а также результатов интеллектуальной деятельности.

Лучших экспортеров Москвы и Центрального федерального округа определяла комиссия, состоящая из представителей федеральных министерств, Центров поддержки экспорта, Российского экспортного центра и предпринимательских объединений. Победителями стали как предприятия малого и среднего бизнеса, так и крупные промышленные предприятия, среди которых АО «Полипласт».

Группа компаний «Полипласт»– уникальный вертикально-интегрированный холдинг, специализирующийся на выпуске наукоемких химических продуктов собственной разработки для различных отраслей промышленности. Компания предлагает комплекс решений в области специализированной химии для нефтехимической, горнообогатительной, металлургической, легкой, цементной, гипсовой, строительной промышленности, для промышленной водоподготовки, а также для производства синтетических моющих средств.

В состав холдинга входит 6 заводов-производителей, 10 модификационных центров в разных регионах страны. География поставок компании охватывает всю Россию и более 80 стран мира, что и было отмечено наградами за 3 место в номинациях «Экспортер года в сфере промышленности» и «Новая география».

Используя собственные инновационные разработки для развития бизнеса, Группа компаний «Полипласт» придерживается высоких стандартов политики корпоративной, социальной и экологической ответственности. Внедрение ESG-практик в бизнес-процессы позволило компании завоевать 2 место в номинации «Ответственный экспортер ESG».

Присуждение премии «Экспортер года» является показателем государственного признания заслуг экспортеров в укреплении национальной экономики и продвижении российской конкурентоспособной продукции на зарубежные рынки.

Назначение огнеупорной футеровки - изолировать стальной корпус от высоких температур внутри печи и защитить его от коррозионных свойств обрабатываемого материала, а также защита корпуса печи от истирающего воздействия обжигаемого материала.

Она может состоять из огнеупорного кирпича или литого огнеупорного бетона, или может отсутствовать в зонах печи, температура которых ниже приблизительно 250 °C. Выбор огнеупорного материала зависит от температуры внутри печи и химической природы обрабатываемого материала. В некоторых процессах, таких как производство цемента, срок службы огнеупора продлевается за счет сохранения покрытия из обрабатываемого материала на огнеупорной поверхности. 

Толщина футеровки обычно составляет от 80 до 300 мм. Типичный огнеупор способен поддерживать перепад температур между его горячей и холодной поверхностями до 1000 C. Температура корпуса должна поддерживаться ниже 350 C, чтобы защитить сталь от повреждений, а непрерывные инфракрасные сканеры используются для раннего предупреждения о "горячих точках", указывающих на разрушение огнеупора.

Факторы, влияющие на стойкость футеровки:

Высокая стойкость футеровок обеспечивается за счет создания обмазки из обжигаемого материала на поверхности кирпича. Для обеспечения образования обмазки на футеровке важное значение имеет содержание в нем низкоплавких оксидов Al₂O₃ и  Fe₂O₃.

Содержание Al₂O₃  и Fe₂O₃  в сырьевой смеси обеспечивает получение вязкой жидкой фазы, которая легко прилипает к футеровке (оптимальное содержание в материале Al₂O₃ = 3,5 - 3,7%, Fe₂O₃ = 2.6 – 2.9 %).

Содержание тугоплавкого материала SiO₂ в составе глинистых минералов не оказывает никакого влияния, т. к. при t 500 С происходит разложение минералов глины с образованием аморфных оксидов и аморфного SiO₂, который легко вступает в реакцию с оксидом кальция. Если же в материале имеется SiO2 в формекварца крупнокристаллического, который плохо вступает в реакции минералообразования, то требуется повышенная температура обжига, что снижает стойкость футеровки.

Коэффициент насыщения должен находиться в оптимальном интервале (КН=0,91).  При увеличении КН спекание сырья затрудняется и требуется более высокая температура в печи, что снижает стойкость футеровки. При пониженном КН<0,91 образуется легкоспекаемая сырьевая смесь, поэтому уменьшается длина зоны спекания и появляется избыточная жидкая фаза, что требует более стабильного режима обжига. Перегрев приводит к тому, что расплавляется обмазка, а небольшое снижение температуры может привести к выпуску брака. Поэтому в этих условиях часто возникает колебание температуры футеровки, что приводит к сколу кирпича и его разрушению.

Значение силикатного модуля тоже должно находиться в оптимальном интервале  n=2,3.

Примеси в сырьевой смеси Na₂O, K₂O=1%, MgO=2,5%  повышает стойкость футеровки.

Основные способы повышения стойкости футеровки:

1. использование качественного огнеупора;
2. качественное выполнение футеровочных работ;
3. оптимальный состав обжигаемого материала;
4. исключение резких теплосмен огнеупорной футеровки в печи;
5. оптимальный режим горения топлива (рациональный факел);
6. соблюдение рационального режима розжига печи.

Минеральное  сырье для цемента должно давать оксиды, необходимые для клинкера. Отдельные сырьевые материалы обычно содержат более одного оксида. Первичное сырье - это материал, который всегда используется в относительно больших количествах конкретным заводом.

 Для устранения незначительных недостатков в одном или нескольких оксидах в первичном сырье могут быть добавлены вспомогательные вещества или “корректирующие добавки”, как правило, высокой чистоты.

При оценке качества сырьевых компонентов учитывается не только потенциальный вклад каждого материала в содержание основных оксидов (CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃), но и содержание нежелательных микроэлементов. Такие оксиды называются второстепенными или примесными.

Большая часть сырья для производства клинкера поступает из открытых карьеров. Запасы основного сырья должны быть достаточными по крайней мере для 50-летней эксплуатации цементного завода. При выборе места строительства цементного завода обязательно учитывают расположение месторождения карбонатного сырья и глинистого сырья. Транспортировка основных сырьевых материалов на большие расстояния (более нескольких километров), как правило, исключается.

Цементное сырье геохимически безвредно, поэтому такие методы, как кислотный дренаж выработанных карьеров, как правило, не применяется. В целом, проблемы с добычей цементного сырья в основном связаны с шумом, вибрацией и пылью от взрывных работ (обычно не выполняемых ежедневно) и транспортировочного оборудования (в основном, для перевозки на короткие расстояния), а также с эстетическими соображениями.

Способ добычи определяется в основном физическими свойствами сырья и глубиной его залегания. Твёрдые породы добывают преимущественно с помощью буровзрывных работ, а мягкие - прямой экскавацией. Прямая экскавация как способ разработки карьера более проста, безопасна и особенно эффективна в случае использования мощных роторных экскаваторов.

Обжиг цементного клинкера по мокрому способу производится в длинных вращающихся печах с отношением длины к диаметру L/D≈ 37.

Схема вращающейся печи мокрого способа производства:

1 - дымосос; 2 - электрофильтр; 3 - шлампитатель; 4 - теплообменные устройства в виде цепных завес; 5 - бандаж; 6 - корпус печи; 7 - привод печи; 8 - роликоопора; 9 - горелка для подачи топлива; 10 - колосниковый клинкерный холодильник.

Наибольшее распространение в последние десятилетия прошлого столетия получили вращающиеся печи диаметр 5 м и длиной 185 м с колосниковым холодильником «Волга-75» производительностью 72-75 т/ч при условном расходе топлива 201 кг/т клинкера. В настоящее время в цементном промышленности РФ эксплуатируются вращающиеся печи мокрого способа следующих типоразмеров:

Вращающиеся печи мокрого способа эксплуатируются длительное время от 30 до 60 лет. Они практически не подвергаются модернизации и обновлению.

Первый завод по сухому способу  в СССР был построен в  1957г. с вращающейся печью 3,6/51,9 с циклонными теплообменниками и производительностью клинкера 139 т/ч.

Различие в производительности печей обусловлены типом циклонных теплообменников (в основном количеством ступеней и диаметром циклонов) и типом декарбонизатора.

Портландцементная шихта включает карбонатный и глинистый компоненты в соотношениях 75-80% и 25-20%, соответственно. Кроме того, в её состав обычно входят корректирующие добавки:

• железосодержащие (огарки, колошниковая пыль);
• глиноземистые (бокситы);
• кремнезёмистые (кварцевый песок, опока).

Их вводят для обеспечения заданного соотношения оксидов в сырьевой смеси, что способствует получению клинкера с необходимым минералогическим составом. Количество корректирующих добавок обычно не превышает 5%, поэтому они существенно не влияют на основные физические свойства сырьевых смесей. Отсюда следует, что выбор способа производства будет определяться видом и свойствами карбонатного (известняк, мел, известковый туф, известняк– ракушечник, высокоосновный мергель и пр.) и глинистого (глины, глинистые сланцы, лёсс и пр.) сырья. Разные породы существенно отличаются друг от друга по плотности, твёрдости, влажности и однородности состава.

Мокрый способ может оказаться более выгодным при мягких, пластичных, хорошо размучивающихся сырьевых материалах, обладающих обычно высокой влажностью (20-30% и более). Такое сырьё легко диспергируется в водной среде в болтушках и мельницах-мешалках, в результате чего достигается экономия электроэнергии. Мокрый способ более целесообразен и при естественной влажности сырья более 18%, поскольку в этом случае при сухом способе требуются высокие затраты на предварительную подсушку сырьевых материалов.

При наличии твердых сырьевых компонентов умеренной влажности (известняка, глинистого мергеля), которые могут быть измельчены только в мельницах, производство портландцемента может быть организовано по сухому способу. Сухой способ целесообразен также при ограниченной топливной базе в районе завода и высокой стоимости топлива.

Преимущества и недостатки мокрого способа производства:

Преимущества:

1. Затраты на размол сырья в присутствии воды значительно ниже. Ряд сырьевых материалов (мел, глина) обладают способностью легко размучиваться в воде. В процессе помола сырья пленки воды оказывают расклинивающее действие в микротрещинах диспергируемого материала.
2. Транспортировка, усреднение и корректировка сырьевого шлама осуществляются легче, чем сырьевой муки.
3. При мокром способе образуется меньшее количество пыли (меньше затраты на пылеулавливание).
4. Печи мокрого способа просты и надежны в эксплуатации, имеют высокий коэффициент использования.
5. Возможность хорошей гомогенизации шлама (эксплуатационные свойства печей позволяют использовать сырье пестрого химического состава).

Недостатки:

1. Высокий удельный расход тепла на обжиг клинкера. Сырьевой шлам для обеспечения его гидротранспорта должен иметь влажность 34-42%. Для нагревания и испарения такого количества воды требуется 1800-2200 кДж/кг клинкера тепла или 30-35% теплового баланса печи. Вследствие этого длинные вращающиеся печи мокрого способа на половину своей длины работают как сушильные агрегаты. Поэтому эффективность работы таких печей низкая.
2. Низкая производительность печей.
3. Низкая производительность труда, большие эксплуатационные затраты, высокая себестоимость продукции.

Преимущества и недостатки сухого способа производства:

Преимущества:

1. Низкие затраты топлива при обжиге клинкера.
2. Ниже объем отходящих из печи газов на 30-40%.
3. Использование тепла отходящих газов на сушку сырьевых материалов.
4. Высокая производительность печных агрегатов и помольных установок.
5. Не используется при приготовлении сырья вода.

Недостатки:

1. Повышенные затраты электроэнергии на 1 тонну цемента из-за большого числа воздуходувок, вентиляторов, сепараторов и пр.

Внедрение вращающейся печи в конце девятнадцатого века позволило изготавливать однородный продукт, температура которого была достаточно высокой, чтобы обеспечить образование основного клинкерного минерала – алита. В течение двадцатого века природа продукта относительно мало изменилась с точки зрения его общего химического и минерального состава, но были достигнуты значительные успехи в технологии производства, что привело к повышению энергоэффективности, улучшению контроля качества, снижению воздействия на окружающую среду и снижению трудоемкости.

Следует отметить, что внедрение технологии вращающихся печей в начале двадцатого века совпало с публикацией стандартов на цемент в Великобритании и США. Оба стандарта требовали, чтобы прочность брикета цементного теста достигала минимальных значений через 7 и 28 дней.

Контроль состава клинкера продвинулся от объемных пропорций, полученных методом проб и ошибок в конце девятнадцатого века, к точному контролю с использованием методов быстрой рентгенофлуоресценции. Непрерывное совершенствование методов производства и контроль качества в сочетании с давлением рыночной конкуренции привели к четырехкратному увеличению 28-дневной прочности, обеспечиваемой типичным европейским портландцементом в 28 дней с конца девятнадцатого века.

Первые цементы, по минералогическому составу близкие к современным,  были произведены греками и римлянами, которые обнаружили, что мелкий  вулканический пепел, если его смешать с обожженной известью и водой, образует затвердевший искусственный камень, устойчивый к атмосферным воздействиям. Реакция известна как пуццолановая реакция. Технология изготовления искусственных камней была распространена римскими воинами по всей Римской империи от Iв. до н.э. примерно до середины IIIв. н. э. Следует отметить, что римский цемент не является цементом в сегодняшнем понимании, но сравним с высокогидравлической известью.

В середине восемнадцатого века Джон Смит обнаружил, что измельченные продукты обжига известняков с содержанием глины и кремнезема, после затворения водой, обладают прочностью в воде.  Этот материал был использован при строительстве Эддистонского маяка в 1759 году.

Термин "портландцемент" был впервые применен Джозефом Аспдином в его британском патенте № 5022 (1824 г.), который описывает процесс изготовления искусственного камня путем смешивания извести с глиной в виде суспензии и прокаливания (нагревания для удаления двуокиси углерода и воды) высушенных кусков материала в шахтной печи. Обожженный материал (клинкер) измельчался для получения цемента. Термин «Портланд» был использован из-за сходства затвердевшего продукта с портландским камнем из Дорсета, а также потому, что этот камень имел отличную репутацию по своим эксплуатационным характеристикам. Джозеф Аспдин не был первым, кто произвел силикатно-кальциевый цемент, но его патент дал приоритет в использовании термина «портландцемент».

 В Российской империи Челиев Егор Герасимович (1771–1839) – выдающийся русский инженер XVIII века в 1825 году выпустил книгу«Полное наставление, как приготовлять дешевый и лучший мертель или цемент, весьма прочный для подводных строений, как-то: каналов, мостов, бассейнов, плотин, подвалов, погребов, и штукатурки каменных и деревянных строений». Таким образом, технология изготовления цемента была известна еще до патентования Д. Аспдиным. 

Во Франции был известен Луи́ Жозе́ф Вика́ (фр. Louis Joseph Vicat). Он много работ провел по исследованию свойств цементов. Известен и до сих пор используется прибор Вика для определения нормальной густоты и сроков схватывания цемента.

Группа компаний «Полипласт» является крупнейшим производителем промышленной химии в России, обеспечивая свыше 50% потребностей страны в специализированных химических составах для строительной сферы. В состав Группы входят 3 завода полного цикла и 13 заводов по производству комплексных добавок для различных отраслей промышленности.

ООО «Полипласт Новомосковск» — крупнейший, флагманский завод Группы. Компания видит свою миссию в надежном, эффективном и сбалансированном обеспечении строительной отрасли качественным сырьём и инновационными технологиями производства бетона и строительных материалов.

В 2020 году решением Минпромторга России Группа Компаний «Полипласт» включена в перечень системообразующих предприятий РФ.

В сферу деятельности «Полипласта» входит выпуск продукции для нужд производителей бетона, сухих строительных смесей, гипсовой и цементной промышленности, металлургической, лакокрасочной, кожевенной промышленности, а также для производства синтетических моющих средств.

ООО «Полипласт Новомосковск» также развивает новые направления бизнеса за рамками основной производственно-технологической цепочки.