Расчет сырьевой смеси для получения портландцементного клинкера

Целью расчета является определение количественного соотношения составных частей сырьевой смеси. Число сырьевых компонентов должно быть на единицу больше числа заданных характеристик. Например, если задаются только величиной коэффициента насыщения, то сырьевая смесь составляется из двух компонентов – глинистого и карбонатного.

Для удобства расчетов и возможности контроля правильности вычислений химический состав сырьевых материалов приводят к сумме, равной 100 %. Для этого умножают содержание каждого оксида на коэффициент К, определяемый путем деления 100 на сумму всех оксидов. Все вычисления при расчете сырьевой смеси ведут с точностью до 0,01 %.

Исходными данными для расчета являются: химический состав карбонатного компонента шихты, химический состав глинистого компонента шихты и заданная величина коэффициента насыщения КН.

Коэффициент насыщения КН рассчитывается по формуле

и характеризует отношение того количества СаО в шихте, которое остается после насыщения Аl ₂ O ₃ до 3 СаО·Аl ₂ O ₃(С ₃ А), Fe ₂ O ₃ до СаО··Fe ₂ O ₃ (СF), к тому количеству СаО, которое необходимо для полного насыщения SiO ₂ до 3 СаО·SiO ₂ (алита С ₃ S). Коэффициенты, входящие в выражение КН, показывают массовую долю СаО, приходящуюся в указанных соединениях на единицу массы соответствующего оксида (Аl ₂ O ₃, Fe ₂ O ₃, SiO ₂). В расчетных формулах приняты следующие сокращенные обозначения: СаО–С, SiO ₂ –S, Аl ₂ O ₃ –А, Fe ₂ O ₃ –F, число молекул данного оксида в соединении обозначается индексом справа внизу.

Если принять за единицу долю глинистого компонента в сырьевой шихте, а отношение массовой доли карбонатного компонента к глинистому – за Х, то, обозначая одним штрихом содержание оксидов в первом компоненте и двумя штрихами - во втором, можно записать следующее выражение для КН:

Решая полученное уравнение относительно Х, получим расчетную формулу для определения соотношения карбонатного и глинистого компонентов шихты, при котором будет обеспечиваться заданное значение коэффициента насыщения КН_..

Х = ;

Величиной КН студент задается, исходя из требования к клинкеру для данного конкретного вида цемента по соответствующей нормативно-технической и учебной литературе. При этом в ПЗ курсового проекта приводится соответствующее обоснование принятой величины КН, учитывая, что минимальная величина КН=0,67 соответствует такому состоянию, когда все силикаты клинкера представлены белитом С ₂ S, а содержание алита С ₃ S равно 0. Если же имеет место обратная картина, т.е. все силикаты клинкера представлены алитом С ₃ S, а доля белита равна 0, то величина КН будет равна единице.

Правильность выполненного расчета проверяется путем определения значения КН для клинкера, получаемого из рассчитанной сырьевой смеси, по методике, детально описанной ниже в примере.

П р и м е р р а с ч е т а с о с т а в а д в у х к о м п о н е н т н о й ш и х т ы д л я п о л у ч е н и я п о р т л а н д ц е м е н т н о г о к л и н к е р а

Пусть необходимо рассчитать состав двухкомпонентной шихты, состоящей из мела и глины следующего химического состава (табл. 3),

Таблица 3

для получения клинкера быстротвердеющего портландцемента.

Изучив свойства быстротвердеющего портландцемента, задаемся величиной коэффициента насыщения КН = 0,92, исходя из того, что клинкер для быстротвердеющего портландцемента должен содержать повышенное количество трехкальциевого силиката (более 60 %), следовательно, надо принимать повышенное значение КН, обычно находящееся в пределах 0,86...0,96.

Поскольку в справочных данных о химсоставе пород данного месторождения сумма составляющих не равна 100 %, необходимо привести ее к 100 %, выполнив пересчет состава. Для этого содержание оксидов в первом компоненте надо умножить на коэффициент К₁ = 100/99,59 = 1,004, во втором - на К₂ = 100/96,63 = 1,035, Химический состав исходных сырьевых материалов после пересчета на 100% представим в табл. 4.

Таблица 4

Обозначим соотношение карбонатного компонента шихты (в нашем случае - мела) к глинистому через Х и выразим его из уравнения для КН, положив значение последнего равным 0,92. Тогда

Следовательно, на одну весовую часть глины потребуется взять 4,28 частей мела, что соответствует следующему процентному составу шихты: мела - 81.06%, глины – 18,94 %.

Подсчитаем, какое количество оксидов будет внесено в шихту каждым ее компонентом при рассчитанном процентном составе шихты, а также суммарное содержание оксидов в сырьевой смеси. Для этого содержание оксидов в каждом компоненте умножим на его процентную долю в шихте, а затем просуммируем. Результаты расчета сведем в табл. 5.

Таблица 5

Для проверки правильности произведенного расчета двухкомпонентной сырьевой смеси нужно убедиться, что величина коэффициента насыщения КН, если ее рассчитать для клинкера, полученного из предлагаемой шихты, окажется равной заданной величине КН = 0,92. Для этого необходимо вначале рассчитать химический состав клинкера. Поскольку клинкер получается спеканием сырьевых материалов, то потери при прокаливании (п.п.п.) в нем отсутствуют. Тогда химический состав клинкера рассчитаем из химического состава сырьевой смеси путем умножения процентного содержания в ней каждого оксида на коэффициент К =

В нашем случае К = = 1,54.

Рассчитанный химический состав клинкера показываем в послед- ней графе табл. 5 и рассчитываем для него величину КН

Величина КН для клинкера оказалась равной заданной, следовательно, расчет выполнен правильно.