Выбор и обоснование установки
Для обжига сырьевой смеси как при мокром, так и при сухом способе производства почти исключительно применяют вращающиеся печи. При сухом способе производства иногда используют шахтные печи.
Шахтные печи рассчитаны на производительность 150—250 т клинкера в сутки. Они работают на короткопламенных видах топлива (антрацит, кокс). Эти печи характеризуются пониженным расходом теплоты—3750—4600 кДж на 1 кг клинкера. Вместе с тем по качеству получаемого клинкера эти печи уступают вращающимся.
Цементный клинкер получают в основном из мокрых сырьевых смесей (шламов) с влажностью от 30% до 50% во вращающихся печах, не имеющих запечных теплоутилизаторов. К преимуществам мокрого способа обжига относятся простота приготовления сырьевой смеси, легкость достижения однородности ее состава, сравнительно небольшие энергозатраты и достаточно гигиенические условия труда (отсутствие запыленности). Недостатком мокрого способа является повышенный расход топлива.
Выбор установок
Различают длинные и короткие вращающиеся печи. Длинные печи имеют длину до 185 м и более, а короткие — от 40 до 85 м. Первые применяются для мокрого и сухого способов производства, а вторые — для сухого или комбинированного способов.
Длинные вращающиеся печи. Длинные печи различаются не только по длине и диаметру, но и по внутреннему устройству барабана. В зависимости от конструкции длинные печи бывают с теплообменными устройствами и без них, виды теплообменных устройств и запечных установок в этих агрегатах также бывают разные.
Запечные установки применяют для предварительной подготовки сырья к обжигу в целях более полного использования тепла дымовых газов, образующихся при сгорании топлива, и снижения расхода последнего.
Теплообменные устройства применяют для улучшения теплообмена между обжигаемым материалом и дымовыми газами. Их устанавливают внутри барабана печи. При этом конструкция теплообменников печей для мокрого и сухого способов отличается только в зоне сушки. Так, в барабане печей для мокрого обжига применяют корабельные стальные цепи и фильтры-подогреватели. В результате улучшаются условия поглощения материалом тепла из дымовых газов и ускоряется сушка шлама. Сырьевая мука или гранулы не обладают налипающими свойствами. Для ускорения подсушки их в холодном конце печи сухого обжига применяют встроенные теплообменники — лопастные, ячейковые и др. Они улучшают пересыпание материала в печи при вращении барабана и соответственно условия теплообмена.
Печи, предназначенные для мокрого и сухого обжига, отличаются между собой отношением длины барабана к его диаметру. У печей для сухого способа это отношение несколько меньше и составляет от 30 до 35, а у печей для мокрого способа от 34 до 42.
Длинные печи при сухом способе производства применяют для обжига негранулированной сырьевой муки. При этом используют как сухую сырьевую муку, так и незначительно увлажненную. Преимущество длинных печей состоит в том, что они имеют большую производительность и в них значительно снижается расход тепла на обжиг клинкера. Чем длиннее печь, тем более полно будут охлаждаться дымовые газы при своем движении по длинному барабану и тем меньше окажется непро; изводительная потеря тепла с дымовыми газами. Так, например, расход тепла на обжит.1 кг клинкера при мокром способе в печах длиной 125 м составляет 1600—1700 ккал, а в печах длиной 170—185 м — 1400 ккал, т. е. на 200—300 ккал меньше. На каждую тонну клинкера это дает экономию примерно 30—50 кг угля.
Производительность длинных вращающихся печей зависит от поверхности теплопередачи между обжигаемым материалом и дымовыми газами, влажности поступающего на обжиг шлама и сырьевой муки, скорости вращения барабана, разности температуры газов и обжигаемого материала, скорости газового потока в барабане, стойкости футеровки печи, качества режима обжига и организации технологического процесса в целом, величины уноса пыли из печи и многих других факторов. Однако исходным показателем производительности печи является поверхность теплообмена; им определяются размеры барабана печи, поверхность и конструкция теплообменных устройств в барабане.
Особое влияние на производительность печи оказывает влажность шлама. С достаточной степенью приближения можно принять, что каждый 1 % влажности шлама снижает производительность печи на 2%. Это следует учитывать, систематически контролируя влажность шлама, не допуская его переувлажнения.
Вращающиеся печи, установленные на зарубежных заводах, имеют аналогичные характеристики как в конструктивном, так и в теплотехническом отношении (в части расхода тепла и удельной производительности). Интерес представляет проект печи длиной 260 м и диаметром 6,9X6,3x6,9 м. Предполагаемая производительность ее 3000 т клинкера в сутки.
Отличаясь высокой производительностью, длинные печи, однако, являются агрегатами весьма громоздкими и сложными в конструктивном, транспортном и монтажном отношениях. Поэтому вполне понятно стремление конструкторов и технологов изыскать более компактные тепловые аппараты, но не менее эффективные по производительности и расходу тепла, чем длинные вращающиеся печи.
Описание установки
Длина современных вращающихся печей при мокром способе производства 150-185м, диаметр- 4-5м.
В настоящее время основную массу клинкера на заводах обжигают в печах размерами 4.5*170 и 5*185 м. Они рассчитаны на суточную производительность по клинкеру 1200 и 1800т. Удельной расход теплоты 6100- 7600кДж/кг, удельный расход электроэнергии по печной установки 25-26 кВт*ч/т клинкера.
На рисунке показан рисунок вращающейся печи размером 170*4,5м, применяемый при мокром способе производства. Корпус печи - барабана длиной 170 м, сваренный из стальных обечаек, устанавливается на фундаменте с уклоном по длине 4 градуса. На нем закреплены бандажи, опирающейся на роликовой опоры, а также венцовая шестерня, через которую печь приводится во вращения электродвигателем. Частота вращения обычно 0,5-1,2 оборот/мин, но она может изменятся. Приподнятая часть печи является холодным концом, входящим в пыле осудительною камеру через уплотняющее устройство, которое препятствует подсосу наружного воздуха. Для защиты от воздействия горячих газов и уменьшение тепло потерь корпус печи изнутри футеруют. Огнеупорные материалы для этой цели выбирают с учетом температуры газов в разных зонная печи, а также основного обжигаемого материала. Широко применяют шамотный и много шамотный кирпич, а также высокоглиноземистые и талькомагнезитовые огнеупоры. Для зоны спекания преимущественно используют хромомагнезитовый, периклазошпинелидный и магнезитохромитовый кирпич.
В печной агрегат входят также шламовый питатель, пыле осадительная камера, электрофильтры для очистки дымовых газов от пыли, дымосос, горячая головка печи, вентилятор для подачи в печь смеси воздуха с угольным порошком, колосниковый холодильник переталкивающего типа, предназначенный для охлаждения клинкера.
Одним из элементов печи являются встроенные в них разного вида теплообменники для интенсификации процессов теплоотдачи от печных газов обжигаемому материалу. В качестве теплообменников применяют фильтры-подогреватели, образуемые, в частичном, плотно навещенными цепями на протяжении 5-7 м длины печи вблизи ее холодного конца. Печные газы фильтруются через цепи, смоченные шламом, нагревают его, а сами обеспыливают. Используют подогреватели и других конструкций. Кроме того, устраивают цепные завесы в холодном конце до участка печи, где температура газов не превышает 700-800°С. Длина цепей может достигать 2км и более. Цепные завесы состоят из цепей, под вещенных в одной (свободно висящие) или в двух точках (гирлянды). Чаще всего применяют комбинированную навеску цепей. В цепной зоне материал подсушивается до влажности 8-12%. В зонах с температурой газов 700-1100°С устанавливают и другие теплообменники (ячейковые, цепные, экранирующие и т. п.), изготовляемые из жароупорного металла или керамических огнеупоров.
Вращающаяся печь (трубчатая печь, барабанная печь), промышленная печь цилиндрической формы с вращательным движением вокруг продольной оси, предназначенная для нагрева сыпучих материалов с целью их физико-химической обработки. В. п. различают: по принципу теплообмена —с противотоком и с параллельным током газов и материала; по способу передачи энергии — с прямым, косвенным (через стенку муфеля) и комбинированным нагревом обрабатываемого материала. По назначению различают В. п. для спекания шихт в производстве глинозёма, получения цементного клинкера, окислительного, восстановительного, хлорирующего обжига, прокалки гидроокиси алюминия, кокса, карбонатов, сульфатов и др., обезвоживания материалов, извлечения цинка и свинца (вельц-печи), получения железа или сплавов цветных металлов их прямым восстановлением из руд в твёрдой фазе (кричные печи), обжига огнеупорного сырья и др.
Режим работы
Ср=365-(В+П)=365-(104+9)=252
где В=выходные дни
П=праздничные дни
Ср=соверщаюшая робата.
365=число дней в год.
Ср=365•0,9=328
Вр=Ср•Ч=365*24*0,9=7884
где Вр= время работы
Ч=продолжительность рабочей смены.
Коеффициент=0.9-0.94
| Наименование оборудования | Число рабочих дней в году | Кол-во Смен в сутки | Продолжительность рабочей смены | Вр | К |
| Вращающаяся печь | 0,9 |
Вращающаяся печь работает по следующей схеме. Шлам из шламбасейна перекачивается насосом в распредилительный бак, установленный над печью. отсюда он через ковшовый питатель поступает в печь.
С противоположной стороны в печь вентилятором нагнетается уголь в виде пылевоздушной смеси которая поступает из углепомольного отделения, размещаемого обычно вблизи печного агрегата. Попадая в раскаленное пространоство, уголь воспломеняется. Образующиеся дымовые газы проходят через всю печь, отдавая теплоту обжигаемому материалу. По выходе из печи газы с температурой 150-200 
направляются через соедительную (пылеосадительную) камеру в электрофильтры для очистки пыли. К этим печам обычно устанавливают горизонтальные электрофильтры со степенью очистки 96-98%. Содержание пыли в очищенных газах по санитарным нормам не должно превышать 0,09г/м3. Расход электроэнергии на очистку 1000м3 газа0,13-0,2 кВт*ч.
Очищенные газы дымососом через трубу выбрасываются в атмосферу. Уловленная пыль в зависимости от ее свойств используются по-разному. Если по химическому составу она мало отличается от шлама, то в нем или иным способом ее возвращают в печь. При повышенном количестве в пыли щелочных соединений ее можно использовать в качестве местного вяжущего. При значительном содержании калийных соединений пыль применяют иногда в качестве удобрения в сельском хозяйстве.
Шлам, проходят через печь и подвергается воздействию газов все более высокой температуры, претерпевает ряд физических и физико-химических превращений. При 1300-1500 °С материал спекается, причем образуется клинкерные зерна размером до 15-30 мм и больше. Пройдя зону высоких температур, клинкера начинает охлаждатся потоками более холодного воздуха, поступающего из холодильника. Из печи он выходит с температурой 1000-1100 °С и направляется в колосниковый холодильник. Здесь он охлаждается до температуры 30-50 °С воздухом, проходящим через слой материала толщиной 20-25см. Нагретый воздух из первого отделения холодильника частично выбрасывается в атмосферу.
Охлажденный клинкер при периодических возвратно-поступательных движениях подвижных колосников перемещается вдоль холодильника и попадает на колосниковый грохот и далее в дробилку и бункер. Сюда же направляются и мелкие фракции клинкера, провалившиеся между колосниками, а также прошедшие через ячейки грохота.
В настоящее время на заводах, оснащенных вращающимися печами с часовой производительностью 25-100т клинкера, преимущественно применяют колосниковые холодильники "Волга". Вращающиеся печи меньшей производительностью оснащены так называемыми рекуператорами холодильниками клинкера.
Измельченный клинкер металлическими ячейковыми вибрационными и другими транспортерами подается на склад. Хранят клинкер в закрытых или открытых складах с учетом климатических условий. В последнее время для хранения клинкера используют силосные склады. Их вместимость рассчитана на трех-пятисуточную выработку предприятия. Организация складов той или иной вместимости определяется не только колебаниями в сбыте продукции, но иногда и необходимостью улутщить свойства клинкера. Известно, что во время его хранения (маганизирование) свободный оксид кальция, иногда содержащийся в материале, гасится влагой воздуха. Кроме того, если в клинкере имеется некоторое количество плохого стабилизированного β-C2S, он переходит в α-С2S. Эти процессы обычно благоприятно отражаются на размалываемости клинкера. Клинкер во вращающейся печей, будучи хорошо обожжен и охлажден, может и не нуждается в магазинировании, клинкер же шахтных печей приходится подвергать вылеживанию.
Со складов с помощью тех или иных транспортных механизмов клинкер и добавки подают в бункера цементных мельниц для помола.
Номенклатура
- портландцемент - 400, 500, 550 и 600;
- шлакопортландцемент - 300, 400 и 500;
- портландцемент быстротвердеющий - 400 и 500;
- шлакопортландцемент быстротвердеющий - 400.
Технологический расчет
Количество рабочих часов в году определяем исходя из непрерывной круглосуточной работы печи при коэффициенте использования календарного времени.0,9.
Z=365*24*0.9=7884ч
Часовая производительность
Gч=400000/7884= 50.735кг/ч
При съеме g=22кг/м³*ч потребный печной объем составит
Vn= Gч/g=50735/22=18181
Теплотехнический расчет
Приход тепла при горении 1кг топлива
Qᵖн=cвtвVв=22776+1.36*160*9.5=2484.32
cв- теплоемкость воздуха
tв- 160
Vв-9,5
Вp=270*24=6480
G₂=400000/6480=61.72т/ч
Vᴕ=G₂/g 61720/22.7=2718.942
n=2718.942/2600=1.04=1
2600*22.7=59020кг/ч
Ссух.газ=1,3017 =ср= 1,304
1,3071
Vc=газ=8,5(из расчета)
Vв.п=0,7
Теплосодержание продуктов горения при 2000ºС.
Iпр.гор=(Сс.газVc.газ+Ϭвн*Вntt
(1,1710*8,5+2,0009*0,7)*2100=23843,673
(1,1757*8,5+2,0189*0,7)*2200=25094,696
Уточняем температуру горения – она находится между 2100 и 2200ºС.
(251,496*100)/(25094,696-23843,673)=20,103
Следовательно температура горения составит
t= 2200-20.103=2179.897
tx=t,x=2179.897*0.75=1634.922
Полученная температура вполне обеспечивает обжиг цемента.
Предварительный расчет. Пересчет часовой производительности печи на абсолютно сухую массу шлама производим по формуле:
Gч 
12,4 
= 67287,798 т/ч
Относительная влажность шлама состоит w=40%. Определяем абсолютную влажность шлама из соотношения.
Wч= 
= 
=61%
Количество влаги, содержащейся в шламе.
Wч=Gч 
=67287,798 
=41180,13
Количество шлама, поступающего в печь, за час
Gч 
Gч+Wч=67287,798+41180,132=108467,93
Теплоемкость шлама, поступающего в печь за час
Сm=Cм(
+Cвл 
=0.84(
+4.18 
=3.13
Тепловой баланс вращающееся печи на 1ч работы.
1.От сгорания топлива.
Q1=BчQᵖ=Вч22776
2. С воздухом, поступающим на горение, при tв=160
Q₂=BчVвСвtв=Вч8,85*1,32*160=Вч1869,12
Часовой расход тепла.
1.На испарение влаги из шлама и перегрев водяных паров до температуры уходящих газов.
Q'₁=G''ч= (2487+1.96tсух)=
=67287,798 (2487+1,69*250)=41180,13*2977=122,5*10⁶
2. На химические реакции в материале
Q'₂=qхим Gч=1700*59020=100*10⁶
Где qхим –тепловой эффект клинкерообразования, qхим - 1700кдж/ч,
3. На нагрев материала до конечной температуры обжига
Q'₃= GчСм(tк- tн)=67287,798*1,15(1450-20)=77380,967*1430=110,6*10⁶
4.Потери тепла с уходящими газами с учетом присоса воздуха через не плотности(a=1,8)
Q'₄= (ВчVгазСгаз+GчVco₂Cco₂)tух.газ
Определяем объем СО₂, выделившийся из 1кг клинкера, образуется 0,667*0,4=0,26м³ СО₂.
Из 1кг СаО образуется
44/56=0,785кг или 0,785/1,96=0,4м³ СО₂
Q'₄=(Вч15,3*1,38+67287,798*0,26*1,82)*250=7,9*10⁶
5.Потери тепла печью во внешнюю среду
Q'₅=асум(tст.ср-tв)F*3.6
Принимая температуру поверхности стенки печи в среднем 160ºС, по табл.32 находим асум =18,0вт/м²*Сº. Боковая поверхность печи F=πDL=3.14*4.5*170=2410m²
Q'₅=16.63(160-(-10))2410*3.6=21*10⁶
6. Потери тепла с химическими и механическими недожогом топлива оценивается в количестве 4% от прихода тепла при сгорании топлива, орентируется на его сжигание, как в каменных топках:
Q'₆,₇=q₁0.04=Вч24843,2*0,04=99,37
Уравнение баланса тепла
q₁+ q₂= q'₁+ q'₂+ q'₃+ q'₄+ q'₅+ q'₆.₇
24843.2+1869.12=122*10⁶+100*10⁶+110*10⁶+7.9*10⁶+21.10⁶+993.7
27706.02=361.4*10⁶
Вусл= 
=0,14=14%
| Сводная таблица баланса тепла печи | ||
| Наименование статей | Количество тепла | |
| кдж/ч | % | |
| Часовой приход тепла | ||
| 1.От сгорания топлива | 340*10⁶ | 90,82 |
| 2.С воздухом | 34,4*10⁶ | 9,18 |
| Всего…… | 374,4 | |
| Часовой расход тепла | ||
| 1.На испарение влаги | 122,5*10⁶ | 32,7 |
| 2.На химические реакции | 100*10⁶ | 26,7 |
| 3.На нагрев материала | 110*10⁶ | 29,3 |
| 4.Потери тепла с уходящими газами | 7,9*10⁶ | 2,1 |
| 5.Потери тепла во внешнюю среду | 21*10⁶ | 5,6 |
| 6.Потери тепла с химическими и механическими недожогом | 13*10⁶ | 3,4 |
| Всего…… | 374,4*10⁶ |
К.п.д печи 26,7+29,3=56
Материальный баланс вращающейся печи.
Часовое поступление материалов в печь.
1. Абсолютно сухой массы шлама 67287,7
2. Влаги шлама 41180,1
3. Топлива 13996
4. Воздух при а=1,8
Gв=ВчVвpв=13996*9,5*1,29=1711521
Где Vв-объем воздуха, поступающего для горения 1кг топлива принимаем из расчета горения.
Всего приход
67287,7+41180,1+171521=279988,7
Образуется час в результате обжига материала
1. Газов от сгорания топлива (кг/ч)
Gгаз=ВчVгаз
Где Vгаз – объем газов при (а-1.8), образовавшихся при сгорании 1кг топлива, принимаем.Из расчета горения; ргаз – плотность газов указанного в таб.
Ргаз =рсо₂rсо₂+pн₂оrн₂о+PN₂rN₂+Po₂ro₂'
Где рсо₂, pн₂о и т д- плотности отдельных компонентов смеси rн₂о и т д. объемные доля компонентов в смеси
Ргаз = 1,97*0,01+0,8*0,03+1,25*0,77+1,43*0,09=1,315кг/м³
Gгаз=13996*2,5*1,315=174845
2.Продуктов разложения из сырьевых материалов шихты. Количество продуктов разложения определяем по величине п.п.п, которая составляет на абсолютно сухой вес шихты.
Gco₂+H₂O=G''ч= 
= 
= 16552
3.Клинкера Gч=67287,7
4.Водяных паров из шлама 41180,1
5. Золы после сгорания топлива
Gзол=Вч= 
13966 
=1679
Всего в час образуется продуктов
174845+16552+67287,7+41180,1=126038,8
Физический-химический процессы протекающие при тепловой обработки
Обжиг сырьевой смеси и получения клинкера сопровождаются сложными физическими и физико-химическими процессами, в результате которых из исходных компонентов образуются спекающиеся зерна, состоящие в основном из минералов С3S, β- С2S, C3A, C4AF и стекло видной фазы. Характер процессов, протекающих в сырьевой смеси, определяется температурой обжига. При этом необходимо обеспечить условия, способствующие получение клинкера с монодобластической микроструктурой, характеризующиеся равномерным распределением в его объеме хорошо за кристаллизованных алита и белита. Этому способствует повышенный коэффициент насыщения сырьевой смеси и оптимальная продолжительность выдержки клинкера в зоне высоких температур.
Шлам, попадая в печь, подвергается воздействию дымовых газов, имеющих значительную температуру (300-600°С). При этом начинается энергичное испарение воды, сопровождая постепенным загустеванием шлама. В дальнейшем, когда значительная часть воды уже испарилась, образуется крупные комья, которые затем распадаются на более мелкие частицы вследствие ухудшения связующих свойств глиняного компонента, а также разрыхляющего воздействия цепей.
При последующем движении по длине печи материал попадает в область более высоких температур. При 400-500°С в материале выгорают органические примеси и начинается дегидратация каолинита и других глинистых материалов с образованием каолинитового ангидрида АL2O3*2SiO2. Удаление из глины гидратной воды сопровождается потерей пластичности и связующих свойств, что приводит к распаду образовавшихся ранее комьев материала в подвижный порошок. Все эти процессы проходят в печи до температуры материала примерно 600-700°С. Участок печи, где вода испаряется и материал высыхает, называет зоной сушки.
Следующая зона, где происходит дегидратация глины и идет дальнейшее нагревание материала до 700-800°С, называется зоной подогрева. Эти две зоны занимают до 50-55% длины печи.
При 750-800°С и выше в материале начинаются реакции в твердом состоянии между его составляющими. Вначале они едва заметны, однако с повышением температуры материал до 1000°С и более интенсивность их резко возрастает. При 800°С в результате взаимодействия между компонентами, находящимися в твердой фазе, начинается сцепление отдельных частичек порошка и образование гранул разного размера. Повышению интенсивности реакций в твердом состоянии способствует тонкое измельчение материала и тесное смешение компонентов. При реакциях в твердом состоянии между карбонатом кальция и продуктами распада глинистых минералов образуются β-2СаО*SiO2, CaO*Al2O3 и 2СаO*Fe2O3. При 900-1000°С резко усиливается разложение карбоната кальция с образованием СаО (свободный) и углекислого газа СО2. Участок печи, где разложение углекислого кальция идет наиболее интенсивно, т.е. в пределах 900-1000°С, называется зоной кальцинирования. В этой обусловлено тем, что разложение СаСО3 является эндотермической реакцией, идущей с большим поглощением теплоты (1780 кДж на 1кг СаСО3)
На участке вращающейся печи, где температура материала достигает 1000-1100 °С и где основная масса СаСО3 уже превратилась в СаО (свободное) и частично в С2S, CA и С2F (конец зоны кальцинирования), резко возрастает интенсивность реакцией в твердом состоянии.
Реакция образование силикатов, алюминатов и феритов кальция являются экзотермическими. В связи с этими интенсивное образования указанных соединен°ий сопровождается значительным выделением теплоты (до 420 кДж на 1кг клинкера), что приводит к интенсивному повышению материала на 150-200 °С на коротком участке печи (в несколько метров). Этот участок печи получил название экзотермической зоны. В зоне кальцинирование, особенно в экзотермической зоне, с повышением материала возрастает скорость образование. С2S, а также перехода СА в С5А3 и далее в С3А. К концу экзотермической зоны температура материала достигает примерно 1300°С. К этому времени он состоит преимущественно из С3S, C3A, C4AF или С2F и некоторого количества СаО(свобод). При 1300°С начинается спекание материала вследствие образование в нем расплава в количестве 20-30% объема начавшей спекание массы. В начальный момент спекание в расплав переходят С3А, С4АF, MgO и СаО. Это соединение плохо расстворимо в расплаве, вследствии чего оно выделяется из него в виде мелких кристаллов, которые в последующем могут значительно увеличиватся в размерах. Выделение из расплава С3S сопровождается пониженным в нем концентрации С2S и СаО, что приводит к переходу в расплав новых пропорций этих веществ, оставшихся в твердом состоянии в общей массе материала. Это, в свою очередь, обуславливает дальнейший ход процесса образования в расплаве и выделение из него С3S до почти полного связывания СаО (свобод) с С2S. Как уже отмечалось ранее, трехкальциевый силикат выделяется из расплава вместе с небольшими количествами Аl2O3 и МgO, образуя с ними твердые раствор, который называют алитом.
Участок печи, где проходит спекание материала и образование алита, называется зоной спекания. Здесь материал нагревается примерно от 1300 до 1450°С, что способствует более быстрому усвоению СаО двухкальциевым силикатом и образование алита. Оптимальная температура спекание зависит в основном от свойств исходных материалов, наличия в них различных примесей, тонкости измельчения и однородности смеси. Выдерживать материал при оптимальной температуре спекания нужно с надлежащей точностью, так как это в большой мере отражается на качестве клинкера: с одной стороны, увеличение продолжительности выдержки материала в зоне спекания способствует более полному усвоению СаО, что улучшает качество клинкера; с другой, -оно может вызвать чрезмерное укрепление кристаллов алита, отрицательно сказывающееся на его свойствах. Исследование и практика производства показывают, что портландцементы с высокими физико-механическими показателями получают из клинкеров, в которых алит и белит характеризуется благоприятной кристаллической структурой, а содержание неусвоенного СаО не превосходит 0,5-1%.
Температура образование жидкой фазы и ее количество зависят от тех компонетов сырья, которые в процессе обжига образуют минералы-плавни (С3А, С4АF). Однако их содержание в клинкере ограничивается, так как при повышенном их количестве прочностные характеристики и стойкость затвердевшего портландцемента ухудшаются.
После зоны спекания обжигаемый материал переходит в зону охлаждения – последний участок печи, где полученный клинкер охлаждается воздухом от 1300°С до температуры, при которой выходит из печи (1000-1100°С). До температуры примерно 1300 °С в нем присутствует еще жидкая фаза и продолжается реакция усвоения СаО и образования С3S. Затем жидкая фаза застывает и спекание заканчивается.
Обычно при охлаждении клинкера с 1450 до 1300 °С и ниже жидкая фаза в нем застывает частично в виде стекла, частично же при этом произходит кристаллизация из расплава С3А, С4АF, а также МgO (в виде периклаза). Степень закристаллизованности расплава зависит от скорости охлаждения материала после его выхода из зоны спекания.
Охлажденный клинкер в основном состоит из кристаллов миниралов-силикатов (алита и белита) и промежуточно вещества, в которое входят стекло, минералы-плавни (С4АF, C3A, C5A3), а также оксидов кальция магния (в виде кристаллов).
В зависимости от скорости охлаждения изменяется не только содержание стекловидной фазы, но и размеры кристаллов периклаза МgO. Медленно охлажденные клинкеры содержат крупные кристаллы МgO (до 30-40мкм), которые могут вызвать неравномерность изменения объема цемента. В быстроохлажденных клинкерах большое количество МgO остается в стекле, а остальная часть, переходя в мелкокристаллическое состояние (до 8-10 мкм), почти не оказывает отрицательного влияния на равномерное изменение объема цемента при твердении.
Обычно из медленного охлажденного клинкера получается цемент с пониженной активностью, что объясняется пониженным содержанием стекловидной фазы. Цемент с высоким содержанием стекла часто обладает повышенной сульфатостойкостью вследствие того, что содержание трехкальциевого алюмината (в виде кристаллов) в нем снижается. Это следует учитывать при выборе клинкеров для изготовления сульфатостойких цементов и не ограничивается данными о количестве С3А, получаемом расчетом по химическому составу. Цементы с повышенным содержанием стекла в клинкере характеризуется повышенной экзотермией.