Проектом предусматривается реконструкция технологической схемы мокрого способа на комбинированный. При реконструкции весь сырьевой передел остается без изменений.

Сырье (мел, глина и огарки) измельчается в мельнице мокрого самоизмельчения «Гидрофол», затем домалывается в шаровой мельнице. В вертикальных бассейнах выполняется порционное корректирование шлама и готовый шлам хранится в горизонтальных шлам-бассейнах.

При комбинированном способе производства во вращающуюся печь, вместо традиционного шлама предлагается подавать кек влажностью 20%, полученный после обезвоживания шлама в пресс-фильтрах, установленных при проведении реконструкции.

Одним из важнейших показателей для реконструкции производства цемента с переводом его на комбинированный режим, является фильтруемость шлама, т.е. способность шлама отдавать воду при механическом обезвоживании. Различают легкофильтруемые, средне- и труднофильтруемые шламы. При изучении шлама Белгородского цементного завода был проведен опыт по фильтруемости шлама на лабораторной установке пресс-фильтрации. Для сравнения взяты данные по фильтруемости шлама Себряковского цементного завода, на котором уже более восьми лет на технологической линии № 8 применяется комбинированный способ производства. Время фильтрации шлама белгородского цементного завода на 8-10 секунд больше, чем у себряковского. Влажность коржа при давлении Р=0,6 МПа составила 23%. Это показывает, что шлам Белгородского цементного завода подходит для комбинированного способа производства портландцементного клинкера.

Фильтруемость шлама можно повысить несколькими способами:

1) загрубить помол шлама;

2) поднять температуру шлама до 45-60 ^оС;

3) добавлять вещества, улучшающие фильтруемость шлама (например Ca(OH)₂).

Наиболее приемлимым в данном случае оказывается третий вариант, так как загрубив помол мы нарушаем технологический процесс на линиях 1-5 (мокрый способ производства); повышать температуру шлама до 40-50 градусов – задача нереальная из-за огромного потребления горячей воды.

Лучший выход - использование пыли электрофильтров, содержащих СаО_св. Тогда технологическая схема процесса будет несколько изменена. Некоторое количество пыли электрофильтров отбирается и смешивается с водой или фильтратом. При этом свободная известь гидратируется (СaO+H₂O=Ca(OH)₂) и полученный раствор подается в накопительную емкость для шлама, установленную в цехе пресс-фильтрации. Влажность шлама в этом случае, конечно, повысится, но вместе с этим возрастет и его фильтруемость.

Данный способ позволяет снизить энергозатраты и, в конечном итоге, себестоимость производимой продукции.

Шлам, влажностью 40% поступает в пресс-фильтры, где обезвоживается до влажности 20%, а затем транспортерами подается в сушилку-дробилку, где происходит процесс сушки (до W=1%) и дробление материала. В сушилку-дробилку подаются газы, выходящие из циклона II ступени, имеющие температуру около 530^оС.

Из сушилки-дробилки сырьевая смесь (W=1%) подается в осадительный циклон, где происходит только осаждение материала.

Из осадительного циклона сырьевая смесь поступает в газоход между циклонами I и II ступени, и с отходящими газами из циклона I ступени попадает в циклон II ступени. Здесь происходит выход оставшейся физической влаги (W=1%) и при температуре материала 450 - 500 °С из глинистых минералов удаляется кристалло-химическая вода и происходит разложение глинистых. Свободная СаО практически отсутствует, т. к. она сразу же вступает во взаимодействие с кислотными оксидами с образованием промежуточных соединений.

1) Удаление кристаллизационной воды

2SiO₂·Al₂O₃·2H₂O → 2SiO₂·Al₂O₃+2H₂O

2) Разложение глинистого минерала

2SiO₂·Al₂O₃ → 2SiO₂+Al₂O₃

Из циклона II ступени дегидратированная сырьевая смесь подается в декарбонизатор, где сначала протекает термическое разложение карбоната магния и кальция по схемам

MgCO₃ → MgO+CO₂↑

СаСОз → СаО+СO₂↑

SiO₂ + СаСОз → CaSiO₂ + СO₂↑

При температуре материала 850 - 1100^оС завершается диссоциация карбонатов кальция и магния, в результате появляется значительное количество свободного окида кальция. При этих температурах скорость декарбонизации СаСОз превышает скорость связывания СаО в соединения.

В декарбонизаторе обеспечивается разложение 80% карбоната кальция, затем сырье поступает в циклон I ступени и оттуда в печь, где завершается декарбонизация.

Максимальное содержание свободной СаО в материале обычно приходится на конец зоны декарбонизации. В зоне декарбонизации в результате твердофазового синтеза происходит процесс укрупнения пылевидных частичек смеси, приводящий при дальнейшем повышении температуры к превращению всего порошкообразного материала в зерна клинкера.

В результате декарбонизации СаСО₃ в гранулах материала развивается пористость, что замедляет процессы синтеза минералов и рекристаллизацию структуры их кристаллов. В зоне декарбонизации образуются низкоосновные соединения оксидов кальция, кремния, алюминия и железа. Процессы образования низкоосновных соединений протекают по механизму твердофазовых процессов. Ускорителями твердофазовых процессов являются микросплавы:

Na₂CO₃·CaCO₃; NaCl·CaCO₃; Na₂SO₄·CaCO₃

Температура газопылевой смеси в декарбонизаторе и системе циклонных теплообменников не должна превышать 1000…1100 ^оС, ввиду опасности частичного плавления и образования “настылей” на внутренней поверхности газоходов.

В зоне экзотермических реакций (1200 -1350 °С) осуществляется образование минералов: основных количеств C₄AF и C₂S, завершается процесс твердофазового спекания материала. Количество свободной извести в материале уменьшается, количество связанной SiO₂ приближается к максимуму. Связывание СаО осуществляется минералами низкой степени насыщения известью СА, CS, С₅А₃ с образованием соединений высокой основности (C₂S, С₃А, C₄AF) и равновесного состава. Образуются твердые растворы NС₈А₃, КС₈А₃, КС₂₃S₁₂, C₃S. Оксид магния представлен крупными кристаллами периклаза. В конце зоны в минерале образуется эвтектический расплав. Материал уже агрегирован в гранулы размером 2 -10 мм, окраска материала изменяется из светло -коричневого в светло-серую вследствии связывания Fе₂О₃ в соединения.

В зоне спекания (1350 -1450 -1350 °С) происходит частичное плавление материала. В состав жидкой фазы переходят минералы: С₃А, С₅А₃, C₂F, C₄AF, все легкоплавкие примеси сырьевой смеси и MgO; в твердом состоянии остаются C₂S, СаО и образовавшиеся на низкотемпературной стадии кристаллы C₃S. В этой зоне СаО связывается практически полностью.

C₂S+CaO→C₃S

В зоне охлаждения (1350 - 1100 °С) часть жидкой фазы клинкера кристаллизуется, выделяя такие минералы, как С₃А, C₄AF, C₂S, MgO и в небольшем количестве C₃S, а часть ее затвердевает в виде стекловидной фазы. В случае медленного охлаждения высокобелитовых клинкеров наблюдается явление рассыпания их в порошек в результате превращения -C₂S в -C₂S. Термической закалкой клинкеров, т. е. быстрым охлаждением предотвращают этот распад.

В дальнейшем клинкер выгружается в колосниковый холодильник для охлаждения.

Охлажжденный клинкер транспортером подается на клинкерный склад, а затем грейферным краном, вместе с добавками, подается на помол.

Помол на заводе производится как по открытому, так и по замкнутому циклу. Предпочтение следует отдать замкнутому циклу, при котором эффективность помола значительно выше.