Высокотемпературная печь снол 12/15

Электропечи высокотемпературные камерные лабораторные СНОЛ с полезным объемом 12 литров предназначены для термообработки (нагрев, закалка, обжиг) различных материалов в воздушной среде до температур 1350-1650°С. Главным их преимуществом является возможность продолжительной работы при высоких температурах в воздушной среде и проведения быстрого нагрева, за 30-40 минут, до номинальной температуры. Такие уникальные качества достигнуты благодаря использованию термостойких нагревателей нового поколения из хромита лантана, а также высококачественной теплоизоляции из керамоволокнистого материала на основе Аl2О3.

Рисунок 6 - Высокотемпературная печь СНОЛ 12/15

Для удобства эксплуатации предусмотрена параллельно отводимая в сторону дверь и воздушное принудительное охлаждение кожуха. Использование микропроцессорного регулятора-программатора на 2, 8 или 20 участков с тиристорным источником питания позволяет проводить сложные технологические режимы термообработки с высокой точностью, без постоянного присутствия оператора. Конструктивное исполнение печей с температурой до1350°С, 1550°С и 1650°С - одинаковое, а отличие заключается в использовании разных огнеупорных и теплоизоляционных материалов.

Планетарная шаровая мельница "Активатор - 2sl"

Позволяет получать порошок с размером частиц несколько нанометров и также проводить механохимические реакции и активацию материалов:

1)центробежное ускорение до 150 G 2)время непрерывной работы до нескольких часов

3)возможность управлять с компьютера или с инвертора

4)водяное охлаждение барабанов- ударно-сдвиговый режим измельчения

Рисунок 7 - Планетарная шаровая мельница "Активатор - 2SL"

Таблица 10 -Характеристики планетарной мельницы "Активатор - 2SL"

Характеристика:
Барабаны -	по 2 шт по250 мл
Загрузка шаров -	200 - 400 г
Загрузка порошка-	20 - 100 г
Скорость вращения планетарного диска-	100 - 1000 об/мин
Скорость вращения барабанов-	150 - 1500 об/мин
Потребляемая мощность -	2,2 кВт
Габаритные размеры: ширина*длина*высота	320*620*500
Масса -	65 кг

4.3 Результаты экспериментов и их обсуждение

В качестве объектов исследования были выбраны 2 пробы карбонатного сырья различных месторождений: проба МЯ – мел Ястребовского участка Орловской области, проба ИПЗ – известняк Пшевско-Зушенской площади Тульской области.

В ходе работы была проведена их радиационно-гигиеническая оценка (табл. 11). В результате гамма-спектрометрического исследования данных проб карбонатного сырья, установлено, что значения удельной эффективной активности естественных радионуклидов не превышают регламентируемые Нормами радиационной безопасности НРБ-99/2009 параметры (Аэфф+ погрешность < 370 Бк/кг), соответствуют гигиеническим требованиям по ограничению облучения населения за счет природных источников ионизирующего излучения. Искусственных радионуклидов не обнаружено.

Таблица 11 - Результаты гамма-спектрометрического исследования

№ п/п	Проба	Удельная активность радионуклидов, Бк/кг
		Аэфф погреш.	Th232 абс.погр.	Ra226 абс.погр.	K40абс.погр.	Cs137 абс.погр
1	МЯ	101	2,40,8	5,01,5	<20	<2
2	ИПЗ	293	7,71,8	17,63,0	<20	<2
3	ГШ	9710	28,72,5	35,13,0	27030	<2

Химический состав исследуемого цементного сырья представлен в таблице 12. Обе пробы исследуемого карбонатного сырья относятся к группе «А», т.е. сырье, в целом пригодное для получения цементного клинкера.

Таблица 12 - Химический состав исходного цементного сырья

Содержание в % на абс. сухую навеску	Проба
	МЯ	ИПЗ	ГШ
SiO2	0,31	8,81	59,52
TiO2	0,01	0,12	0,75
Al2O3	0,21	3,08	12,63
Fe2O3	0,19	1,39	5,02
MnO	0,01	0,04	0,09
CaO	55,05	46,56	7,94
MgO	0,24	0,73	2,17
Na2O	0,03	0,17	0,43
K2O	0,19	1,22	1,37
P2O5	0,07	0,07	0,07
SO3	<0,05	<0,05	<0,05
ппп	43,43	37,86	9,79
Сумма	99,73	100,5	100,04
СО2	42,57	35,43	4,50
Сl-	0,002	0,003	0,001
Cr2O3	<0,001	0,002	0,010

Минеральный состав, определенный методом РКФА (рентгенографического количественного фазового анализа) на дифрактометре D8 ADVANCE фирмы Bruker, приведен в таблице 13.

Таблица 13 - Минеральный состав исходного карбонатного сырья

№ п/п	Проба	Фазовый состав, содержание, % масс.
1	МЯ	Кальцит – 99±8; иллит-смектит – 1; иллит – примесь; каолинит примесь; цеолит – примесь; полевые шпаты – примесь; кварц - примесь
2	ИПЗ	Кальцит – 86±7; иллит – 6; иллит-смектит- 2; каолинит – 2; кварц – 2±1; полевые шпаты – 2±1;
3	ГШ	Иллит-смектит – 40; кварц – 37±6; кальцит – 12±2; полевые шпаты – 6±1; иллит – 3; каолинит – 2; хлорит – примесь;

Из физико-механических характеристик для каждой пробы исследуемого карбонатного сырья определен коэффициент размолоспособности, значения которого следующие: мел Ястребовского участка – 4,86; известняк Пшевско - Зушенской площади – 2,09.

В качестве глинистого компонента цементной шихты использовалась глина Ширяйского месторождения Волгоградской области (проба ГШ). По химическому составу (табл. 8) данное глинистое сырье также относится к группе «А» - т.е. сырье в целом пригодное для производства цементного клинкера.

Результаты физико-механических испытаний глинистого сырья Ширяйского месторождения (содержание крупнозернистых включений, пластичность, гранулометрический состав) приведены в таблицах 14, 15 и 16.

Таблица 14 - Засоренность глинистого сырья крупнозернистыми включениями

Проба	Общий остаток на сите с размерами отверстий 0,5 мм, %	Частные остатки (%) на ситах с размерами отверстий, мм					Классификация глинистого сырья по количеству и размеру включений		Характеристика остатка
		5	2	1	0,5
ГШ	1,52	0,90	0,21	0,16	0,25	Со средним содержанием с крупными включениями		Карбонатные включения

Таблица 15 - Пластичность глинистого сырья

Проба	Пределы пластичности			Число пластичности		Классификация глинистого сырья по числу пластичности
	Граница текучести	Граница раскатывания
ГШ	42,2	23,7	18,2		среднепластичное

Таблица 16 - Гранулометрический состав глинистого сырья (пипеточный метод)

Проба	Содержание фракции (%) с размерами частиц, мм						Классификация сырья по содержанию фр< 0,001мм		Остаток на сите №0063, %
	>0,063	0,06-0,01	0,01-0,005	0,005-0,001	<0,001
ГШ	15,3	21,8	7,2	15,9	39,8	Низкодисперсное		11,37

Согласно техническим требованиям к цементному сырью для получения портландцемента высокого качества при коэффициенте насыщения КН=0,92 значения силикатного и глиноземного модулей колеблются в пределах

n = 2,0 – 2,5, p = 1,5 – 2,0 [7]. В ходе работы были проведены расчеты 3-х (карбонатный компонент + глина + огарки) компонентных шихт по стандартной методике при помощи компьютерной программы «Шихта». При расчетах использовались следующие значения коэффициентов: КН = 0,92, n = 2,2, p = 1,5 (табл. 17).

По результатам расчетов для проведения дальнейших испытаний по получению цементного клинкера были составлены две трехкомпонентные цементные шихты. При составлении сырьевых шихт была использована корректирующая добавка: пиритные огарки Липецкого металлургического завода следующего состава SiO₂ – 3,91%, Al₂O₃ – 1,51%, Fe₂O₃ – 75,50%, CaO – 13,96%, MgO – 1,91%, R₂O – 0,86%, SO₃ – 0,36%, ппп – 0,84%.

Таблица 17 - Состав цементных шихт

Шихта	Содержание компонентов шихты	КН	n	p
Ш-1	мел проба МЯ – 74,65%; глина проба ГШ – 23,69%; огарки – 1,60%	0,92	2,50	1,23
Ш-2	известняк проба ИПЗ – 89,09%; глина проба ГШ – 9,46%; огарки – 1,45%	0,92	2,00	1,41

Расход сырьевых компонентов для производства 1 тонны портландцементного клинкера представлен в табл. 18.

Таблица 18 - Расход сырьевых материалов в кг/тонну клинкера

Шихта	Мел МЯ	Известняк ИПЗ	Глина ГШ	Огарки	Сумма
Ш-1	1144,3	-	363,0	25,4	1532,7
Ш-2	-	1363,1	145,2	22,2	1530,5

Качество полученного портландцемента оценивается химическим и минеральным составом клинкера и физико-механическими свойствами (тонкость помола, прочностные характеристики).

Для портландцемента нормального состава химический состав клинкера колеблется в следующих пределах: CaO – 63-67%, SiO₂ – 21-24%, Al₂O₃ – 4-7%, Fe₂O₃ – 2-4%. Рекомендуемый в специальной литературе минеральный состав клинкера: C₃S - (алит) – 37 -60%, C₂S (белит) -15 - 37%, C₃A (алюминаты кальция) – 7 - 15%, C₄AF (алюмоферриты кальция) –10-18%.

Химический и минеральный состав полученного цементного клинкера приведены в таблицах 19 и 20.

Таблица 19 - Химический состав клинкера

№№ п/п	Проба	Содержание в % на абс. сухую навеску
		SiO2	TiO2	Al2O3	Fe2O3	MnO	CaO	MgO	Na2O	K2O	P2O5	ппп	SO3	Сумма
1	К-1*	22,38	0,26	4,11	3,69	0,06	66,67	1,01	0,18	0,35	0,08	0,47	0,30	99,56
2	К-2**	18,22	0,23	4,87	3,75	0,07	66,92	1,40	0,08	1,11	0,06	2,08	0,22	99,56

* - обозначение К-1 соответствует клинкеру, полученному из шихты Ш-1;

** - обозначение К-2 соответствует клинкеру, полученному из шихты Ш-2;

Таблица 20 - Минеральный состав клинкера

№№ п/п	Проба	Фазовый состав, содержание, % масс.
		трехкальциевый силикат (C3S), алит	двухкальциевый силикат C2S, белит	трехкальциевый алюминат (C3А), алюминатная фаза	четырехкальцие-вый алюмоферрит (C4AF), браунмиллерит	прочие
1	К-1*	65	18	7	10	-
2	К-2**	69	9	5	11	6

* - обозначение К-1 соответствует клинкеру, полученному из шихты Ш-1;

** - обозначение К-2 соответствует клинкеру, полученному из шихты Ш-2;

Тонкость помола полученного цемента (составляет для пробы К-4 – 7,0%; для пробы К-5 – 7,5%) определялась согласно методике описанной в ГОСТ 310.2-76(2003) «Цементы. Методы определения тонкости помола», и соответствует рекомендациям (не более 15%).

Испытания по определению прочностных характеристик проводились в соответствии с ГОСТ 310.4-81 «Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии». Предел прочности при изгибе определялся на разрывной машине ИР-5040-15; при сжатии на прессе ИП-500.

Результаты приведены в таблице 21.

Таблица 21 - Прочностные характеристики

№№ п/п	Шихта	В/Ц	Предел прочности, МПа						Марка
			7 суток			28 суток
			при изгибе	при сжатии	при изгибе		при сжатии
1	Ш-1	0,40	6,2	29,5	7,6		45,2	400
2	Ш-2	0,40	5,4	35,6	6,2		38,8	300

Рисунок 8 - Диаграмма зависимости предела прочности на сжатии от времени выдержки портландцемента полученного по стандартной методике

На основании ГОСТ 10178-85(2002) «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия» полученному цементу были присвоены соответствующие марки.

Сравнивая полученные прочностные характеристики образцов после 7 и 28 суток выдержки видно, что значения предела прочности при изгибе у опытных образцов увеличились на 14,8 - 22,6%. Значения же предела прочности при сжатии на 28 сутках увеличились для пробы Ш-1 на 53,2%, для пробы Ш-2 – 8,9%.

Таким образом, из исследуемого сырья (мел Ястребовского участка; известняк Пшевско - Зушенской площади) по стандартной методике удалось получить портландцемент марок ПЦ300Д0 и ПЦ400Д0.

Цементные шихты, полученные согласно методике, перед обжигом были подвергнуты дополнительной обработке – активации в мельнице «Активатор – 2SL» при различных режимах

Активированные цементные шихты в дальнейшем были обожжены при таком же режиме, что и исходные. Для полученных цементов определены прочностные характеристики (табл. 22).

Таблица 22 - Прочностные характеристики цемента, полученного из проактивированных шихт

№ п/п	Проба	Предел прочности, МПа						Марка
		7 суток			28 суток
		при изгибе	при сжатии	при изгибе		при сжатии
1	Ш-1-5	6,1	33,1	8,6		54,2	550
2	Ш-1-10	7,5	39,8	9,9		66,3	600
3	Ш-2-3	7,1	39,3	7,9		48,3	400
4	Ш-2-6	7,8	41,1	8,5		56,2	550

Рисунок 9 - Диаграмма зависимости предела прочности на сжатии от времени активации шихты после 7 суток выдержки

Рисунок 10 - Диаграмма зависимости предела прочности на сжатии от времени активациипосле 28 суток выдержки

Прочность цементных образцов, полученных из активированных шихт, заметно возросла. Наилучшие показатели наблюдаются при 10 минутной обработке для шихты Ш-1, и 6 минутной обработке для шихты Ш-2. Для цементов, полученных из шихты Ш-1, значения предела прочности при изгибе после 28 суток выдержки увеличились на 13,2-30,3%, при сжатии – на 19,9-46,7%. При этом марка цемента повысилась с ПЦ400 Д0 до ПЦ550 Д0 и ПЦ600 Д0. Для цементов, полученных из шихты Ш-2, прочность при изгибе возросла на 26,6-37,1%, при сжатии – на 19,5-44,9%. Марка цемента для цементов повысилась с ПЦ300 Д0 до ПЦ400 Д0 и ПЦ550 Д0.

С целью определения полноты протекания процесса минералообразования в результате обжига был проанализирован химический и минеральный состав клинкера полученного из активированных шихт (пробы Ш-2-3 и Ш-2-6). Химический состав исследуемых проб практически не отличается от состава исходного клинкера; в минеральном (табл. 23) были выявлены лишь небольшие изменения в содержании белита (C₂S) и алюминатной фазы (C₃А).

Таблица 23 - Минеральный состав клинкера

№№ п/п	Проба	Фазовый состав, содержание, % масс.
		трехкальциевый силикат (C3S), алит	двухкальциевый силикат C2S, белит	трехкальциевый алюминат (C3А), алюминатная фаза	четырехкальциевый алюмоферрит (C4AF), браунмиллерит	прочие
1	Ш-2-3	67	5	6	10	6
2	Ш-2-6	69	4	7	11	9

Таким образом, включением дополнительной стадии переработки (активации) сырьевой шихты в технологический процесс удалось добиться увеличения прочности при изгибе до 30%, при сжатии до 45%. При этом марка портландцемента повышается с М300-М400 до М550-М600.