CS242622B1

CS242622B1 - A method of modifying the composition of the raw material mixture in Portland cement production

Info

Publication number: CS242622B1
Application number: CS835009A
Authority: CS
Inventors: Stanislav Chromy
Original assignee: Stanislav Chromy
Priority date: 1983-07-04
Filing date: 1983-07-04
Publication date: 1986-05-15
Also published as: CS500983A1

Abstract

Řešení se týká výroby portlandského cementu. Účelem řešení je dosáhnout optimální surovinové skladby pro vyráběnou značku cementu a snížit tak energetickou náročnost výroby cementu. Tohoto účelu je podle .vynálezu dosaženo tím, že při stálém režimu výpalu a stupni mletí cementu a dávkování přísad se pomocí souběžně prováděných fázových rozborů slínku a zkoušek pevnosti cementu stanoví rozsah kolísání obsahu alitu ve slínku a závislost pevností cementu na obsahu alitu a z této závislosti se pro požadovanou pevnost cementu určí odpovídající obsah alitu ve slínků a podle této hodnoty se upraví skladba surovinová směsi. Mikroskopická kontrola fázového složení se s výhodou provede metodou bodové integrace nebo mikroskopickým odhadem.The solution relates to the production of Portland cement. The purpose of the solution is to achieve an optimal raw material composition for the cement brand being produced and thus reduce the energy intensity of cement production. According to the invention, this purpose is achieved by, at a constant firing mode and cement grinding degree and additive dosage, the range of fluctuations in the alite content in the clinker and the dependence of cement strength on the alite content are determined using simultaneously performed phase analyses of clinker and cement strength tests, and from this dependence, the corresponding alite content in clinker is determined for the required cement strength and the composition of the raw material mixture is adjusted according to this value. Microscopic control of the phase composition is preferably carried out by the point integration method or microscopic estimation.

Description

(54) Způsob úpravy složení surovinové směsi pri výrobě portlandského cementu(54) Method for modifying the composition of the raw material mix in the production of Portland cement

Řešení se týká výroby portlandského cementu. Účelem řešení je dosáhnout optimální surovinové skladby pro vyráběnou značku cementu a snížit tak energetickou náročnost výroby cementu. Tohoto účelu je podle .vynálezu dosaženo tím, že při stálém režimu výpalu a stupni mletí cementu a dávkování přísad se pomocí souběžně prováděných fázových rozborů slínku a zkoušek pevnosti cementu stanoví rozsah kolísání obsahu alitu ve slínku a závislost pevností cementu na obsahu alitu a z této závislosti se pro požadovanou pevnost cementu určí odpovídající obsah alitu ve slínků a podle této hodnoty se upraví skladba surovinová směsi. Mikroskopická kontrola fázového složení se s výhodou provede metodou bodové integrace nebo mikroskopickým odhadem.The solution concerns the production of Portland cement. The purpose of the solution is to achieve an optimal raw material composition for the produced cement brand and thus reduce the energy consumption of cement production. According to the invention, this is achieved by determining the extent of variation of the alite content in the clinker and the dependence of the cement strengths on the alite content by means of a parallel analysis of the clinker and the cement strength tests at a constant firing regime and a degree of cement grinding and additive dosing. for the desired cement strength, determine the corresponding alite content of the clinkers and adjust the composition of the raw material mixture accordingly. The microscopic control of the phase composition is preferably performed by a point integration method or by microscopic estimation.

242 622242 622

Vynález se týká způsobu úpravy složení surovinové směsi při výrobě portlandského cementu·The invention relates to a method for adjusting the composition of a raw material mixture in the production of Portland cement.

Chemické složení surovinové moučky nebo surovinového kalu má významný vliv na reaktivitu^a tím na měrnou tepelnou spotřebu a výkon rotační pece při výrobě portlandského slínku· Protože možnosti zvyšování obsahu kapalné fáze ve slínku při jeho výpalu jsou omezené, je rozhodujícím faktorem reaktivity surovinové moučky z hlediska chemické skladby obsah alitu C^S, který současně rozhoduje o pevnostech, tj< kvalitě cementu· Proto jeho optimální obsah vzhledem k vyráběné značce cementu má významný vliv na ekonomii výroby· V současné době neexistuje způsob, jakým tento optimální obsah alitu stanovit a chemická surovinová skladba v cementárnách vychází pouze z nepřesných obecně platných zásad a praktických zkušeností· Protože možnosti experimentování s výrobním zařízením a objektivního hodnocení takových pokusů jsou velmi omezené, nelze tento současný způsob považovat za vyhovující.The chemical composition of raw meal or raw sludge has a significant effect on reactivity and thus on specific heat consumption and rotary kiln performance in the production of Portland clinker · Since the possibilities of increasing the liquid phase content of the clinker during firing are limited, chemical composition content of C ^ S alite, which at the same time decides on strengths, ie <cement quality · Therefore its optimal content with respect to the produced cement brand has a significant impact on production economy · There is currently no way to determine this optimal alite content and chemical raw material composition in cement plants is based only on inaccurate general principles and practical experience · Since the possibilities of experimentation with the production equipment and the objective evaluation of such experiments are very limited, this present method cannot be considered as satisfactory.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob úpravy složení surovinové směsi, jehož podstata spočívá v tom, že při stálém režimu výpalu a stálém stupni mletí cementu a dávkování přísad se alespoň pěti souběžně provedenými fázovými rozbory vzorků slínku a zkouškami pevností odpovídajících cementů stanoví rozsah kolísání obsahu alitu ve slínku a závislost pevností cementu na obsahu alitu a ze získané závislosti se určí optimální obsah alitu ve slínku podle vztahu kde A^ je obsah alitu ve slínku při požadované značkové pevnosti cementu a Δ A je rozsah kolísání obsahu alitu ve slínku, a z takto opraveného reálného fázového složení slínku se stanoví odpovídající chemické složení surovinové směsi, podle něhož se upraví surovinová skladba, přičemž dodržování taktoThese drawbacks are eliminated by a method of adjusting the composition of the raw material mixture, which consists in determining the extent of variation of the alite content in the clinker at at least five concurrent phase analysis of the clinker samples and the strength tests of the corresponding cements, the dependence of cement strength on the alite content and from the obtained dependence determine the optimal alite content in the clinker according to the formula: the appropriate chemical composition of the raw material mixture is determined, according to which the raw material composition is adjusted, adhering to as follows

242 622 stanoveného zadaného chemického složení se sleduje a řídí podle fázového složení slínku.242 622 of the specified chemical composition is monitored and controlled according to the clinker phase composition.

Tímto způsobem je zaručena optimální surovinová skladba pro výrobu oementu požadované značky a dosáhne se snížení spotřeby paliva i elektrické energie na mletí oementu*In this way, an optimal raw material composition for the production of the oement of the desired brand is guaranteed and the consumption of fuel and electric energy for grinding the oement is reduced *

Dané řečení vychází ze skutečnosti, že při správném a stálém výpalu, dosaženém a udržovaném na základě kontrol reálného fázového složení vyráběného slínku prováděných mikroskopickou metodouý je vztah mezi obsahem alitu ve slínku a pevností cementu charakteristický pro každou výrobní lokalitu, a že v rámci této výrobní lokality je poměrně stálý. To znamená, že v každé cementárně je obsah alitu pro tuté$ značku cementu rozdílný a jeho nejmenší přípustný obsah musí být zaručen v rozsahu provozního kolísání surovinové skladby, jejíž úroveň závisí na typu surovinového ložiska a na teohniokém vybavení závodu. Z chemických faktorů má, kromě obsahu alitu, vliv na reaktivitu surovinové moučky i obsah kapalné fáze ve slínku při výpalu, 'tj. obsah, trikalcium aluminátu C^A a kalcium aluminát ferritu C^AF. Hodnoty obsahů těchto fází se pro danou výrobní lokalitu a druh cementu stanoví jinými postupy.This is based on the fact that, with proper and consistent firing, achieved and maintained by microscopic method based on the real phase composition of the produced clinker, the relationship between the alite content of the clinker and the cement strength is characteristic of each production site and is relatively stable. This means that in each cement plant the alite content for the same cement brand is different and its minimum permissible content must be guaranteed to the extent of the operational variation of the raw material composition, the level of which depends on the type of raw material bearing and the plant's equipment. Among the chemical factors, in addition to the content of alite, the reactivity of the raw meal also has an influence on the content of the liquid phase in the clinker during firing, i.e. content, tricalcium aluminate C ^ A and calcium aluminate ferrite C ^ AF. The values of the contents of these phases are determined by other methods for the production site and the type of cement.

Praktická realizace způsobu podle vynálezu je založena na paralelním provádění fázových rozborů vyráběného slínku a jeho chemických rozborů a stanovení odpovídajících pevností cementu při normálním provozu výrobního zařízení. Zkušenost ukazuje, že současné metody neumožňují pohotovou a spolehlivou kontrolu výpalu, který je většinou zbytečně intenzivní. Proto odběru slínku musí obvykle předcházet úprava a stabilizace výpalu na obsah 1 % volného CaO ve slínku pomocí mikroskopické metody. Obsah volného CaO i ostatních slínkových fází se stanoví metodou mikroskopické bodové integrace nebo odhadem v nábrusu ze slínkové granálie, obarvené parami CH^COOH. Počet stanovení musí být individuelně volen tak, aby postihl rozsah kolísání obsahu alitu ve slínku výrobní lokality. Odebrané slínky se semelou s přísadou sádrovce na shodný měrný povrch. Z výsledků stanovení se pořídí závislost pevností oementu na obsahu alitu ve slínku a proti značkové vaznosti se odečte odpovídající obsah alitu C^S. Aby byla v provozních podmínkáoh vždy zaručena značková pevnost cementu, připočtePractical realization of the method according to the invention is based on parallel analysis of the clinker produced and its chemical analyzes and determination of corresponding cement strengths during normal operation of the production plant. Experience has shown that current methods do not allow prompt and reliable control of firing, which is usually unnecessarily intense. Therefore, the clinker collection must usually be preceded by the treatment and stabilization of the firing to a content of 1% free CaO in the clinker by means of a microscopic method. The content of free CaO and other clinker phases is determined by a microscopic point integration method or by estimation in a slice of clinker granules stained with CH3COOH vapors. The number of determinations must be individually selected to reflect the extent of variation in the alite content in the clinker of the production site. The clinkers collected are ground with the addition of gypsum to the same specific surface. The dependence of oement strength on the alite content in the clinker is determined from the results of the assay and the corresponding aluminate content C ^ S is subtracted against the brand binding. To always guarantee the branded strength of the cement under operating conditions, add

242 622 se k tomuto obsahu alitu polovina zjištěného rozsahu jeho provozního kolísání a získaná hodnota se stane zadáním pro surovinovou skladbu závodu· Kolísání obsahu alitu závisí na možnostech závodu udržovat zadané chemické složení surovinové moučky. Protože obsah alitu je při stálém silikátovém a aluminátovém modulu přibližně lineární funkci obsahu kysličníku vápenatého ve slínku, nezávisí interval jeho provozního kolísání na zadané hodnotě obsahu axitu. Pro stanovení optimálního obsahu alitu ve slínku ^Aopt platí vztah242,622 for this alite content, half of the observed range of its operational fluctuation and the value obtained becomes the input for the raw material composition of the plant. The fluctuation of the alite content depends on the plant's ability to maintain the specified chemical composition of the raw meal. Since the alite content is a linear function of the calcium oxide content of the clinker at a stable silicate and aluminate module, the interval of its operating variation does not depend on the specified value of the axite content. For the determination of optimum alite content in clinker ^A opt, the following applies

A , = A + 0,5 . Δ A opt z (1) kde A_z je obsah alitu ve slínku při značkové vaznosti cementu a Λ A je rozsah provozního kolísání obsahu alitu ve slínku. Protože obsah C^A a C^AFjsou pro výrobní lokalitu již dané a ve vypáleném slínku zůstává požadovaný obsah volného CaQ, platí pro mineralogické složeni slínku s optimálním obsahem alitu C^S a obsahem belitu CgS:A = A + 0.5. Opt A opt z (1) where A _z is the content of alite in the clinker at the marked bond strength of the cement and Λ A is the range of operational variation of the content of alite in the clinker. Since the content of C ^ A and C ^ AF are already given for the production site and the required content of free CaQ remains in the burnt clinker, the following applies to the mineralogical composition of the clinker with an optimum C ^ S alite content and CgS belite content:

C^A + C^AF + C^S + volný CaO + CgS = 100 /hmot»$/ (2)C ^ A + C ^ AF + C ^ S + free CaO + CgS = 100 / mass »$ / (2)

Z takto určeného fázového složení slínku se opačným postupem podle Bogue vypočte sycení vápnem S^_p, silikátový Mg a aluminátový modul M_A* Tyto hodnoty budou nadále zadáním pro surovinovou skladbu závodu. Popsaný způsob bude názorně ukázán, na příkladu.From the phase composition of the clinker determined by the reverse procedure according to Bogue, calculate the lime saturation S ^ _p , the silicate Mg and the aluminate module M _A * These values will continue to be input for the plant raw material composition. The method described will be illustrated by way of example.

V cementárně s mokrým způsobem výroby a parametry surovinové skladby ^sLp- 96; M_g 3 2,3; M_A = 1,8 se vaznosti cementu po 28 dnech pohybovaly mezi 40 až 45 MPa při mikroskopicky zjištěném obsahu volného CaO okolo 0,2 %. Skutečný obsah alitu ve slínku se pohyboval okolo 70 Protože šlo o přepalování, byl stupeň výpalu upraven postupným snižováním tepelného příkonu rotační pece na 1 /o volného CaO ve slínku, což bylo spojeno se vzrůstem vazností cementu přibližně o 4 MPa. Po dobu 30 ti dnů bylo odebíráno po jednom vzorku slínku, odpovídajícím každému homogenizačnímu bazénu. Z každého vzorku byl z jedné granálie střední velikosti zhotoven nábrus a na základě mikroskopického hodnocení těchto nábrusů bylo vybráno 20 slínku s rozdílným obsahem alitu a přibližně shodným obsahem volného CaO 1 ze kterých byly připraveny cementy s přísadou 4 $ sádrovce a měrným povrchem 301 2 -1In a cement plant with a wet production method and raw material parameters ^with Lp- 96; M _g 3 2.3; M _A = 1.8, the binding strength of the cement after 28 days ranged between 40 and 45 MPa with a microscopically determined free CaO content of about 0.2%. The actual content of alite in the clinker was around 70 Since it was overburdened, the firing rate was adjusted by gradually reducing the heat input of the rotary kiln to 1 / o free CaO in the clinker, which was associated with an increase in cement binding capacity of approximately 4 MPa. One clinker sample corresponding to each homogenization pool was taken for 30 days. A slice was prepared from each sample from one medium-sized granule and, based on the microscopic evaluation of these slices, 20 clinkers with different alite content and approximately equal content of free CaO 1 were selected from which cements containing 4 $ gypsum and specific surface area 301 2 -1 were prepared.

303 m . kg a stanoveny jejich pevnosti po 28 dnech. Ze slínků303 m. kg and determined their strength after 28 days. Of clinkers

242 622 byly pořízeny kvantitativní fázové rozbory metodou mikroskopické bodové integrace· Zjištěné- kolísání alitu bylo v intervalu 12 % a lineární závislost vaznosti na obsahu alitu ve slínku byla charakterizována směrnicí K = 0,696 a úsekem na svislé ose q = 3 MPa. Značkové pevnosti 40 MPa odpovídal obsah alitu 53 %· Optimální obsah alitu byl stanoven pomocí rovnioe (l) a s použitím středních obsahů C^A a C^AF bylo z rovnice (2) stanoveno opravené reálné fázové složení slínku:242 622 quantitative phase analyzes were performed by the method of microscopic point integration · The detected alite variation was in the interval of 12% and linear dependence of the binding on the alite content in the clinker was characterized by the slope K = 0.696 and the section on the vertical axis q = 3 MPa. The brand strength of 40 MPa corresponded to an alite content of 53%. The optimum alite content was determined by equation (1) and the corrected real clinker phase composition was determined using equation (2) from equation (2):

C₃S= 59 C₂S= 20,$#; C₃A= 9,6 C^AFx 9,9 $, volný CaO$& 1C ₃ S = 59 C ₂ S = 20, $ #; C ₃ A = 9.6 C ^ AFx 9.9 $, free CaO $ & 1

Pomocí opačného postupu podle Bogue byly z tohoto fázového složení vypočteny parametry chemického složení S^_p s 9^,6$ M_g= 2,5; M_a = 1,75 a tyto hodnoty byly pomoci konstant úměrnosti lokality (l,02; 1,09; 0,97) přepočteny na S^p - 92_t7} M_g s 2,U; M_A = 1,8. Konstanty úměrnosti lokality mezi syoením vápnem a moduly, stanovenýipi^zfázového a chemického složení slínku, byly pro tuto výrobní lokalitu stanoveny s použitím fázových a chemických rozborů odebranýoh slínků* Uvedené parametry chemického složení slínku se staly zadáním pro surovinovou skladbu závodu a jejichUsing the reverse procedure of Bogue, the chemical composition parameters S ^ _p were calculated from this phase composition with 9 _µg, 6.6 _µg = 2.5; _And M = 1.75, and these values are constants of proportionality locations (L, 02, 1.09, 0.97) converted into S ^ p - 92 _t 7} M _g to 2 U; M _A = 1.8. The site-to-site proportionality constants between the lime soda and the modules, determined ^{from the} phase and chemical composition of the clinker, were determined for this production site using phase and chemical analyzes of the clinker taken.

M dodržování bylo nadále spolu se správným stupněm výpalu zajištováno pomoci reálného fázového složení vyráběného slínku, mikroskopicky odhadovaného zapracovaným technikem* Výsledkem byl rovnoměrný výpal se sníženou spotřebou paliva i elektrická energie na mletí cementu*M adherence continued to be ensured along with the correct firing rate by means of a real phase composition of the produced clinker, microscopically estimated by a trained technician * The result was an even firing with reduced fuel consumption and electric energy for grinding cement *

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

242 622

1. A method of adjusting the composition of a raw material mix in the production of Portland cement, characterized in that, at a constant firing regime and a constant degree of grinding of cement and dosing of additives, at least five concurrent phase analyzes of clinker samples and strength tests of corresponding cements are determined and the dependence of cement strength on the alite content and from the obtained dependence the optimal alite content in the clinker is determined according to the relationship

A, with A + 0.5 · Λ A opt z '** where A ^ is the alite content of the clinker at the required brand cement strength and Δ A is the range of variation in the alite content of the clinker, and chemical composition of the raw material mixture, according to which the raw material composition is adjusted, while compliance with the determined chemical composition is monitored and controlled according to the phase composition of the clinker *

2. The method according to claim 1, wherein the detection and control of the clinker phase composition is carried out microscopically, in sections stained with acetic acid vapors by means of point integration or by microscopic estimation.