1. Etapy produkcji klinkieru portlandzkiego

• wydobycie surowców(transport na teren zakładu),

• rozdrabnianie(kruszenie),

• wstępna homogenizacja(formowanie pryzmy),

• korekcja surowca,

• homogenizacja,

• mielenie i suszenie-(młyny misowo-rolkowe, kulowo-pierścieniowe, walcowo-talerzowe)

• spiekanie(piec obrotowy),

• chłodzenie(chłodniki),

• mielenie klinkieru z gipsem i dodatkami mineralnymi,

2. Surowce do produkcji klinkieru portlandzkiego – charakterystyka, występowanie.

Do produkcji klinkieru portlandzkiego stosuje się następujące surowce:wapień,wapień marglisty,margiel,glina,łupki,w niewielkich ilościach piasek i ruda żelaza,boksyt,żużle hutnicze: kawałkowy i granulowany, popioły lotne(głównie z węgla kamiennego), wypałki pirytowe, pyły wielkopiecowe.Surowce podstawowe:Wapienie – do nich zalicza się skały zawierające nie mniej niż 50% węglanu wapnia. Węglan wapnia występuje zwykle w postaci kalcytu lub rzadziej – aragonitu. Margle – są skałami osadowymi stanowiącymi naturalną mieszaninę kalcytu i minerałów ilastych. Zawierają wszystkie składniki konieczne do produkcji klinkieru portlandzkiego. Gliny – i pochodne im surowce spełniają w przemyśle cementowym rolę nośników SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ żużle, popioły lotne− Dodatki korygujące krzemionkowe,Glinonośne Żelazonośne Mineralizatory

2. Czynniki określające narastanie wytrzymałości zaprawy cementowej.

Przyrost wytrzymałości zaprawy cementowej związany jest z szybkością wiązania i twardnienia takiej zaprawy. Czynniki wpływające na te procesy to:

• Skład chemiczny i mineralny klinkieru

Za narastanie wytrzymałości zaprawy mają wpływ produkty hydratacji alitu i belitu czyli faza CSH i CH. Natomiast mały udział w narastaniu wytrzymałości maja fazy C3A oraz C4AF a mianowicie produkty Aft i AFm.

• Zawartość i rodzaj regulatora czasu wiązania

• Rozdrobnienie cementu (skład ziarnowy)- Ilościowy i jakościowy skład dodatków mineralnych do cementu i domieszek, oraz zawartość powietrza

• w/c –warunki panujące podczas sporządzania i przechowywania- wilgotność i temperatura

• czas dojrzewania

2. Wiązanie cementu portlandzkiego – reakcje i czynniki wpływające na proces wiązania; oznaczanie konsystencji i czasu wiązania zaczynu; wymagania

Zachodzą tu reakcje na powierzchni ziaren cementu oraz następuje rozpuszczanie się składników cementu w fazie ciekłej, a także niektórych produktów zachodzących reakcji.

Reakcje krzemianów wapniowych z wodą – reakcje hydrolizy to:

2C₃S + 6H → C₃S₂H₃ + 3CH

2C₂S + 4H → C₃S₂H₃ + CH

Reakcja glinianu z wodą – hydratacja C₃A

C₃A + 6H C₃AH₆ - hydrogarnet

C₃AH₆ + 3CSH₂ + 24 H → C₃A3CS32H₂O –ettringit

C₃AH₆ + CSH₂ + 8 H → C₃ACS12H₂O –monosulfat

Czynniki wpływające na proces wiązania:

- skład chemiczny i mineralny -

- stopień rozdrobnienia

- wskaźnik wodno-cementowy W/C

- temperatura

Oznaczanie czasu wiązania oraz konsystencji cementu wykonuje się na próbkach
z zaczynu normowego w aparacie Vicata. Aparat Vicata składa się z metalowego drążka
o wadze dającego się przesuwać pionowo bez większego tarcia oraz wyposażenia pomiarowego (igła do oznaczania początku wiązania, igła do oznaczania końca wiązania, trzonek, pierścień).

Określenie właściwej konsystencji zaczynu normowego.W celu wykonania badania należy sporządzić zaczyn normowy, a następnie wypełnić nim pierścień Vicata umieszczony na płytce szklanej. Drążek opuszcza się do zetknięcia trzonka z powierzchnią zaczynu i zwalnia umożliwiając swobodne zagłębienie się
w zaczynie. Zaczyn cementowy ma właściwą konsystencję jeżeli dno trzonka zatrzyma się w odległości 5-7 mm od powierzchni płytki szklanej.

Oznaczenie początku wiązania.

Aparat Vicata wyposaża się w dodatkowy ciężarek, pierścień wypełnia się sporządzonym zaczynem normowym, przy czym czas dodania do cementu właściwej ilości wody notuje się. Drążek ustawia się w takim położeniu, aby koniec igły dotykał powierzchni zaczynu
i opuszcza się swobodnie do zaczynu w odstępach 5 min. Początek wiązania cementu określa się czasem jaki upłynął od dodania do cementu właściwej ilości wody do pomiaru, w którym swobodnie opadająca igła zanurzy się w zaczynie na głębokość 2- od płytki szklanej.

Oznaczenie końca wiązania cementu.

Koniec wiązania cementu określa się czasem, jaki upłynął od wymieszania cementu
z właściwą ilością wody do pomiaru, w którym igła zagłębiła się nie więcej niż pod powierzchnię zaczynu.

2. Młyn kulowy – zasada działania, wyposażenie i jego funkcje, wady i zalety

Zasada działania

Pod wpływem działania sił odśrodkowych w wyniku obrotów bębna, unoszone są elementy mielące (mielniki) wraz z materiałem mielonym (mieliwo) na określoną wysokość. Mielniki w wyniku pracy młyna opadają lub zsuwają się po materiale mielonym rozdrabniając go przez udar lub ścieranie.

Wyposażenie i jego funkcje

Młyny są stosowane do suchego przemiału materiału i pracują jako urządzenia susząco-mielące w obiegu zamkniętym. Wyróżniamy młyny kulowe jednokomorowe lub wielokomorowe.

Wyróżnia się dwa rodzaje młynów:

• z obiegiem zamkniętym pneumatycznie – zazwyczaj młyny 1- lub 2–komorowe; przerabiany materiał może być wilgotny; większe jednostkowe zużycie gazów (suszenie surowca + transport surowca do urządzeń separacyjnych); większe zużycie energii o 10-12% w stosunku do metody z obiegiem zamkniętym mechanicznie; materiał po rozdrobnieniu wędruje do separatora wraz ze strumieniem gazu a nadziarno powraca do młyna; temperatura mieszaniny gazów (spalinowych i powietrza) opuszczających młyn jest wyższa od 80°C. Wydajność młyna zależy od: mielności nadawy, uziarnienia nadawy i produktu, wilgotności nadawy.

• z obiegiem zamkniętym mechanicznie – młyny tego typu zawierają komorę suszącą, która jest wyposażona w urządzenia podnoszące materiał (jest to związane z wykorzystaniem mniejszej ilości powietrza co wymusza zastosowanie takiej komory w celu poprawy efektywności suszenia); gdy suszony jest drobny materiał można prowadzić proces suszenia w przewodzie doprowadzającym do cyklonu lub w separatorze.

Zalety stosowania młynów kulowych:

• stosunkowo dobra wydajność (ilość oraz jakość rozdrabnianego materiału)

• prosta konstrukcja

• możliwość rozdrabniania różnych rodzajów surowców (np. klinkier, margiel, dolomit)

Wady stosowania młynów kulowych:

• hałaśliwa praca urządzenia

• konieczność częstej wymiany lub dosypywania mielników

• konieczność wymiany pancernej wykładziny młyna, która ulega zużyciu

• pobór dużej ilości energii podczas pracy młyna (masa wykładziny pancernej oraz „wsadu” mają swoje przełożenie na pracę silnika urządzenia)

2. Młyny pionowe średniobieżne- zasady działania, konstrukcja, zalety.

Młyny średniobieżne rozdrabniają materiał przez miażdżenie pomiędzy elementami mielącymi (pierścieniami i kulami, misą i rolkami lub talerzem i rolkami).Budowa młyna pierścieniowo-kulowego:1dolny pierścień miażdżący 2górny pierścień miażdżący 3kula (D=750 mm; g=150 mm) 4docisk (w tym przypadku sprężyny) 5rura zasypowa węgla 6stożek zasypowy węgla 7wał napędowy z jarzmem 8kanał wylotowy mieszaniny pyłowo-powietrznej 9separator 10silnik Młyn pierścieniowo-kulowy obraca się z prędkością 30÷400 ^obr/_min. Ilość kul w młynie wynosi 9÷11. Do zalet tego typu młynów zaliczamy: brak ułożyskowania elementów mielących, możliwość pracy młyna w pod- i nadciśnieniu, do komory przekładni doprowadzane jest powietrze uszczelniające w dużym nadciśnieniu (do 20 kPa) co zapobiega przedostawaniu się pyłu do przekładni. Młyn misowo-rolkowy składa się z misy do której dociskane są ułożyskowane rolki. Instaluje się trzy elementy zespołu rolkowego (rolek) rozmieszczonych co 120 º. Mielenie odbywa się przez miażdżenie węgla pomiędzy kulą a bieżnią w pierścieniu mielącym lub rolką a misą.  Rozdrabnianie materiału zachodzi w wyniku naprężeń ściskających i ścinających występujących w łożu mielącym, między rolkami a talerzem mielącym, który jest napędzany silnikiem za pomocą przekładni. Między talerzem mielącym a ścianą młyna, znajduje się pierścieniowy układ dysz, służący do podawania powietrza lub gorących gazów do przestrzeni wewnętrznej młyna. W wyniku tego powstaje wrząca warstwa, która razem z ruchem talerza mielącego dostarcza w sposób ciągły materiał pod rolki mielące. Poza tym w przypadku wprowadzenia gorących gazów zachodzi równoczesne suszenie mielonego materiału.

2. Rodzaje cementów powszechnego użytku wg PN-EN.

CEM I - cement portlandzki zawierający tylko klinkier (nie mniej niż 95%)

CEM II - cement portlandzki żużlowy, krzemionkowy, pucolanowy, popiołowy, łupkowy, wapienny zawierający nie mniej niż 65% klinkieru

CEM III - cement hutniczy zawierający od 36 do 95% żużla

CEM IV - cement pucolanowy zawierający id 11 do 55% mieszanego materiału o charakterze pucolanowym

CEM V - cement wieloskładnikowy zawierający od 20 do 64% klinkieru, od 18 do 50% żużla i resztę materiału pucolanowego

C p żużlowy - CEM II/A-S (6-20%) C p żużlowy - CEM II/B-S (21-35%)

C p krzemionkowy - CEM II/A-D (6-10%) C p pucolanowy - CEM II/A-P (6-20%)

C p pucolanowy - CEM II/B-P (21-35%) C p pucolanowy - CEM II/A-Q (6-20%)

C p pucolanowy - CEM II/B-Q (21-35%) C p popiołowy - CEM II/A-V (6-20%)

C p popiołowy - CEM II/B-V (21-35%) C p popiołowy - CEM II/A-W (6-20%)

C p popiołowy - CEM II/B-W (21-35%) C p łupkowy - CEM II/A-T (6-20%)

C p łupkowy - CEM II/B-T (21-35%) C p wapienny - CEM II/A-L (6-20%)

C p wapienny - CEM II/B-L (21-35%) C p wapienny - CEM II/A-LL (6-20%)

C p wapienny - CEM II/B-LL (21-35%) C p wieloskładnikow - CEM II/A-M (6-20%)

C p wieloskładniko - CEM II/B-M (21-35%) Cement hutniczy - CEM III/A (36-65%)

Cement hutniczy - CEM III/B (66-80%) Cement hutniczy - CEM III/C (81-95%)

Cement pucolanowy - CEM IV/A (11-35%) Cement pucolanowy – CEM IV/B (36-55%)

Cement wieloskładnik - CEM V/A (18-30%) Cement wieloskładnik - CEM V/B (31-50%)

2. Sklasyfikować, wymienić i zdefiniować składniki cementów powszechnego użytku.

W skład cementu mogą wchodzić:
składniki główne- specjalnie wybrany materiał nieorganiczny, którego udział w stosunku do sumy masy wszystkich składników głównych u składników drugorzędnych przekracza 5%.

składniki drugorzędne – specjalnie wybrany materiał nieorganiczny, którego udział w stosunku do sumy wszystkich składników głównych i składników drugorzędnych NIE przekracza 5%.

siarczan wapnia - gips (dwuwodny siarczan wapnia, CaSO₄* 2H₂O), pół­hydrat (CaSO₄*1/ 2H₂O) lub anhydryt (bezwodny siarczan wapnia, CaSO₄), lub jako ich mieszanina.

dodatki - składniki cementu nie objęte terminami nie podanymi wyżej, stosowane w celu poprawy wytwarzania llub właściwości cementu. Całkowita ilość dodatków nie powinna przekraczać 1% masy cementu.

Składniki główne:

Klinkier portlandzki (K) - materiał hydrauliczny składający się z krzemianów wapnia (3CaO*SiO₂, 2CaO*SiO₂) oraz glinianów i glinianożelazianów wapniowych (3CaO*Al₂O₃, 4CaO*Al₂O₃*Fe₂O₃). Wytwarzany jest przez spiekanie surowców zawierających tlenek wapnia, dwutlenek krzemu, tlenek glinu, tlenek żelaza i niewielkie ilości innych materiałów.

• Granulowany żużel wielkopiecowy (S)

• pucoIana naturalna (P) -

• pucolana naturalna wypalana (Q) –

• Popioły lotne: ­krzemionkowy(V),wapienny( W)

• Łupek palony (T)

• Wapień (kamień wapienny) (L, LL)

• Pył krzemionkowy (D)

2. Reakcje zachodzące w mieszaninie surowcowej do produkcji klinkieru portlandzkiego; rola fazy ciekłej i składników ubocznych

Zestaw surowcowy do produkcji klinkieru portlandzkiego składa się z wapienia, marglu, gliny i niewielkiego dodatku związków żelaza. Mieszanina surowców przechodzi podczas procesu klinkieryzacji w wyniku skomplikowanego szeregu reakcji, w klinkier zawierający od 55-65% C₃S, 15-25% C₂S, C₃A oraz 8-12 % fazy glinożelazianowej C₄AF_. Proces klinkieryzacji zależny jest od składu mineralnego surowców, ich rozdrobnienia i jednorodności zestawu surowcowego.

Etapy syntezy klinkieru:

- dehydratacja, dehydroksyklacja

- dekarbonizacja

- synteza w fazie stałej produktów przejściowych i końcowych

- spiekanie z udziałem fazy ciekłej

- krystalizacja ze stopu podczas chłodzenia

Kolejność powstawania i zakresy trwałości poszczególnych faz

• < 800 ^oC CA, C2F, C2S

• 800- 900 ^oC C12A7 w reakcji weglanu i CA

• 900- 1000 ^oC przejściowo C2AS max zawartość CaOw powstaje C4AF i C3A

• 1100- 1200 ^oC max zawartość C2S dalej jest C3A i C4AF

• 1260^oC faza ciekła

• 1250- 1450 ^oC C2S + CaOw → C3S

Składniki akcesoryczne

- obniżenie temp. Powstawania fazy ciekłej

- zmiana lepkości i napięcia powrzch.fazy ciekłej,

- tworzenie zarodków krystalizacji,

- tworzenie nowych połączeń przejściowych i nowych faz,

- tworzenie roztworów stałych z zaburzeniem struktury klinkieru głownei co do wielkości i struktury kryształów alitu,<>Mineralizatory

Rola fazy ciekłej:

Faza ciekła , jej skład chemiczny i właściwości fizyczne, a przede wszystkim lepkość i napięcie powierzchniowe, mają duże znaczenie w procesach przemysłowych, ponieważ alit krystalizuje z tej fazy. W fazie ciekłej rozpuszczają się tlenek wapnia i krzemian dwuwapniowy, w wyniku czego stop staje się przesycony w stosunku do C₃S. Krystalizacja alitu rozpoczyna się w temp. Ok 1300ºC,a większość tej fazy powstaje w temp .1450 ºC. Pierwsze porcje pojawiającej się fazy ciekłej w niższych temperaturach przyspieszają przebieg reakcji, zwiększając o kilka rzędów wielkości szybkości dyfuzji ( faza ciekła z eutektyków lokalnych, przyspiesza proces rozkładu węglanu wapnia I reakcje tlenku wapnia z krzemionką). Większe ilości fazy ciekłej zaczynają się pojawiać w temp. Ok. 1200ºC i są związane z powstaniem eutektyku CF-CF_{2 .} Zwartość klinkierowej fazy ciekłej rośnie wraz z temperaturą, a jej lepkość maleje.

2. Zmiany objętości zaczynu cementowego i ich badanie

Hydratyzujący zaczyn zmienia nieznacznie swoją objętość w sposób odwracalny
lub nieodwracalny.

• skurcz chemiczny - w początkowym okresie wiązania cementu; objawia się zmniejszeniem objętości produktów w porównaniu z objętością substratów;

• skurcz plastyczny – wywołany jest procesem wysychania; w skutek postępującego wiązania wody w produktach hydratacji powstają pory powietrzne o mniejszej objętości; nieodwracalny skurcz stwardniałego materiału; prowadzi do powstania naprężeń w materiale, co może wywołać mikrospękania;

• skurcz termiczny – związany z utratą ciepła przez zaczyn, który nagrzał się w skutek wydzielenia ciepła uwodnienia poszczególnych faz w stadium początkowym hydratacji.

Mechanizm skurczu obejmuje:

• zjawiska zachodzące w żelowej fazie C-S-H (zmiany strukturalne);

• zjawiska związane z obecnością wody (utrata wodny w wyniku odparowania i sorpcji w otoczeniu wilgotnym) i porów w zaczynie;

Badanie zmian objętości zaczynu – metoda przyśpieszona zgodna z PN-EN 196-3

Przyśpieszenie procesów zachodzących w zaczynie w skutek gotowania zaczynu normowego, który jest umieszczony w pierścieniu Le Chateliera. Zaczyn jest poddany dojrzewaniu
w warunkach pełnej wilgotności. Zmiana rozstawu końców igieł przyrządu nie może przekroczyć 10 mm – jest to zgodne z normą PN-EN 197-1 i dotyczy wszystkich cementów powszechnego użytku.

2. Skład chemiczny klinkieru portlandzkiego, składniki akcesoryczne

Surowcami do produkcji klinkieru portlandzkiego są materiały zapewniające uzyskanie namiaru surowcowego o odpowiednich relacjach między CaO,SiO₂,Al₂O₃ i Fe₂O₃. Jest to kryterium podstawowe lecz nie wystarczające, ponieważ surowce powinny się charakteryzować się także ograniczoną zawartością składników nieporządanych takich jak: MgO, P₂O₅, K₂O, Na₂O, SO₃, związki zawierające chlor, kwarc, a także buły krzemienne i otoczaki.

Klinkier portlandzki stanowiący półprodukt w procesie wytwarzania cementów powszechnego użytku, jest materiałem hydraulicznym składającym się głównie z krzemianów wapnia C₃S i C₂S oraz glinianów i glinożelazianów C₃A i C₄AF. Skład chemiczny klinkieru portlandzkiego określa się podając zwartość tlenków poszczególnych pierwiastków tworzących minerały klinkierowe. Wyróżniamy trzy zasadnicze grupy tlenków:

1. Podstawowe,

2. Domieszki,

3. Ślady.

Kryterium tego podziału jest udział poszczególnych tlenków w klinkierze. Domieszki i ślady określa się wspólnym mianem tlenków akcesorycznych.

Tlenki podstawowe ( CaO: 63 – 67% , SiO₂: 21 – 24%, Al₂O₃:4 – 7%, Fe₂O₃: 2 – 4%) stanowią 95 – 98% masy klinkieru. Ponadto zawartość MgO w klinkierze nie powinna przekraczać 5% jego masy.

Jako domieszki w klinkierze zostały sklasyfikowane tlenki, których zawartość w klinkierze waha się w granicach 0,1 – 3,0%, Są to przede wszystkim K₂O, Na₂O i SO₃ oraz występujące najczęściej w ilościach poniżej 0,2 – 0,3%: TiO₂, Mn₂O₃ i P₂O_5.

Stwierdzono, ze działanie składników akcesorycznych na proces klinkieryzacji sprowadza się do następujących czynników: zdefektowaniem struktury faz klinkierowych w wyniku powstawania roztworów stałych, sprzyjających przyspieszeniu reakcji tych z wodą ( centra aktywne), zmianę wielkości i pokroju faz klinkierowych, stabilizacja w temperaturze pokojowej bardziej reaktywnych odmian polimorficznych faz klinkierowych różniących się właściwościami hydraulicznymi, ujawniającą się w procesie hydratacji zmianę składu fazy ciekłej zaczynu i/lub wytrącaniem otoczek związków trudno rozpuszczalnych na hydratyzujących ziarnach cementu ( najczęściej wodorotlenków i zasadowych soli kompleksowych w przypadku połączenia metali).

2. Budowa stwardniałego zaczynu cementowego; matryca, pory, faza ciekła

Stwardniały zaczyn cementowy tworzy około 20 % wodorotlenku wapnia (portlandytu), który jest produktem hydratacji fazy C₂S i C₃S. Ilość wodorotlenku wapnia jaki powstaje w trakcie hydratacji alitu jest znacznie wyższa niż w przypadku hydratacji belitu. W Stwardniałym zaczynie występują również fazy ettringitu i monosiarczanoglinianu wapnia- oznaczane jako fazy Aft i AFm.

W stwardniałym zaczynie cementu portlandzkiego największy udział ma faza CSH ok.70% , która wypełnia przestrzeń pomiędzy poszczególnymi produktami i „łączy” całą strukturę w całość . Faza CSH nazywana też uwodnionymi krzemianami wapnia. Faza CSH ma ogromne znaczenie dla właściwości zaczynów cementowych jak i wytrzymałości uzyskiwanych podczas wiązania. Podczas badań dyfraktogramów rentgenowskich C-S-H stwierdzono, że jest ona bardzo podobna do dyfraktgramu struktury tobermorytu. Struktura żelu jest jednak bardzo różna w zależności od stężenia jonów wapnia w fazie ciekłej podczas hydratacji cementu. Dużym wahaniom ulega przede wszystkim stosunek molowy C/S. Badając zmiany tego stosunku w odniesieniu do stężenia jonów wapnia w fazie ciekłej, Taylor zaproponował podział na C-S-H (I) i C-S-H (II). Pierwszy ma stosunek C/S poniżej 1,5, drugi natomiast powyżej 1,5. Podczas obserwacji pod mikroskopem skaningowym zauważona, że C-S-H (I) ma strukturę poskręcanej folii zwaną „plastrem pszczelim”, C-S-H (II) natomiast tworzy włókniste kryształy.

2. Homogenizacja wstępna surowców w przemyśle cementowym, homogenizacja mąki surowcowej.

Porcje poprzeczne muszą przecinać wszystkie warstwy materiału. Najbardziej rozpowszechnione są 2 metody formowania pryzmy:-Chevron- usypywanie zwału wzdłuż jego podłużnej osi w pryzmę składającą się daszkowatych, dwuspadowych warstw. Metoda ta daje dobre wyniki w przypadku materiału o drobnym uziarnieniu.-Windrow- usypywanie zwału rzędami układanymi w warstwy poziome, jedna na drugiej, co ogranicza rozwarstwienie materiału. Wyróżniamy również:-system horyzontalny-system cienkich warstw poziomych układanych na całej szerokości pryzmy.-system warstwy-usypywanie zwału rzędami daszkowymi jednospadowymi o zrastającej wysokości-system stożkowy-usypywanie warstw w kształcie stożka

metody:-korekcja mieszana-uzyskanie dwóch zestawów „za wysokiego” i „za niskiego” kierowanych do oddzielnych zbiorników. Po dokonaniu analizy tych próbek pobieranych za młynem, wprowadza się je w odpowiednich proporcjach do silosu, w którym po wymieszaniu uzyskuje się gotowy namiar
-korekcja całkująca- polega na ciągłym analizowaniu próbek za młynem, gromadzonych w formie średnich prób godzinowych. Te średnie ważone analizy partii są podstawą regulacji urządzeń dozujących surowce do młyna tak aby następna partia wyrównywała odchylenie pierwszej a każda następna wszystkich poprzednich.
Cztery zasadnicze systemy homogenizacji:-periodyczny, porcjowy- polega na napełnieniu zbiornika homogenizacyjnego mąką o takim składzie, aby po wymieszaniu otrzymać skład zadany, po uśrednieniu zsypuje się mąkę do zbiornika zapasu-szeregowy- polega na ciągłym przesypywaniu mąk kolejno do dwóch (lub 3)zbiorników homogenizacji następnie do silosu-ciągły- w komorach mieszanie, zwykle dwóch
-grawitacyjny- bez mieszania pneumatycznego oparty na tym, że słabo napowietrzona mąka wypływa ze zbiornika z utworzeniem stożkowatego leja. Najpierw wypływają warstwy górne. Do zbiornika doprowadza się niewielką ilość powietrza , tylko w czasie opróżniania.

2. Piec obrotowy: jak funkcjonuje? Strefy, ruch, kontrola pracy

Piec obrotowy składa się ze stalowej rury o stosunku długości do średnicy między 10:1 i 38:1.

Rura podparta jest na dwóch do siedmiu zespołach rolek nośnych (lub więcej), ma pochylenie

od 2,5 do 4,5%, a napęd obraca piec wokół osi z prędkością od 0,5 do 4,5 obr/min. Pochylenie

rury w połączeniu z obrotami powoduje powolny transport materiału wzdłuż pieca. W celu

ochrony przed działaniem bardzo wysokich temperatur wnętrze całego pieca wykładane jest

ogniotrwałą cegłą (wymurówką). Wszystkie piece długie i niektóre krótkie wyposażone są w

elementy wewnętrzne (strefy łańcuchowe, krzyżaki, podnośniki), poprawiające wymianę ciepła.

Strefy pieca:

1) Strefa suszenia Temperatura do 100°C

2) Strefa podgrzewania i rozkładu minerałów ilastych 100 - 600°C

3) Strefa kalcynacji (rozkładu węglanów) 800 - 1250°C

4) Strefa spiekania 1250 - 1450 - 1250°C

5) Strefa chłodzenia (od końca strefy spiekania do wylotu 1250 - 800°C
klinkieru z pieca do chłodnika

Opalanie pieców

Paliwo podawane przez główny palnik tworzy główny płomień o temperaturze około 2000 °C.Dla potrzeb optymalizacji procesu płomień musi być regulowany w wymaganym zakresie. Wnowoczesnych palnikach, przy opalaniu pośrednim, płomień jest kształtowany i regulowanypowietrzem pierwotnym (stanowiącym 10-15% całkowitego powietrza spalania).Potencjalnymi punktami podawania paliwa do linii piecowej są:

• główny palnik umieszczony w głowicy pieca,

• rynna zsypowa w komorze wlotowej pieca (paliwo kawałkowe),

• palniki wtórne (dopalacze) do przewodu wzniosowego,

• palniki prekalcynacji do prekalcynatora,

• rynna zsypowa do prekalcynatora (paliwo kawałkowe),

• śluza w części środkowej pieca dla pieców długich metody suchej lub mokrej (paliwo

kawałkowe).

2. Dekarbonizacja wstępna: przesłanki stosowania; gdzie? Jak?

• Klasycznym rozwiązaniem stosowania dekarbonizacji częściowej jest spalanie zużytych opon. Doprowadza się w ten sposób ok. 20% ciepła do pieca, oprócz tego spala się paliwa zastępcze lub surowce zawierające składniki palne np. łupki bitumiczne

Ostatnio znacznie zmodyfikowano konstrukcje dekarbonizatorów wykorzystując je do zmniejszenia emisji NO_x z pieca.

2 rodzaje konstrukcji dekarbonizatorów:

• Cyklonowe lub o zbliżonych kształtach, a także cylindryczne, w których zastosowano z reguły styczne wprowadzenie paliwa i 1-2 wlotów surowca

• Firmy Humboldt, których konstrukcja wykorzystuje rurociąg łączący piec z cyklonami, odpowiednio go wydłużając w celu zwiększenia czasu spalania paliwa

Gdzie? Między chłodnikiem a wylotem walczaka piecowego

Jak? Gorące powietrze dochodzi do palnika olejowego gałęzi pieca i palnika olejowego gałęzi dekarbonizatora. Zostaje podgrzane, spalając mąkę surowcową z C-4 i C-3 następnie przedostaje się do walczaka piecowego( gazy i zdekarbonizowany materiał)

Parametry „graniczne” Szybkość gazów-graniczna 12 m/s, aczkolwiek najlepsze do 10m/s

2. Chłodzenie klinkieru – znaczenie operacji chłodzenia, chłodniki planetarne, chłodniki rusztowe

Dobre chłodniki powinny:- zapewnic niska temp. klinkieru przy zuzyciu małej jednostkowej ilości powietrza chłodzącego - wyróżniać się dużą pewnością ruchu i małym zuzyciem energii elektrycznej,- dostosowac się do zmiennej wydajności chwilowej pieca bez wzrostu temp.klinkieru,- krótki czas przebywania klinkieru w chłodniku Chłodnik planetarny (satelitarny) jest specjalnym typem chłodnika obrotowego. Składa się on z kilkunastu rur chłodzących, najczęściej 9 do 11, przytwierdzonych do płaszcza pieca przy jego wylocie.

Chłodzenie w chłodnikach rusztowych osiąga się przez przejście strumienia powietrza od dołu do góry przez warstwę klinkieru (złoże klinkieru) leżącą na przepuszczającym powietrze ruszcie. Stosuje się dwie metody transportu klinkieru w chłodniku: ruszt wędrowny oraz ruszt posuwisto-zwrotny (schodki z popychającymi krawędziami).Ponieważ gorące powietrze ze strefy dochładzania nie jest wykorzystywane do spalania, można je udostępnić do celów suszenia, np. surowców, dodatków do cementu lub węgla. Jeżeli nie wykorzystuje się go do suszenia to jako powietrze odpadowe z chłodnika musi być należycie odpylone. 

Chłodnik z rusztem wędrownym -Powietrze chłodzące wdmuchiwane jest wentylatorami do komór podrusztowych. Zaletami tego rozwiązania są równomierne złoże klinkieru (brak stopni) oraz możliwość wymiany płyt bez zatrzymywania pieca. 

2. Wymienniki ciepła w procesie syntezy klinkieru – zasada działania cyklonu, zalety i wady wymienników cyklonowych.

•wymienniki wewnętrzne - są instalowane w długich piecach obrotowych, w strefach suszenia i podgrzewania. Ich zadaniem jest zwiększenie powierzchni wymiany ciepła pomiędzy materiałem a gazami. Wymienniki te spełniają również rolę regeneratorów ciepła, nagrzewając się od strumienia gazów i oddając ciepło przy zetknięciu z materiałem w czasie obrotów pieca ; zwiększają stopień napełnienia pieca materiałem, spiętrzając go w strefie wymiennika.
•zewnętrzne wymienniki ciepła – w zależności od metody jaka pracuje piec wyróżniamy:
-fluidalne wymienniki ciepła(cyklonowe i szybowe)montowane w piecach pracujących metodą suchą.
W wymiennikach szybowych wymiana ciepła odbywa się w przeciwprądzie. Ruch materiału w dół jest hamowany w miejscach zwężonych, w których szybkości gazów są wyższe.
W wymiennikach cyklonowych wymiana ciepła zachodzi współprądowo, głównie w przewodach łączących poszczególne cyklony. Niewielka ilość ciepła wymieniana jest w samych cyklonach. Strumień gazów z zawieszonym w nim namiarem surowcowym zostaje wprowadzony stycznie do górnej, cylindrycznej części cyklonu, przez co ulega zawirowaniu. Siła odśrodkowa, działająca na cząstki namiaru surowcowego, zmusza je do przemieszczania się w kierunku ściany cyklonu. Przy zderzeniu ze ścianą cząstki tracą prędkość i opadają wzdłuż ściany do dolnej stożkowej części cyklonu. Gazy spalinowe, pozbawione w większości cząstek stałych namiaru surowcowego, zostają wprowadzone w górę przez przewód współosiowy. Cyklony są ustawione w konfiguracji pionowej, przepływ materiału pomiędzy kolejnymi cyklonami odbywa się grawitacyjnie
Zalety:-znaczne ograniczenie długości pieca obrotowego i skrócenie czasu przebywania w nim materiału do 40-60 min.(materiał przebywając w wymienniku cyklonowym 15-20 sek uzyskuje temp., którą osiągnąłby w normalnym piecu obrotowym po 2-3h podgrzewania.-wew.powierzchnia cyklonów ostatnich trzech stopni oraz przewody gazowe są wymurowane szamotowymi materiałami ogniotrwałymi. Gazy odlotowe opuszczające wymienniki cyklonowe maja jeszcze stosunkowo wys. temp i –po oczyszczeniu-mogą i powinny być wykorzystane do suszenia namiaru surowcowego, dodatków do cementu lub węgla. Wady: skłonność do zalepiania się wąskich wylotów z cyklonu 4 i 3

2. Wpływ alkaliów na proces wypalania klinkieru; obiegi wewnętrzne i zewnętrzne w piecu.

K₂O i Na₂O Reakcja alkaliów z kruszywem w betonie wiąże się zarówno z występowaniem kruszyw reaktywnych, ale również z zawartością alkaliów w betonie, na którą największy wpływ ma zawartość sodu i potasu w cemencie. Reakcja alkalia-kruszywo zachodzi między roztworem w porach w zaprawie czy betonie i pewnymi rodzajami kruszyw, prowadząc do ekspansji betonu, która może powodować jego pękanie i destrukcję. Najbardziej pospolitą formą reakcji jest reakcja z kruszywami zawierającymi krzemionkę w różnych postaciach, takich jak opal (bezpostaciowy), chalcedon (włóknisty lub kryptokrystaliczny), trydymit (krystaliczny), kwarc w stanie naprężeń także może wchodzić w reakcję z alkaliami.

W reakcji alkaliów z krzemionką wodorotlenki sodu i potasu obecne w roztworze w porach betonu reagują z ziarnami krzemionki i powstaje krzemian o złożonym składzie. Żele krzemianów sodowo – potasowych wchłaniających wodę przechodzą w zole i przemieszczają się od ziaren kruszywa do mikrorys i porów powietrznych w zaczynie cementowym. Wszystkie te procesy przebiegają w matrycy zaczynu cementowego, w obecności wodorotlenku wapnia. Z czasem żel krzemianu alkalicznego włącza jony wapniowe i powstaje krzemian sodowo – potasowo -wapniowy.

2. Powietrze do spalania: pierwotne, wtórne, „trzecie”, współczynnik nadmiaru.

Powietrze pierwotne dzielimy na trzy grupy:

• Powietrze pierwotne do palnika z paliwem 8-12%. Temperatura nie powinna przekraczać 280 ^oC. Przy wyższej temperaturze palnik ulega szybszemu zniszczeniu, ponieważ płomień rozpoczyna się tuż za palnikiem. Piece opalane paliwem płynnym mają około 6-8% powietrza pierwotnego

• Powietrze wtórne z chłodnika rusztowego trafia bezpośrednio do pieca obrotowego w przeciwprądzie do spadającego na chłodnik świeżo wypalonego klinkieru. Jego temperatura dochodzi do 800 ^oC. W przypadku powietrza wtórnego z chłodników planetarnych temperatura wynosi około 500 ^oC. Wysoka temperatura powietrza wtórnego jest ściśle związana ze sprawnością cieplną stosowanego chłodnika. W przypadku pieców opalanych gazem naturalnym udział powietrza pierwotnego jest niższy, natomiast udział powietrza wtórnego przy tym paliwie wynosi 95%.

• Powietrze „trzecie”- jest to powietrze, które trafia bezpośrednio z chłodnika do kalcynatora, pomijając piec obrotowy.

Powietrze pierwotne (8-12%) temperatura nie powinna przekraczać 280^oC

Powietrze wtórne- pochodzi z chłodnika rusztowego, temp. dochodzi do 800^oC

Powietrze „trzecie”- pochodzi z chłodnika i wędruje do kalcynatora (w kalcynatorze poddaje się nawet do 60% całkowitego paliwa).

Dla poprawnego spalania potrzebne jest spełnienie warunków dobrego wymieszania paliwa z powietrzem oraz odpowiedniej temperatury w palenisku. Minimalną ilość powietrza potrzebną do spalania określa się przy wykorzystaniu wzorów stechiometrycznych. Zależność stechiometryczna ma miejsce, gdy dostarczymy dokładnie tyle powietrza, ile jest potrzebne, aby całe paliw zostało spalone - współczynnik nadmiaru powietrza λ (lambda) wynosi wtedy 1. W praktyce spalanie następuję gdy λ > 1, gdyż osiągniecie całkowitego spalania przy stechiometrycznej ilości tlenu jest niemal niemożliwe. Wartość współczynnika nadmiaru powietrza λ zależy przede wszystkim od rodzaju spalanego paliwa, sposobu jego spalania, a także i od konstrukcji paleniska czy palnika oraz od warunków ich eksploatacji. Zmiana współczynnika nadmiaru powietrza powoduje zmianę ilości i składów produktów spalania. Za mała ilość powietrza powoduje niedopalenie się cząstek węgla i powstanie tlenku węgla, a także przedostawanie się do spalin niespalonych węglowodorów. Z kolei zbyt duża ilość powietrza powoduje wychładzanie kotła (część powietrza nie bierze udziału w spalaniu) i obniżenie sprawności, a także sprzyja powstawaniu szkodliwych tlenków azotu NO_x.

λ= L_rzecz./L_teor.= 1,05-1,20. Jeżeli w gazach odlotowych znajduje się COświadczy to o reakcji CO₂ z C i pośrednio o nadmiarze paliwa.