Производство цемента во вращающихся печах

  Футеровка. Внутри  печь выложена огнеупорной футеровкой, предохраняющий металл от действия высокой температуры и уменьшающей тепловые потери. Она противостоит механическим условиям от трения движущегося по печи материала и от удара по ней цепей. При вращении печи футеровка то попадает под слой материала, то оказывается в потоке горячих газов, претерпевая при этом резкие колебания температуры. Расплав шихты и продукты горения топлива оказывают на нее химическое воздействие. Футеровку (внутренняя огнеупорная обмуровка) корпуса вращающихся печей выполняют из магнезиальных, многошамотных и шамотных огнеупорных изделий соответствующих марок. Одним из условий продолжительной службы футеровки является хорошее механическое состояние корпуса печи. Для футерования подготовительной, рекуперативной и низкотемпературной части реакционной зоны применяют шамотные и многошамотные огнеупоры. Высокотемпературную часть реакционной зоны футеруют главным образом магнезитовыми и хромомагнезитовыми огнеупорами, обладающими повышенной механической прочностью и огнеупорностью. В зарубежной практике используют высокоглиноземистые огнеупоры, содержащие более 70%Al2O3, и магнезитовые кирпичи типа «Ловинит», «Анкраль» и «Радекс».

В высокотемпературной части  реакционной зоны цементообжигательных печей к открытой поверхности  футеровки в связи с образованием жидкой фазы прилипает слой обжигаемого  материала толщиной 100—200 мм, представляющий собой защитную обмазку, которая предохраняет футеровку от воздействия высоких температур и тем самым повышает срок службы огнеупоров. При правильной эксплуатации печей продолжительность службы футеровки в высокотемпературной части может быть более года, а в остальных зонах печи – еще больше.

  Кроме кирпичной кладки  в качестве футеровки применяют огнеупорный бетон, например шамот на жидком стекле. Им футеруют холодный участок барабана (со стороны загрузочного конца), на котором навешены цепи.

 Футеровка вращающихся печей состоит из отдельных примыкающих друг к другу участков, укладываемых на растворе и насухо (без раствора) с прокладкой между кирпичами металлических пластин толщиной 1,25—2 мм. Футеровку ведут продольными рядами с перевязкой поперечных швов смежных рядов. Для перевязки поперечных швов используют специальные перевязочные кирпичи, которые кладут в начале и конце продольного ряда данного участка. При кладке порогов футеровка выполняется кольцами.

  Футеровка современных вращающихся печей для обжига цементного клинкера длиной 185 м выполняется следующим образом: (начиная от холодного конца) участок длиной 39,7 м — многошамот, 53,7 м — шамот, 21 м — многошамот, 6,9 м—тальк, 20 м — магнезито-хромит, 25 м — периклазошпинелид, 5 « — магнезито-хромит, 3,6 м — тальк и 2,6 м — многошамот.

Таблица 1

Характеристика  марок изделий

 Примерная схема футеровки  показана на рис.3.

Таким образом , материал для футеровки вращающихся печей должен удовлетворять следующим требованиям : обладать высокой огнеупорностью, термической и химической стойкостью, небольшой теплопроводностью, достаточной механической прочностью.

   Надежную защиту  от разрушения футеровки в  зоне спекания создает образовавшаяся  на ее поверхности обмазка  из самого же обжигаемого материала.  Для получения обмазки в шихту  специально добавляют плавни: магния, натрия, кремнефтористые соли кальция, магния, натрия.

 Теплообменники. В зонах с более высокой температурой устанавливают ячейковые теплообменники (рис. 4) , прикрепленные к стенкам барабана. Ячейковые металлические теплообменники (при 700-1000°С) состоят из металлических полок длиной 9м, установленных по длине зоны подогрева со смещением относительно друг друга на 8°, что создает винтообразное движение материала. Материал распределяется по отдельным ячейкам теплообменника и быстро подогревается. При температуре 1100-1200°С применяют керамические ячейковые теплообменники, выполненные из огнеупорного кирпича в виде сходящихся в центре печи трех сводов.

                Рис.4 Ячейковые теплообменники:

                  а-металлический, б-керамический

   Встроенные теплообменные устройства применяют для увеличения теплообмена между обжигаемым материалом и газами во вращающихся печах высокотемпературного обжига. Ими являются завесы, ячейковые теплообменники. При вращении барабана эти устройства то попадают в поток горячих газов и нагреваются ,то, соприкасаясь с материалом, передают ему свою теплоту теплопроводностью. Кроме этого, материал, падая с полок или пересыпаясь в ячейках теплообменника , полнее соприкасается с газами. Цепи подвешивают в зоне подсушки барабана, прикрепляя их к корпусу одним или двумя концами (рис.5)

              Рис.5 Навеска цепей в барабане печи:

                а-со свободными концами; б-гирляндами.

Наибольшее  распространение в качестве теплообменных  устройств в подготовительной зоне (сушка материала) печи имеют цепи. В зависимости от физических и реологических свойств шлама цепная завеса разделяется на три участка:

– участок текучего шлама – на этом участке шлам прилипает к цепям, за счет чего увеличивается поверхность шлама, омываемого газовым потоком;

– переходный участок – на этом участке интенсификация теплообмена происходит как за счет частичного налипания шлама на цепи, так и за счет погружения нагретых цепей в материал, а также образуются гранулы материала;

– на третьем участке передача тепла происходит при периодическом регенеративном процессе нагрева цепей и футеровки в газовом потоке и охлаждении их под слоем материала.

Уплотнительные  устройства вращающихся печей устанавливают между концами вращающегося корпуса и примыкающими к ним неподвижными частями агрегата: с горячей стороны — между выгрузочным концом и головкой, с холодной стороны — между загрузочным концом и пыльной камерой. Назначение их — сократить до минимума присосы окружающего воздуха через кольцевые зазоры.

Так как разрежение в пыльной  камере значительно больше, чем в  головке печи, уплотнения с холодной стороны печи следует выполнять с большим аэродинамическим сопротивлением по сравнению с уплотнениями с горячей стороны. Уплотнение с прорезиненной лентой на холодном конце печи  является одним из простых. К стальной шайбе, которая жестко состыкована с пыльной камерой, прикрепляют неподвижную прорезиненную ленту, охватывающую корпус печи и скользящую по нему. Для равномерного и плотного прижатия ленты к поверхности корпуса печи на нее снаружи надевают стальной трос, один конец которого прикреплен к неподвижному кронштейну, а второй переброшен через блок и прикреплен к висячему грузу, создающему натяжение троса. Чтобы трос не сползал с ленты, на ней с интервалами 1—1,5 м устанавливают пластины с загнутыми концами.

Уплотнение со скользящим кольцом на холодном конце печи состоит из двух стальных кольцевых пластин, надетых на корпус печи и скользящих по нему. Между этими пластинами вставлено неподвижное стальное кольцо, прикрепленное к шайбе, состыкованной с пыльной камерой. Таким образом, система колец представляет собой лабиринт с большим аэродинамическим сопротивлением, уплотняющий холодный конец печи. Для уменьшения сопротивлений трения трущиеся поверхности смазывают маслом.

Уплотнение с  подвешенным кольцом на холодном конце печи состоит из неподвижного стального кольца, жестко соединенного через шайбу с пыльной камерой, и другого тоже неподвижного скользящего кольца, надетого на корпус печи,— оно подвешено на канатах. Между кольцом и корпусом печи по всей окружности имеется равномерный зазор. Подвешенное кольцо прижимается к жестко закрепленному кольцу при помощи пружин, установленных на кронштейнах и расположенных через определенные интервалы на стенке пыльной камеры. Для максимального сокращения присосов воздуха необходимо, чтобы кольцевой зазор был минимальным. Это достигается строго цилиндрической формой подвешенного кольца и обечайки корпуса печи, по которой оно скользит.

Уплотнение с  промежуточной обечайкой на холодном конце печи состоит из неподвижного цилиндрического стального кольца, заделанного в стенку пыльной камеры и охватывающего окружность холодного конца печи, на который надето и приварено плоское стальное кольцо. Между цилиндрическим неподвижным и плоским вращающимся кольцами подвешена подвижная обечайка, охватывающая корпус печи, но не соприкасающаяся с ним. Эта обечайка опирается на установленные на кронштейнах два ходовых ролика, может передвигаться вдоль печи и при помощи рычажного механизма с грузом прижимается к плоскому вращающемуся кольцу. Узкий кольцевой зазор между ними фиксируется роликами, установленными по окружности вращающегося кольца, в результате чего имеется трение качения, при котором износ трущихся поверхностей меньше, чем при трении скольжения. Для создания плотности соприкосновения поверхностей подвижной обечайки и неподвижного цилиндрического кольца используют асбестовую прокладку в виде сплетенного шнура.

Со стороны горячего конца  печей применяют уплотнения лабиринтового типа, состоящие из двух-трех концентрически установленных на головке печи неподвижных цилиндрических стальных колец и стольких же вращающихся колец, жестко прикрепленных к корпусу печи. Обе группы колец заходят одна в другую, образуя лабиринт. Аэродинамическое сопротивление его возрастает (присос воздуха уменьшается) при сужении щелей между кольцами, что, однако, представляет опасность задевания одного за другое и срыва колец из-за температурной деформации (коробления).

Более совершенным по конструкции  является «аэродинамическое» уплотнение горячего конца печей. В нем плоские стальные кольца составлены из отдельных неподвижных секторов, прикрепленных к головке печи. Они охватывают по окружности горячий конец барабана, на котором жестко установлена гильза, вращающаяся вместе с ним. В кольцевой зазор между секторами и корпусом печи искусственно нагнетают воздух. Он попадает затем в гильзу и создает затвор, препятствующий неорганизованному присосу окружающего воздуха.

  Холодильник. Охлаждение клинкера осуществляется в колосниково – переталкивающем холодильники «Волга – 75» (изображен на рис.6). Из

            Рис.6 Колосниково – переталкивающий холодильник «Волга – 75».

вращающейся печи через отверстие 1 клинкер поступает в шахту 2, а затем на колосниковую решетку 3, состоящую из трех частей, расположенных  на разной высоте. Решетки собраны  из подвижных 4 и неподвижной рамой 6, совершающей возвратно-поступательное движение по опорным роликам 7 с помощью кривошипно-шатунного механизма 8.

В горячем конце холодильника клинкер резко охлаждается, при  этом он равномерно распределяется на решетке под действием «острого»  воздушного дутья, осуществляемого специальным вентилятором через коллектор 9 и патрубками 10. Вентилятор общего дутья нагнетает воздух в подрешеточные секции через окна 11, откуда он направляется снизу вверх и проходит слой продукта обжига, находящегося на решетке.

   Избыточный воздух, который в печи не используется, отводится через окно 12, затем  выбрасывается в атмосферу, после  прохождения через циклоны. Наиболее подогретый воздух направляется в печь через шахту 2 (для сжигания топлива). Охлажденный продукт обжига сортируется на грохоте 13, где отбираются единичные куски размером более 200 мм, удаляемые затем через окно 14. На решетке 15 в результате второй сортировки продукт обжига с размером кусков более 20 мм направляется в молотковую дробилку 16, а отсеянная мелочь (меньше 20 мм), минуя дробилку, ссыпается на транспортер 17. Сюда же по цепному транспортеру 18 через затвор-мигалку 19 направляется мелочь, провалившаяся через решетку.

  Многобарабанный холодильник, называемый рекуператорным, состоит из группы цилиндров, равномерно размещенных по периферии разгрузочного конца корпуса печи, прикрепленных к нему и вращающихся вместе с ним (собственного привода холодильник не имеет). Каждый цилиндр изготовлен из листовой стали и со стороны входного конца состыкован с течкой, другой конец которой соединен с отверстием в корпусе печи. Через течки барабанов продукт обжига перегружается из печи в холодильник. Со стороны разгрузочного конца цилиндры открыты, из торцовых отверстий выгружается материал, охлажденный до 150—200° С. Собственного дутьевого вентилятора Холодильник не имеет.. Окружающий воздух засасывается в него через торцевые отверстия цилиндров, вследствие тяги, создаваемой дымососом, и движется навстречу движению материала. Подогретый воздух поступает в печь через загрузочные течки. Внутри цилиндров имеются устройства, способствующие интенсификации охлаждения материала и защищающие стальной корпус от перегрева.