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Effets de la taille des particules de cru sur la performance du four et les caractéristiques du clinker

1. Caractéristiques de la calcination de la farine brute de ciment

La calcination du cru de ciment est un processus complexe de réaction hétérogène à haute température, dont la réactivité est influencée par de multiples facteurs :

Propriétés des matières premières: Caractéristiques physiques, origine géologique et composition minérale.
Propriétés de la farine brute: Finesse, composition chimique, distribution granulométrique, homogénéité et valeurs de module.

Lors de la calcination à haute température, les propriétés intrinsèques des matières premières déterminent directement la réactivité. viscosité en phase liquide et volume de la phase liquide jouant un rôle décisif dans le taux de formation des minéraux du clinker. Les variations des valeurs de module et des caractéristiques des matières premières entraînent des différences significatives dans la formation des minéraux du clinker. brûlabilitéLes résultats de l'analyse de la qualité du clinker, du rendement de la production et de la consommation d'énergie en dépendent.

2. Influence de la finesse des matières premières sur la calcination

La taille des particules est un paramètre critique qui affecte la brûlabilité, avec un double impact :

Grossièreté excessive: Réduit considérablement la capacité de combustion et compromet la qualité du clinker.
Finesse excessive: Diminue considérablement le rendement du broyeur et augmente la consommation d'énergie.

2.1 Mécanisme de l'impact de la finesse sur la qualité de la calcination

La norme de contrôle de la finesse du cru diffère fondamentalement de celle du ciment. Alors que le ciment nécessite une certaine proportion de particules fines (10-20 μm, appelées "fleurs d'hydratation") pour garantir le taux d'hydratation, le cru bénéficie d'une distribution granulométrique plus uniforme pour optimiser les réactions de calcination.

Les données de la recherche indiquent :

Particules >200 μm dégradent gravement la brûlabilité.
Les particules grossières provoquent :
a) Microstructure anormale: Chaux libre non réagie (f-CaO) autour de l'alite (A矿).
b) Réactions retardées: Des températures de calcination plus élevées sont nécessaires pour un frittage complet.
c) Effets négatifs: Augmentation de la teneur en chaux libre, réduction du rendement du four et augmentation de la consommation d'énergie.

2.2 Équilibre optimal dans le contrôle de la finesse

Une finesse excessive n'est pas non plus souhaitable :

La production de l'usine diminue de 30-50%.
La consommation électrique augmente de 15-25%.
L'efficacité économique diminue considérablement.

3. Étude empirique sur le contrôle de la finesse

Une analyse comparative des Cimenterie A et Cimenterie B a été menée pour déterminer les paramètres de finesse optimaux.

3.1 Analyse de la composition des matières premières

Calcul de la teneur en quartz:

$Quartz cristallin = SiO_{2} - 1.17 Al_{2} O_{3}$

*(Note : pour les argiles dont la teneur en K/Na n'est pas mesurée, la marge d'erreur est de ~10%)*.

3.2 Analyse des résidus de tamisage

Analyse chimique de 0,2 mm et 0,08 mm les résidus de tamisage révélés :

Plante A: Au 0,08 mm résidu = 10,9%La composition de la farine brute a été adaptée.
Plante B: Au 0,08 mm résidu = 5,9%, diminution de SiO₂ et augmentation de CaOindiquant que les particules grossières étaient principalement constituées de calcaire.

3.3 Calcul de la teneur en quartz grossier

Plante A: 0,99% (0,5% après déduction du SiO₂ du laitier).
Plante B: 0,26% (0,02% pour les >0,2 mm résidu).

3.4 Détermination des paramètres optimaux

La norme de contrôle idéale a été établie comme suit

résidu du tamis de 0,08 mm = 10% ± 2%

Résultats de la mise en œuvre:

Amélioration de la qualité du clinker par 15-20%
Augmentation de la production du four de 8 à 12%
Réduction de la consommation d'énergie de 5-8%
Efficacité du broyeur améliorée par 10-15%

4. Analyse du mécanisme

La formation de clinker est un réaction hétérogène à l'état solideoù :

1. avantages des particules fines:

- Augmentation de la surface (50-100%)
- Interface de réaction élargie (30-50%)
- Réduction de l'épaisseur de la couche de produit (20-30%)
- Taux de diffusion accru (40-60%)

2. inconvénients des particules grossières:

- Vitesse de réaction incomplète plus élevée (25-35%)
- Mauvaise uniformité de la distribution des minéraux (40% pire)
- Limites cristallines distinctes (50% plus visible)

5. Quel est le mélange de matières premières pour le ciment ?

Les mélange brut (ou farine crue) est la poudre homogénéisée introduite dans le four à ciment, composée de matières premières précisément dosées. Sa formulation suit deux principes clés :

1.Exigences en matière de produits chimiques

Composants primaires:
- Calcaire (70-80%): Fournit du CaO (chaux)
- Argile (10-15%): Fournit SiO₂ et Al₂O₃.
- Correcteur de fer (1-3%): Ajuste la teneur en Fe₂O₃.

Objectifs de module:
- Facteur de saturation en chaux (LSF): 0.92-0.98
- Module de la silice (SM): 2.2-2.6
- Module de l'alumine (AM): 1.3-1.7

2.Préparation physique

Broyage80-90% particules <90 μm
Homogénéité: >90% efficacité du mélange
Humidité: <1% pour les fours à voie sèche

6. Farine brute et clinker : Principales différences

Paramètres	Repas cru	Clinker de ciment
État	Poudre fine	Granules nodulaires (5-25 mm)
Chimie	Oxydes non réagis	Phases cristallines (C₃S, C₂S)
Minéraux clés	CaCO₃, SiO₂, Al₂O₃	Alite (50-70%), Belite (15-30%)
Rôle du processus	Alimentation du four	Produit fritté final
f-CaO	0% (lié à CaCO₃)	<1,5% (indique une mauvaise combustion)

Mécanisme de transformation:

Lors de la calcination (1450°C), la farine crue subit :

Décarbonatation: CaCO₃ → CaO + CO₂↑ (700-900°C)
Réactions à l'état solide: Formation de C₂S, C₃A, C₄AF (900-1200°C)
Frittage en phase liquide: C₂S + CaO → C₃S (1300-1450°C)

Note critique: Alors que la réactivité du cru régit la consommation d'énergie, la microstructure du clinker détermine la résistance du ciment.

7. Conclusions et recommandations

1. les principaux indicateurs de finesse :

- La chaux libre (f-CaO) est inversement corrélée à la finesse (R² = 0,85-0,92).
- Le résidu de 0,2 mm doit être <0,5%

2. les recommandations en matière de contrôle de la qualité :

- Contrôle strict des particules grossières pour Formulations à haute teneur en SM et KH.
- Critères de microstructure idéale:
  a) Uniformité minérale >90%
  b) 20-50 μm proportion de taille de cristaux >80%

3. stratégie d'optimisation :

- Mettre en œuvre modèles de contrôle dynamique basés sur la teneur en quartz grossier:
  - Matières premières standard: 0,3-0,8%
  - Matériaux difficiles à brûler: 0,2-0,5%