177747. lajstromszámú szabadalom • Eljárás kalcium-dialuminát tipusú tüzálló timfoldcement-klinker előállítására
3 177747 4 Az 1. ábrán, amely kalcium-dialuminát összetételű nyersliszt hevítőkamrás röntgendiffraktométer felvétele alapján készült, nyomon követhető a kalciumoxid és alumíniumoxid, valamint a kalcium-aluminátok menynyiségének az égetési hőmérséklettel való változása. 5 Az égetés elején van egy olyan átmeneti szakasz, amelyben a maximum görbe szerint monkalcium-aluminát is jelen van, amely nagy szilárdságot biztosít. Az égetés további szakaszában létrejön az egyensúlyi állapot, a monokalcium-aluminát kalcium-dialumináttá 10 alakul át és a szilárdság visszaesik. Jól jellemzi a fentieket a forgókemencében erős zsugorodásig égetett monokalcium-aluminát, ill. kalcium-dialuminát típusú klinkerek vizsgálati eredménye (1. táblázat). 15 1. táblázat A1j03 tartalom, % 65,4 73,6 Égetés, °K pQ 1823-1823--1873 (1550/1600) -1873 (1550/1600) 3 napos nyomószilárdság perc MPa i kp/cm2 20 20 i 108,4 4,7 1105 48 20 25 A kalcium-aluminátok égetési módja és szilárdsága közötti összefüggés részletes felderítése érdekében laboratóriumi vizsgálatokat végeztünk 63,1% és 77,2% A1203 tartalmú timföldcement-kiinkerekkel. Az égetéshez felhasznált nyersliszteket mészkő és timföld együt- 30 tes őrlésével állítottuk elő, dextrin és víz hozzáadásával darabosítottuk, majd szilitrudas kemencében 1473 °K (1200 °C). 1625 K (1350 °C) és 1723 °K (1450 °C) hőmérsékleteken 2 és 4 órai hőntartással kiégettük, végül a kemencével együtt kihűlni hagytuk. A lehűlt klinkere- 35 két golyósmalomban 400 m2/kg fajlagos felületű porrá őröltük és a cement szilárdságát szabványos módon vizsgáltuk. A vizsgálat eredményeit a 2. és 3. ábra mutatja. A 2. ábrából kitűnik, hogy a monokalcium-aluminát típusú klinker szilárdsága erősebb égetéssel — ami alatt 40 magasabb hőmérsékletű és/vagy hosszabb időtartamú égetés értendő — egyértelműen növekszik. A 3. ábrából viszont az derül ki, hogy a kalcium-dialuminát típusú klinker szilárdságának jól definiált maximuma van és azchhez tartozó paraméter értékeknél 45 magasabb hőmérsékleten, ill. hosszabb időtartamon át hőkezelve, szilárdsága ismét csökken. Megállapítottuk, hogy az égetés akkor a legkedvezőbb, vagyis akkor eredményezi a legnagyobb szilárdságot, ha a klinker szabad CaO tartalma nem haladja meg a 0,5%-ot és az ásványi 50 összetételben a kalcium-dialuminát mellett — röntgendiffrakciós vizsgálatokkal jól kimutatható — monokalcium-aluminát is van jelen. A kalcium-dialuminát típusú klinkerek röntgendiffrakciós elemzése kimutatta ugyanis, hogy az 1473 °K 55 (1200 °C) hőmérsékleten 4 órán át égetett klinkermonokalcium-aluminát (CA) is van jelen; az 1723 °K (1450 °C) hőmérsékleten 2 órán át égetett klinkerben monokalcium-aluminát már nem volt kimutatható. Az égetési hőmérsékletet és a hőntartás időtartamát 60 tehát oly módon kell és lehet megszabni, hogy a kalcium-dialuminát (CA2) típusú klinker ne tartalmazzon 0,5%-nál több szabad kalciumoxidot, de tartalmazzon monokalcium-aluminátot (CA). Laboratóriumi kísérleteink tanúsága szerint a CA szükséges mennyisége 65 legalább 2%. Tekintve, hogy az égetés többféle berendezésben történhet, így statikusan pl. körkemencében, alagútkemencében, dinamikusan pl. forgókemencében, a nyerskomponensek is különbözőek lehetnek, pl. mészkő, vagy égetett mész, valamint változhat a nyersliszt őrlésfinomsága is; ezért a hőkezelés hőmérsékletének és időtartamának legmegfelelőbb értékpárost minden esetben külön, fentiektől függően a szabad CaO menynyiségének vizsgálatával kell megállapítani. Az a találmány szempontjából döntő fontosságú felismerés azonban, hogy a kalcium-dialuminát típusú klinkerek nagy szilárdságot eredményező kedvező égetési hőmérséklete lényegesen alacsonyabb, mint az olvadáspontja, független az égető kemence rendszerétől, így alkalmazása a kemence üzemvitelének nagy üzembiztonságot kölcsönöz. A találmány szerinti eljárás lényege tehát, hogy olyan nyerslisztet készítünk, amelynek A1203 tartalma izzítási veszteségtől mentes állapotban legalább 70% és CaO tartalma legfeljebb 30%. Ezt a nyerslisztet az olvadási hőmérsékletnél legalább 100 °C-kal kisebb, 1000— 1650 °C közötti hőmérsékleten legalább 1 óra és legfeljebb 10 óra időtartamon át való hőntartással, illetve égetéssel oly módon hőkezeljük, hogy a kiégetett termékben levő szabad CaO tartalom legfeljebb, 0,5% legyen és az ásványi összetételben a kalcium-dialuminát mellett — előnyösen röntgendiffrakciós módszerrel vizsgálva — legalább 2% monokalcium-aluminát is legyen jelen. A megadott irányelvek szerint égetett klinker nem olvad és a hagyományosnál kevésbé zsugorodik, szerkezete laza, porózus. Ennek következtében 30—60%-kal kisebb energiaráfordítással őrölhető, mint a hagyományos erős égetéssel tökéletesen zsugorított klinkerek. A találmány szerinti eljárás példaképpeni foganatosítási módjait az alábbiakban ismertetjük. Az l. ábra a kalcium-aluminátok CA2 összetételű nyerslisztböl való képződésének hevítőkamrás röntgen-diffraktométerrel való vizsgálati eredményét, a 2. ábra a monokalcium-aluminát összetételű, a 3. ábra a kalcium-dialuminát összetételű cement-klinker nyomószilárdságát mutatja az égetési paraméterek függvényében, végül a 4. ábra a kísérleti üzemi forgókemencében égetett kalcium-aluminát összetételű cement-klinker égetési hőmérsékletének és nyomószilárdságának, az 5. ábra pedig ugyanott az égetési hőmérsékletnek és a monokalcium-aluminát, ill. a kalcium-dialuminát röntgenvizsgálati eredményének az összefüggését mutatja. 1. példa Mészkő és timföld keverékéből kalcium-dialuminát típusú nyerslisztet készítünk, amelynek izzítási veszteségmentes állapotra átszámított kémiai összetétele: sío2 0,44%, ai2o3 77,19%, Fe203 0,06%, CaO 21,86%. Ebből a nyerslisztből laboratóriumi elektromos kemencében különböző hőmérsékleten és időtartamokkal timföldcement-klinkert égetünk. Az égetési paramétereket, a szabad CaO tartalmat és a termék szilárdságát a 2. táblázat, az égetési paraméterek és a szilárdság összefüggését a 3. ábra mutatja. 2
