2.3.2. Розрахунок технологічних сумішей для в’яжучих матеріалів
При виробництві портландцементу, глиноземного цементу та інших в’яжучих матеріалів сировинна суміш складається з двох або більшої кількості компонентів. У таких випадках проводять розрахунок сировинної суміші з метою визначення кількісного співвідношення складових частин. Правильно проведений розрахунок сировинної суміші є однією з найважливіших умов отримання в’яжучих матеріалів, що задовольняють за якістю заданим вимогам. Хімічний склад найбільш поширених сировинних матеріалів для виробництва портландцементу наведений у таблиці 1.5 додатка 1.
1) Розрахунок двокомпонентної сировинної суміші
Розрахунок двокомпонентної сировинної суміші для портландцементу необхідно вести з використанням коефіцієнта насичення або гідравлічного модуля. Обидва вони характеризують основність сировинної суміші, але використання коефіцієнта насичення більш доцільне, тому що в його формулі враховується те, що оксид кальцію з’єднується з кремнеземом, глиноземом та оксидом заліза не в однакових вагових кількостях, а також те, що при випалі клінкеру глинозем та оксид заліза насичується оксидом кальцію практично повністю, а за відсутності оксиду кальцію неповністю насичується ним тільки кремнезем.
Розглянемо розрахунок двокомпонентної сировинної суміші за коефіцієнтом насичення. Припустимо, що відомий хімічний склад обох вихідних матеріалів і задано коефіцієнт насичення. Приймаючи допущення, що у сировинній суміші на вагову частку другого компонента припадає х вагових частин першого, можна записати такі рівняння:
Підставляючи вказані значення С0, S0, A0 та F0 у спрощену формулу коефіцієнта насичення, прийняту для розрахунку сировинної суміші, і розв’язуючи отримане рівняння відносно х, отримаємо розрахункову формулу для визначення співвідношення між першим та другим компонентами:
,
(2.10)
(2.11)
У спрощеній формулі коефіцієнта насичення відсутні поправки на вільний оксид кальцію та вільний кремнезем, тому що неможливо точно передбачити їх вміст у клінкері. У цьому випадку припускається, що в процесі випалу клінкеру оксид кальцію та кремнезем повністю зв’язуються у клінкерні мінерали. У спрощеній формулі не враховується також кількість оксиду кальцію, що зв’язується сірчаним ангідридом, тому що частка сірки, яка присутня у сировині у вигляді сульфідних сполук, вигоряє та окисляється, а сірчаний ангідрид сірчанокислих сполук внаслідок дисоціації під час випалу частково звітрюється. Тому кількість SО3, що залишилось, так само, як і вільних оксиду кальцію та кремнезему, можна визначити тільки після випалу.
При розрахунках двокомпонентної сировинної суміші за гідравлічним модулем, що доцільно робити для гідравлічного вапна та романцементу при виробництві їх зі штучно складеної сировинної суміші вапняку або мергелястого вапняку з глиною, користуються таким методом. Підставляючи до спрощеної формули гідравлічного модуля m=C0 /(S0+A0+F0), вказані на початку попереднього розрахунку значення для C, S, A та F і розв’язуючи отримане рівняння відносно х, отримаємо формулу для розрахунку двокомпонентної сировинної суміші:
Користуючись цією формулою ведуть розрахунок аналогічно попередньому.
2) Розрахунок трикомпонентної сировинної суміші
Для розрахунку трикомпонентної сировинної суміші слід задаватись двома характеристиками складу портландцементу: коефіцієнтом насичення та силікатним або глиноземним модулем.
У тому разі, коли силікатний модуль є другою заданою характеристикою, вибір третього компонента (корегувальної добавки) залежить від того, чи потрібно підвищити або знизити силікатний модуль. У першому випадку таким компонентом слугує матеріал, багатий кремнеземом (трепел, глина з високим вмістом кремнезему, пісок та ін.), у другому – матеріал, багатий на глинозем або оксид заліза (колчеданні недогарки, колошниковий пил, залізна руда, глина з високим вмістом Al2O3, боксити та ін.). Вибір глиноземного або залізовмісного матеріалу залежить від того, як необхідно змінити глиноземний модуль одночасно з силікатним.
Якщо другою заданою характеристикою є глиноземний модуль, то для підвищення його значення як корегувальні добавки застосовують високоглиноземну глину та боксити, а для зниження – колчеданні недогарки, колошниковий пил і залізну руду. Знизити глиноземний модуль порівняно легко через доступність корегувальних добавок, які при цьому застосовуються; знизити ж глиноземний модуль значно складніше через невелику поширеність бокситів та багатих на глинозем глин. Введення добавок для корегування глиноземного модуля знижує значення силікатного модуля.
Приймаючи, що в сировинній суміші на одну вагову частину третього компонента припадає х вагових частин першого та у вагових частин другого компонента, можна записати такі рівняння:
Підставляючи вказані значення у формулу коефіцієнта насичення та силікатного модуля, отримаємо систему двох лінійних рівнянь з двома невідомими:
.
(2.12)
(2.13)
x (C1 – 2,8 S1 KH – 1,65 A1 – 0,35 F1)+ (C2 – 2,8 S2 KH – 1,65 A2 – 0,35F2) =
= 2,8 S3 KH + 1,65 A3 + 0,35 F3 – C3;
x (S1 – n A1 – n F1) + y (S2 – n A2 – n F2) = n A3 + n F3 – S3.
Для зручності розрахунків приймаємо такі скорочені позначення:
a1 = C1 – 2,8 S1 KH – 1,65 A1 – 0,35 F1 . (2.14)
a2 = S1 – n A1 – n F1 (2.15)
b1 = C2 – 2,8 S2KH – 1,65 A2 – 0,35 F2 (2.16)
b2 = S2 – n A2 – n F2 (2.17)
c1 = 2,8 S3 KH + 1,65 A3 + 0,35 F3 – C3 (2.18)
c2 = n A3 + n F3 – S3. (2.19)