Научная тема: «ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ОБЖИГЕ ЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОЙ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ»
Специальность: 05.17.11
Год: 2008
Отрасль науки: Технические науки
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
  1. Разработаны научные принципы и методология энергосбережения при обжиге цементного клинкера применительно к вращающимся печам мокрого способа производства в условиях использования техногенных материалов с одновременной экономией природного сырья, повышением качества продукции и улучшением экологии окру­жающей среды путём интенсификации технологических процессов на основе установленных при комплексном исследовании печной системы зависимостей между физико-химическими, тепломассообменными, газо­динамическими и факельными процессами.
  2. Основу комплексного подхода составили специально разработанные установки, моделирующие технологические процессы, протекающие в промышленных печах, которые позволили установить массообменные и газодинамические закономерности, протекающие в цепных завесах с учё­том физических свойств сырья, механизма формирования клинкерных гранул и обмазки в зоне спекания и разрушения огнеупора при термиче­ском ударе.
  3. Предложены и реализованы принципы создания и совершенствования комплекса теплообменных устройств во вращающейся печи, заключаю­щиеся в конструировании схемы и элементов цепной завесы с учетом из­менения в процессе нагревания физических свойств материала, опреде­ляемых на специально разработанной модельной установке. Разработан алгоритм проектирования комплекса теплообменных устройств, вклю­чающий теоретически и экспериментально обоснованные расчеты плот­ности отдельных участков, длины цепи, схемы навески, учитывающий интенсивность перехода материала в процессе сушки на цепи и схода с них и позволяющий в результате комплексного рассмотрения десятка взаимосвязанных факторов оптимизировать параметры цепной завесы в целом как тепломассообменной системы.
  4. Выявлен механизм процессов пылеуноса из печи и грануляции мате­риала в цепной завесе, обусловленный адгезионными и когезионными взаимодействиями в системе металл - сырьевой шлам и газодинамикой цепной завесы, позволившие классифицировать зоны пылеосаждения и пылеобразования.
  5. Конкретным примером реализации указанных принципов служит тео­ретическое обоснование и экспериментальное доказательство возможно­сти подачи в печь выгорающих техногенных материалов. При этом теоре­тически обоснована и экспериментально доказана возможность подачи выгорающих техногенных материалов в сырьевой шлам при мокром спо­собе производства цемента, обеспечивающая экономию до 25% форсу­ночного топлива. Установлена зависимость максимально возможной кон­центрации горючего вещества в шламе от его состава, теплового КПД холодильника и коэффициента избытка воздуха, которая определяется необходимостью поддержания заданного теплообмена и температурного напора в зоне спекания.
  6. Выявлены особенности физико-химических процессов обжига клинке­ра при использовании медеплавильных и доменных шлаков. В процессе расстекловывания железосодержащего медеплавильного шлака образует­ся авгит состава (Са, Fe, Mg)·SiO3, из которого при окислении двухва­лентного железа выделяются гематит и кварц. При расстекловывании до­менного шлака кристаллизуется до 70% мелилита, который выше 1100°С приобретает нестехиометрический состав вследствие растворения в нем до 20% диопсида. При этом на примере кальций-алюмо-ферро-магнезиальной оксидной системы подтверждаются установленные ранее на аналогичной алюмо-цинко-силикатной системе явления образования непрерывного ряда твердых растворов меллилитового ряда с двойным гетеровалентным замещением 3Si4+ ↔ 4А13+ и Si4+ ↔ 2Mg2+ в двух неза­висимых тетраэдрических позициях. Эти процессы в последующем в низ­коосновном клинкере предопределяют состав и количество минералов плавней клинкера, формируя только алюмоферриты кальция и предот­вращая образование С3А. Протекающие в техногенных материалах фазовые превращения вследствие проявления эффекта Хедвалла, окислитель­ные экзотермические реакции и возникающие низкотемпературные рас­плавы интенсифицируют процессы клинкерообразования.
  7. Развиты представления о взаимозависимых физико-химических и теп-лообменных процессах, протекающих в зоне спекания вращающихся пе­чей: уточнены механизмы образования и разрушения обмазки; агломера­ции материала в зависимости от количества жидкой фазы и дисперсности твердой составляющей; формирования колец, обусловленные возникно­вением избыточного количества низкоосновного силикатного расплава при ~1200°С вследствие неравновесного состояния клинкерной системы из-за высокой скорости нагрева смеси и последующей кристаллизации жидкой фазы при ее насыщении оксидом кальция.
Список опубликованных работ
1.Борисов, И.Н. Управление процессами агломерации материалов и формирования обмазки во вращающихся печах цементной промышленно¬сти / И.Н. Борисов. – Белгород: Белаудит, 2003. – 113 с. – ISBN.

2.Классен, В.К. Совершенствование методов испытаний и оптимизации режима работы вращающихся печей / В.К. Классен, И.Н. Борисов, А.Н. Классен // Тр. НИИЦемента. – 1985. – № 88. – С. 97–118.

3.Борисов, И.Н. Изучение процесса образования обмазки и агломера¬ции материала во вращающейся печи / И.Н. Борисов, В.К. Классен, Ю.А. Гуртовой // Цемент. – 1993. – № 2. – С. 19–20.

4.Классен, В.К. Энерго- и ресурсосбережение в производстве цемента / В.К. Классен, В.И. Беляева, И.Н. Борисов // Известия вузов. Строитель¬ство. – 1996. – № 10. – С. 46–51.

5.Брыжик, А.В. Исследование состава сырьевых шихт с учетом раз¬личных видов компонентов и изменений модульных характеристик / А.В. Брыжик, Е.В. Текучева, И.Н. Борисов // Цемент и его применение. – 1999. – № 3. – С.40–43.

6.Классен, В.К. Использование Карабашских медеплавильных шлаков и углеотходов в производстве цемента / В.К. Классен, А.Н. Классен, В.Е. Мануйлов, И.Н. Борисов // Современные проблемы строительного мате-риаловедения: мат. седьмых академ. чтений РААСН.– Белгород, 2001.– Ч. 1.– С. 205–210.

7.Борисов, И.Н. Некоторые особенности поведения шламов на цепях при высушивании / И.Н. Борисов, Л.С. Дурнева // Цемент и его примене¬ние. – 2002. – № 5. С. 26–28.

8.Классен, В.К. Изменение структуры и фазового состава доменного шлака при нагревании / В.К. Классен, А.Н. Классен, И.Н. Борисов // Известия вузов. Строительство. – 2002. – № 4. – С. 56–60

9.Борисов, И.Н. Пути повышения эффективности работы цепных за¬вес вращающихся печей / И.Н. Борисов // Цемент и его применение. – 2003. – № 3. – С. 17–20

10.Классен, В.К. Особенности процесса минералообразования в шла-косодержащих сырьевых смесях различной основности / В.К. Классен, И.Н. Борисов, А.Н. Классен // Известия вузов. Строительство. – 2003. – № 7. – С. 55–57

11.Борисов, И.Н. Влияние техногенных продуктов на свойства шлама при высушивании / И.Н. Борисов, Л.С. Дурнева // Вестник БелГТАСМ. – 2003. – № 5. – С. 40–42.

12.Борисов, И.Н. Изучение процессов агломерации и образования об¬мазки на низкотемпературной установке / И.Н. Борисов, Д.А. Мишин // Вестник БелГТАСМ. – 2003. – № 5. – С. 42–46.

13.Борисов, И.Н. Интенсификация обжига цементного клинкера пу¬тем совершенствования технологических процессов / И.Н. Борисов // Тр. междунар. науч.-практ. конф. / РХТУ им. Д.И. Менделеева. – Москва, 2003. – Т. IV. – С. 159–164.

14.Борисов, И.Н. Эффективность использования поверхностно-

активных веществ в сырьевых шламах / И.Н. Борисов, Л.С. Дурнева //

Вестник БелГТАСМ. – 2005. – № 10. – С. 36–39.

15.Борисов, И.Н. Газодинамика цепных завес во вращающихся печах / И.Н. Борисов // Мат. докл. Академ. чтений РААСН / БГТУ им. В.Г. Шухова. – Белгород, 2005. – Ч. I. – С. 101–115

16. Классен, В.К. Установка для моделирования газодинамики цепной завесы вращающейся печи / В.К. Классен, И.Н. Борисов, Е.И. Иванова // Композиционные строительные материалы. Теория и практика: сб. ст. междунар. науч.-техн. конф. / Пензен. гос. ун-т архитек. и строит. – Пенза, 2006. – С. 80–83.

17.Борисов, И.Н. Использование закономерностей массообменных и аэродинамических процессов при проектировании цепных завес вра¬щающихся печей / Борисов И.Н., Дурнева Л.С. // Техника и технология силикатов. – 2006. – № 5. – С. 19–25.

18.Борисов, И.Н. Хром в цементной промышленности / И.Н. Бори¬сов, Е.В. Индина // Цемент и его применение. – 2007. – № 1. – С. 19–25.

19.Борисов, И.Н. Использование закономерностей движения мате¬риала во вращающейся печи для проектирования теплообменных уст¬ройств / И.Н. Борисов // Науч. исследования, наносистемы и ресурсос-берагющие технологии в стройиндустрии: сб. докл. междунар. науч.-практич. конф./ Белгор. гос. технол. ун-т. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2007. – С. 20-25

20.Борисов, И.Н. Теоретическое обоснование и эффективность ис¬пользования углеотходов в качестве сырьевого компонента в технологии цемента / И.Н. Борисов, В.К. Классен, В.Е. Мануйлов, Е.И. Ходыкин // Строительные материалы. – 2007. – № 8. – С. 20–21.

21.Борисов, И.Н. Особенности теплотехнологических процессов в подготовительной зоне вращающихся печей / И.Н. Борисов // Строитель¬ные материалы. – 2007. – № 8. С. 22–23.

22.Пат. 2145946 РФ, МПК7 С 04 В 7/47. Способ охлаждения цемент¬ного клинкера / В.К. Классен, С.А. Перескок, Е.В. Текучева, И.Н. Борисов, И.М. Попов, А.С. Михин, В.А. Чурюмов, В.Е. Мануйлов; заяви¬тель и патентообладатель БелГТАСМ. – № 97107803/03; заявл. 23.04.97; опубл. 27.02.2000, Бюл. № 6 – 7 с.

23. Пат. 2187043 РФ, МПК7 F 23 D 14/20. Диффузионная газовая го¬релка / В.К. Классен, А.Ф. Матвеев, И.Н. Борисов; заявитель и патентооб¬ладатель БелГТАСМ. – № 201122280/06; заявл. 08.08.2001; опубл. 10.08.2002, Бюл. № 22.

24. Пат. 2285217 РФ, МПК7 F 28 F 1/00. Цепь для цепной завесы вра¬щающейся печи / И.Н. Борисов, Д.А. Мишин; заявитель и патентообла¬датель БГТУ им. В.Г. Шухова. – № 2005131902/06; заявл. 14.10.2005; опубл. 10.10.2005, Бюл. № 28. – 7 с.