1  Барабан; 2  днище; 3 подшипник; 4  полая цапфа

Выходящий из мельницы шлам подается насосом в вертикальные шламбассейны (рис. 5.3), представляющие собой стальные или железобетонные резервуары цилиндрической формы, переходящие внизу в конус, в которых корректируют химический состав шлама. Необходимые запасы шлама для обеспечения бесперебойной работы печей создают в горизонтальных шламбассейнах емкостью до 8000 м³. Из шламбассейна шлам поступает в печь для обжига.

Рис. 5.3. Шламбассейны

1 - горизонтальные с крановыми мешалками; 2- вертикальные

Сухой способ производства портландцемента отличается от мокрого особенностью приготовления сырьевой шихты к обжигу. Дробленые и высушенные сырьевые материалы (глину и известняк или мел) раздельно тонко измельчают в помольных агрегатах, а затем их перемешивают, получая сырьевую муку заданного химического состава.

При сухом способе производства портландцемента расход тепла с учетом затрачиваемого также и на сушку сырьевых материалов составляет 800-1200 ккал/кг клинкера против 1500 ккал/кг при мокром способе.

б) Обжиг

При мокром способе подготовки сырье обжигают во вращающихся печах. Печь (рис. 5.4) представляет собой цилиндр диаметром до 5 м и длиной до 200 м из толстой листовой стали, футерованный внутри огнеупорным материалом. Печь расположена под небольшим углом к горизонту, при работе она вращается с частотой 1-2 об/мин. Шлам из шламбассейна подают насосом в питатели-дозаторы, установленные над печью, и из них шлам поступает в верхний (приподнятый) конец печи. Вследствие вращения печи и наклона ее к горизонту обжигаемый материал перемещается в печи по направлению к нижнему концу, занимая лишь небольшую часть сечения. Над материалом навстречу ему движутся топочные газы, образующиеся при сгорании топлива в нижнем конце печи.

Рис. 5.4. Вращающаяся печь с рекуператорами

При температуре примерно 500 °С и выше происходит удаление химически связанной воды из минералов, входящих в состав глин, в частности из каолинита. При этом каолинит распадается с образованием аморфного остатка, состоящего из AI₂О₃ и SiO₂, по уравнению

Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O → Al₂O₃ + 2SiO₂ + 2Н₂О.

В интервале температур 800-900 °С происходит термическая диссоциация СаСО₃:

СаСО₃ → СаО + СО₂  q.

Образующийся углекислый газ вместе с продуктами горения удаляется из печи, а, окись кальция вступает в химическое взаимодействие с продуктами распада каолинита и других минералов. Реакции химического связывания СаО протекают в твердом состоянии и особенно интенсивно при температуре 1100-1200 °С, при этом образуются следующие химические соединения:

2СаО+ SiO₂ = 2CaO·SiO₂ → двухкальциевый силикат (C₂S)

ЗСаО + А1₂О₃ = ЗСаО·А!₂О₃→ трехкальциевый алюминат (С₃А)

4СаО + А1₂О₃ + Fe₂O₃ = 4СаО·А1₂О₃·Fe₂O₃ → четырехкальциевый

алюмоферрит (C₄AF).

При температуре в печи около 1300 °С обжигаемая масса состоит из 2CaO·SiO₂, ЗСаО·А1₂О₃, 4СаО·А1₂О₃·Fe₂O₃ и свободной СаО. При температуре свыше 1300 °С ЗСаО·А1₂О₃ и 4СаО·А1₂Оз·Fе₂Оз расплавляются и образуют жидкость, в которой частично растворяются СаО и 2CaO·SiO₂. В жидком растворе 2CaO·SiO₂ присоединяет одну молекулу СаО по реакции

2CaO·SiO₂ + СаО = 3CaO·SiO₂;

при этом образовавшийся трехкальциевый силикат 3CaO·SiO₂ (более тугоплавкий и менее растворимый, чем двухкальциевый силикат 2CaO·SiO₂) выделяется из раствора в виде мельчайших кристаллов.

в) Охлаждение клинкера

Скорость охлаждения клинкера оказывает большое влияние на качество цемента  при медленном охлаждении клинкера портландцемент получается низкого качества. Объясняется это полиморфными превращениями двухкальциевого силиката при его охлаждении. Высокотемпературные α- и β-модификации 2СаО·SiO₂, обладающие гидравлическими свойствами, при медленном охлаждении переходят в γ-модификацию по схеме

1420°С 675°С

α → β → γ.

Однако стабильная (устойчивая) при нормальной температуре γ-модификация 2CaO·SiO₂ гидравлическими свойствами не обладает, поэтому только резким охлаждением клинкера от высоких температур (1000-1200 °С) можно зафиксировать β-2CaO·SiO₂ и предотвратить образование нежелательной γ-модификации. Быстрое охлаждение клинкера способствует повышению качества цемента также и потому, что при этом сохраняется более активная модификация и трехкальциевого силиката.

г) Помол клинкера

Из холодильника вращающейся печи клинкер подается на клинкерный склад, расположенный вблизи цементно-помольного цеха. После предварительного дробления в дробилке клинкер через дозаторы поступает для тонкого измельчения в трубные мельницы, устройство которых аналогично устройству сырьевых мельниц; из мельниц готовый портландцемент направляется пневматическим насосом на хранение в силосы.