книги из ГПНТБ / Роговой М.И. Технология искусственных пористых заполнителей и керамики учебник

до последнего времени использовали всего лишь 5% общего выпуска керамзита. В этих условиях тяжелый керамзит рассматривали как продукцию низкокачест­ венную. Однако в настоящее время наметился переход

Рис. 43. Влияние насыпной объемной массы керамзита на его себестоимость

Рис. 44. Зависимость себестоимости керамзита от годовой производительности завода

к широкому внедрению в строительстве конструктивных легких бетонов, для которых нужны и более прочные по­ ристые заполнители. В связи с этим особую актуальность приобретают мероприятия, позволяющие повысить проч­ ность керамзита без увеличения его насыпной массы. По вместе с тем, по-видимому, более широко будут приме-

П2

пять для конструктивных бетонов и тяжелый керамзит, которому свойственна более высокая прочность.

Выработка керамзита на одного работающего соста­ вила в среднем 1250 м3в год, трудоемкость 1,35 чел.-ч/м3, удельный расход условного топлива 112 кг/м3, а элект­ роэнергии 23 кВт-ч/м3. Статистические данные уста­ навливают достаточно четкую зависимость себестоимо­ сти керамзита от его насыпной объемной массы (рис. 43) и мощности предприятия (рис. 44). Эти зависи­ мости указывают на нецелесообразность строительства маломощных предприятий. С увеличением насыпной массы керамзита резко снижается экономичность его производства и применения.

§ 7. ПРО ИЗВОД СТВО КЕРАМ ЗИ ТО ВО ГО ПЕСКА

Эффективность применения керамзитового гравия в легких бетонах в настоящее время снижается исполь­ зованием в качестве мелкозернистого заполнителя квар-

цевого песка, который сильно утяжеляет бетой и пони­ жает его теплозащитные свойства. В связи с этим возникла необходимость обеспечить бетонную промыш­ ленность легким песком. Одним из его видов является керамзитовый песок. Его можно изготовлять двумя спо­ собами: дроблением крупных и негабаритных фракций керамзита и обжигом глиняного порошка в реакторах кипящего слоя.

Дробленый керамзитовый песок согласно МРТУ 21- 21-66 должен иметь размер зерен не более 5 мм и по на­ сыпной массе разделяется на шесть марок от 500 до

1000 с интервалом через 100 кг/м3. Рекомендуемый и до­ пускаемый зерновые составы песка регламентируются специальным графиком (рис. 45). Выход керамзитового песка и его насыпная объемная масса зависят от насып­ ной объемной массы керамзита, подвергаемого дробле­ нию (рис. 46).

Рис. 46. Зависимость выхо­ да дробленого керамзитово­ го песка V„ и его насыпной объемной массы у<> от на­ сыпной объемной массы ке­

рамзитового гравия Yr

соответствующая верхнему и нижнему пределам рекомендуе­ мой зоны зернового состава (см.

рис. 45)

Схема технологического процесса производства дро­ бленого керамзитового песка такова:

Склад керамзитового гравия

i

Приемный бункер керамзита

4

Питатель

4

Валковая дробилка (первичное дробление)

Валковая дробилка (вторичное дробление)

щебня

Для получения необходимого количества мелкой фракции дробление должно быть двухступенчатым. В не­ которых случаях щебень не возвращают на повторное дробление и используют в качестве крупного заполните­ ля, а иногда вообще не производят отсева.

Достоинством дробленого керамзитового песка явля­ ется то, что он содержит значительное количество пыле­ видной фракции с зернами размером 0—0,14 мм и удель­ ной поверхностью около 300 см2/г, обладающей гидрав­

114

лической активностью. Однако гранулы дробленого пес­ ка не имеют наружной спекшейся оболочки и потому обладают повышенными водопоглощением и потребле­ нием цементного теста и пониженной прочностью. Кроме того, дробленый песок является относительно дорогим материалом, так как при дроблении 1 м3 керамзитового гравия получается примерно 0,5 м3 песка. Поэтому себе­

стоимость дробленого керамзитового песка превышает 10 руб. за 1 м3.

Обжиговый керамзитовый песок. Наиболее качест­ венным является керамзитовый песок, полученный обжи­ гом в реакторах кипящего слоя. Его зерна имеют такую

обладают меньшей водопотребностью и большей прочно­ стью, чем на дробленом.

Требования к качеству керамзитового песка, полу­ чаемого обжигом в печах кипящего слоя, регламентиро­ ваны ТУ 21-31-71.

В зерновом составе песка содержание фракции с зер­

0,14 мм — не менее 7%. Зерен размером более 5 мм до­ пускается не более 5%. Прочность, определяемая для фракции с зернами размером 1,2—5 мм, должна быть не менее:

Потери массы при прокаливании и влажность песка не должны превышать 2%.

В технологическом процессе получения керамзитово­ го песка в печах кипящего слоя, осуществленном на пер­ вом заводе промышленного типа в г. Куйбышеве, глину подают в ящичный подаватель, из которого она посту­ пает в вальцы грубого помола. Дробленую глину на­ правляют в сушильный барабан, в котором она подсу­ шивается до влажности 7—9% и одновременно измель­

чается подвешенными в нем цепями. Подсушенную и измельченную глину подвергают просеву па грохоте.

Просев направляют в расходный бункер, а надрешетный продукт возвращают в сушильный барабан для до сушки и домола. Если печь работает по комбинирован­ ному принципу подвода тепла путем сжигания части

в кипящем слое, то вместе с глиняным порошком в печь подают уголь, который хранят в расходном бункере. Глину и уголь тарельчатыми питателями подают в печь

чие газы из мазутной или газовой топки. Вспученный керамзитовый песок самотеком направляется в холо­ дильник 3, также работающий по принципу кипящего слоя (рис. 47). Тяга в реакторах обеспечивается возду­ ходувкой, создающей разрежение в несколько десятков кПа. Охлажденный песок через пересыпное устройство пневмотранспортом подают в расходный бункер.

116

Более компактной является схема с использованием шахтной мельницы вместо сушильного барабана и гро­ хота. В приведенной схеме предусмотрена двухступен­ чатая тепловая обработка измельченной глины, при не­ которой в реакторе термоподготовки глину нагревают до 200—300° С, а в реакторе обжига — до температуры вспучивания. Съем в нем составляет 2 м3/ч-м2. Уголь, подаваемый в реактор обжига, должен быть крупностью 0,2—3 мм. Частицы менее 0,2 мм выносятся из слоя и, сгорая вверху реактора, образуют подвары верхней части слоя. Процесс вспучивания идет нормально, когда в реакторе обеспечивается хорошее перемешивание час­ тиц. Условием полного (идеального) перемешивания является

ская скорость псевдоожижения, характеризующая точку перехода слоя из фильтрующего в псевдоожиженное состояние.

Нормально процесс ведут в режиме, соответству­ ющем —3-1-4.

<Ок р

Время пребывания глины в реакторе обжига состав­ ляет примерно 1,5 мин. При обжиге песка в печах кипя­ щего слоя часть его осаждается в циклонах (песок из циклона), а часть удаляется через сливное отверстие реактора (песок из слива). Характеристика обеих час­ тей неодинакова (табл. 5).

Т а б л и ц а 5. Свойства и зерновой состав (в %) керамзитового песка Смышляевского завода

Проектная себестоимость 1 м3 песка на заводе мощ­ ностью 100 тыс. м3 в год составляет 5 р. 70 к. Удельный расход, условного топлива 150 кг, а электроэнергии — 45 кВт-ч. Выработка в год на одного работающего около

1700 м3.

117

Глава V. ТЕХНОЛОГИЯ АГЛОПОРИТА

Аглопоритом называют искусственный пористый материал, получаемый путем термической обработки си­ ликатных материалов методом агломерации1. Под агло­ мерацией понимают спекание в конгломерат сыпучего топливосодержащего материала посредством его слоево­ го обжига с интенсивным просасыванием или продува­ нием воздуха через слой зажженного материала.

Аглопорит используют в качестве заполнителя легких бетонов. В СССР выпуск аглопорита в 1970 г. составил около 0,5 млн. м3 и должен возрасти к 1975 г. до 2,5— 3 млн. м3.

§ I. СВОЙСТВА АГЛОПОРИТА

По ГОСТ 11991—66 различают два вида аглопоритовых материалов — аглопоритовый щебень и аглопоритовый песок. В зависимости от размера зерен различают три фракции щебня: 5—10, 10—20 и 20—40 мм. Зерна песка имеют размер менее 5 мм.

Марки аглопоритовых материалов различают по их насыпной объемной массе (табл. 6).

Т а б л и ц а 6 . Требования к аглопоритовому щебню по объемной массе и прочности

Потери по массе не должны превышать (в %): при прокаливании — 3, при определении стойкости щебня против силикатного распада — 8, против железистого распада — 5, при испытании на стойкость в растворе сер­ нистого натрия — 5, при испытании на морозостойкость после 15 теплосмен— 10. Отпускная влажность не дол­ жна превышать 5%-

* В Англии этот материал называют Allite.

118

Требования к аглопоритовому песку ГОСТ 11991—66 не нормирует.

§ 2. С УЩ Н О С ТЬ ПРО ЦЕССА А ГЛ О М Е Р А Ц И И

Рассмотрим по отдельным этапам процессы, проис­ ходящие в слое топливосодержащей зажженной шихты при прососе через нее воздуха.

Рис. 48. Динамика процесса агломерации

/ — зажигательное устройство;

кания шихты; д — зона остыва­ ния; / —/V —этапы процесса

На I этапе (рис. 48) за счет тепла, сообщаемого за­ жигательным импульсом в верхней части слоя, испаря­

и покидают его. На этом этапе нижняя часть слоя при большой его толщине может даже увлажняться за счет конденсации водяных паров из отработанных газов.

В зоне подсушки температура не превышает 100° С. При дальнейшем поступлении тепла от источника зажи­ гания верхний слой, будучи уже сухим, подогревается (II этап), а смежный с ним нижележащий слой под­ сушивается. Диапазон температур для этого этапа мо­ жет составлять в зависимости от вида топлива от 100—600 до 100—800° С. На этом этапе одновременно с чисто физическим подогревом материала происходит дегидратация глинистых минералов и гидроокислов же­ леза с кристаллизацией гематита.

Когда верхний слой шихты подогреется до темпера­ туры воспламенения находящегося в нем топлива, оно начинает гореть (III этап), взаимодействуя с воздухом, непрерывно просасываемом через слой материала. Про­ ходя через слой прогретого или охлаждающего материа­ ла, воздух нагревается и таким образом в зону горения

119

поступает уже подогретым, что способствует возникно­ вению в этой зоне высоких температур и быстрому про­ теканию процессов горения. В результате в слое темпе­ ратуры могут достигать 1600° С. На этом этапе в мате­ риале развиваются процессы, наиболее важные для формирования структуры аглопорита. Железистые окислы восстанавливаются до закисного состояния и способствуют интенсивному образованию жидкой фа­ зы. Происходит спекание зерен внутри отдельных час­ тиц и контактное спекание их между собой. В результате сыпучий слой превращается в спекшийся, но пористый конгломерат. Глинистые и слюдистые минералы, содер­ жащиеся в шихте, частично вспучиваются, обусловливая образование в материале небольшой доли закрытых пор.

Когда закончится выгорание всех органических ве­ ществ, наступает последний (IV) этап — охлаждение конгломерата — коржа. В этот период наряду с физиче­ ским охлаждением материала в нем завершаются про­ цессы кристаллизации гематита и магнетита, а также а-кристобалита. Оплавленные зерна кварца, сохранив­ шиеся в виде а-кварца, переходят при 575° С в (3-кварц. В полностью остывшем аглопорите содержится 48— 60% стекла. Кристаллическими фазами являются кварц, полевой шпат, кристобалит, в небольшом количестве — муллит, гематит и некоторые другие минералы.

Изложенную периодизацию общего процесса образо­ вания аглопорита следует рассматривать как самое схе­ матическое приближение. В действительности четкой последовательности в протекании отдельных процессов и в температурных границах между ними не существует. Отдельные процессы накладываются друг на друга и в большинстве своем смещаются в область более высоких температур.

Процесс горения топлива начинается в верхнем слое искусственно зажженной шихты и постепенно перемеща­ ется, доходя до его нижнего горизонта. Интенсивность этого процесса характеризуют вертикальной скоростью горения в мм/мин. Пористость в аглопорите образуется за счет четырех факторов: превращения межзерновых пустот в поры при контактном спекании зерен материа­ ла (основной фактор), удаления гигроскопической вла­ ги, выгорания органических веществ и вспучивания глины. Последний фактор, который для керамзита игра­

120