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

ет основную роль, в производстве аглопорита HMeef второстепенное значение.

В аглопорите преобладает пористость открытая, по­ скольку образование аглопорита возможно только при непрерывном просасывании воздуха через слой обжига­ емого материала. Общая пористость составляет 40— 65%, водопоглощение— 18—35%, а объем межзерновых пустот — 50—60 % •

§ 3. СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Для изготовления аглопорита используют основ­ ные материалы и добавки. Различают три группы основ­ ных материалов:

сухие плотные, или зернистые, материалы — к ним относят угленосные и глинистые сланцы и топливные шлаки;

рыхлые горные породы, естественно влажные — это главным образом глинистые породы — глины, суглинки, супеси, лессы;

сухие пылевидные материалы, представителями кото­ рых являются золы от сжигания углей.

Угленосные сланцы в большинстве случаев содержат достаточное количество горючих веществ, обеспечиваю­ щих процесс агломерации без добавки угля. Они явля­ ются попутными продуктами угледобычи, и потому их использование является наиболее экономичным.

Глинистые породы получили в нашей стране преиму­ щественное применение для производства аглопорита.

Из тощих глинистых пород, содержащих 7—10% АЬОз, можно получать только тяжелый аглопорит ма­ рок 500—700. Из глин, содержащих 10—14% А120 3с чис­ лом пластичности 14—17, можно получать легкий агло­ порит с насыпной массой 350—500 кг/м3. Высоковспучивающиеся глины для производства аглопорита не пригодны, так как при их вспучивании заплывают межзер­ новые пустоты, прекращается поступление через них воз­ духа в зону горения и вследствие этого процесс горения начинает затухать — происходит «срыв горения».

По исследованиям Минского НИИСМ, зависимость вертикальной скорости спекания от содержания пелитовой фракции в глинистой породе имеет экстремальный характер (рис. 49). Что касается алеврито-песчанистой

121

фракции, то ее влияние связано с газо-жидкими вклю­ чениями, которые могут присутствовать в зернах кварца.

При спекании происходит взрывание (декриптация) этих включений, повышающее газопроницаемость ших­ ты и снижающую объемную массу аглопорита. Кварце­ вые зерна, не содержащие газо-жидких включений, утя­ желяют аглопорит.

Рис. 49. Влияние пелитовой составляющей на вертикальную скорость горения

Влияние как пелитовой, так и алеврито-песчанистой фракции сказывается в конечном счете на количестве стеклофазы и кристаллических новообразований, возни­ кающих при спекании и охлаждении аглопорита. Накоп-

С,%

Рис. 50. Зависимость объемной мас­ сы (у, кг/м3) от количества стеклофа­ зы и кристаллических новообразова­ ний (С, %) в аглопорите

300 400 500 600 rt Ki/Mi

ление большого количества стеклофазы понижает вер­ тикальную скорость спекания, а низкое содержание в аглопорите стеклофазы и кристаллических новообра­ зований повышает его объемную массу (рис. 50). Опти­ мальным следует считать глинистое сырье, образующее при спекании 45—80% стеклофазы и кристаллических новообразований [44].

Наилучшими для спекания являются глинистые по­ роды, имеющие интервал между контактным спеканием и жидкоподвижным состоянием более 200° С. При мень­

122

шей величине этого интервала возникают трудности их использования в производственных условиях.

Золы и шлаки от сжигания каменных углей содержат

Рис. 51. Влияние химического соста­ ва золы на насып­ ную объемную массу аглопорита. Области составов для получения аг­ лопорита с насып­ ной объемной мас­

сой

/ — до 600; 2 — 600— 800; 3 - 8 0 0 —1000 кг/м3

Согласно работе [44], влияние химического состава золы на ее поведение при спекании характеризует пока­ затель агломерации Р:

става золы на насыпную массу аглопорита характери­ зуется диаграммой рис. 51.

Интервал между температурами размягчения и плав­ ления должен быть не менее 30°, а коэффициент вспу­ чивания— не более 1,5. Содержание S 0 3 допустимо до 7%.

Добавки. В качестве добавок используют антрацит, каменный и бурый уголь, древесные опилки, лигнин, костру, топливосодержащие промышленные отходы, зо­ лу ТЭЦ, возврат, известь и с. с. б.

123

Наилучшим сортом антрацита для производства аглопорита является антрацитовый штыб, используемый для агломерации руд (ГОСТ 10566—63).

Гранулометрический состав угля подбирают экспе­ риментально. Но во всех случаях количество пылевидной фракции должно быть минимальным, а максимальный размер зерен должен быть не более 3 мм. Крупные зер­ на угля не успевают выгорать в зоне спекания. Они дого­ рают при охлаждении аглопорита, затрудняя и удлиняя этот процесс. Пылевидные частицы не выгорают из-за трудности доступа к ним воздуха.

Использование бурых углей вместо тощих увеличива­ ет производительность агломерационных машин в 1,5 ра­ за. Оптимальный гранулометрический состав бурого уг­ ля: фракция 2—5 мм — 80%, менее 2 мм — 20%. Уголь добавляют в количестве 10—15% веса сухой глины.

Древесные опилки добавляют до 10% по объему для увеличения пористости аглопорита и более раннего раз­ вития процесса горения. Размер зерен опилок не должен превышать 10 мм. Однако данные об их влиянии проти­ воречивы. Имеются указания на то, что введение опилок в спекаемую шихту понижает ее газопроницаемость.

Лигнин, являющийся отходом гидролизной перера­ ботки древесины, добавляют в количестве до 25%. При этом достигают существенного увеличения скорости спе­ кания.

Аналогичным образом действует костра — отход от переработки льна, имеющая теплоту сгорания около 17000 кДж/кг. Добавка 5% костры повышает газопро­ ницаемость шихты и на 100° снижает температуру ее за­ жигания, повышает равномерность структуры аглопори­ та, снижает на 10% его объемную массу и количество недожога в нем, интенсифицирует процесс охлаждения спекшегося коржа, понижая его температуру при сходе с машины с 600—800 до 120—200° С.

Золу ТЭЦ с малым содержанием СаО и MgO можно вводить в количестве 30—50%. Ее добавка устраняет трудности обработки переувлажненных глин и снижает расход топлива за счет содержащегося в ней несгорев­ шего углерода.

Возвратом называют недожженные отходы аглопори­ та. В аглопоритовую шихту добавляют до 20% возвра­ т а — мелких фракций недожженного аглопорита, полу­ чаемого в виде просыпи или отхода при дроблении спек­

124

шегося коржа. Введение возврата в шихту повышает ее газопроницаемость и создает замкнутый (безотходный) цикл производства.

Процесс агломерации интенсифицируется при добав­ ке (до 20%) гашеной извести. Ее взаимодействие при высоких температурах с углеродом сопровождается вы­ делением окиси углерода и водорода, которые, создавая

Рис. 52. Влияние добавок на верти­ кальную скорость горения

восстановительную среду в обжигаемом слое, интенси­ фицируют процесс его спекания. Влияние некоторых до­ бавок на вертикальную скорость горения иллюстрирует диаграмма (рис. 52), составленная по данным Минского НИИСМ.

§ 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ АГЛОПОРИТА

Основными операциями технологического процесса изготовления аглопорита являются: подготовка добавок и шихты (дробление основного сырья, дозирование ком­ понентов и их перемешивание), грануляция шихты и ее спекание, охлаждение спекшегося конгломерата (кор­ жа), дробление коржа, сортировка и складирование аг­ лопорита.

Подготовка шихты. Уголь дробят и отсеивают до пре­ дельной величины зерен 3 мм. Оптимальный состав угля: фракция 2—3 мм — 80%, менее 2 мм — 20%.

Топливосодержащне породы также дробят и отсеива­

125

ют для получения зерен с предельной величиной 5 мм. Величина зерен возврата и опилок не должна превышать 10 мм. Известь вводят в виде известкового молока при приготовлении из глины пластичного теста.

Способы приготовления гранул зависят от структур­ ных особенностей исходных материалов [45]. Основны­ ми требованиями при подготовке гранул является обе­ спечение необходимой газопроницаемости и достаточно равномерного распределения всех компонентов шихты. Газопроницаемость регулируют подбором гранулометри­ ческого состава шихты в зависимости от пластичности глины. Оптимальные составы приведены в табл. 7.

Т а б л и ц а 7. Оптимальные зерновые составы в % и объемные массы глинистых шихт для производства аглопорита

Влажность шихты должна быть достаточной для образования слитных гранул и в то же время не должна быть чрезмерной с тем, чтобы гранулы не слипались в сплошную газонепроницаемую массу. Характер зави­ симости насыпной массы и ее газопроницаемости от

Рис. 53. Зависимость насыпной объемной массы и газопрони­ цаемости шихты от ее влажно­ сти

влажности схематически представлен на рис. 53. Диа­ пазон влажности, соответствующий экстремальным точ­ кам кривых этой диаграммы, является оптимальным. Определяют его экспериментально. Примерные диапа­ зоны влажности составляют для сырья: первой груп­ пы— 8—14%, второй группы— 16—23%.

126

Крупное сырье измельчают в молотковых или вал­ ковых дробилках. Иногда применяют двухступенчатое дробление. В этом случае сырье сначала подвергают дроблению, а затем грохочению и повторному дроб­

лению.

Углесодержащие породы, являющиеся отходами от добычи или обогащения угля, часто содержат топливо в количестве, значительно превышающем необходимый расход его на спекание аглопорита. В этих случаях воз­ никает необходимость повысить «зольность» такого сырья добавкой в него глины. Схема технологического процесса для получения аглопорита из углесодержащих пород имеет вид

Щ ековая дробилка вторичного дробления

Расходны й б ункер |

127

Для сырья второй группы схема технологического про­ цесса подготовки гранул имеет вид:

Некоторые заводы применяют двухступенчатое дроб­ ление глины: сначала на вальцах грубого, а затем — тонкого помола.

В качестве смесителей шихты используют двухвальные глиномешалки. Длительность перемешивания долж­ на составлять для сырья первой группы — 4—6, второй группы — 5—6 мин.

Очень ответственной машиной в технологии аглопорита являются грануляторы. Они должны обеспечивать получение шихты заданного гранулометрического соста­ ва и равномерное распределение добавок в гранулах. По технологическим признакам их разделяют на три типа: окатывающие, разрыхляющие и формующие.

На отечественных заводах для сырья второй группы получили применение барабанные грануляторы СМ-960 (окатывающие) и роторные (разрыхляющие).

В барабанном грануляторе шихта поступает в бара­ бан, смонтированный под углом 2—4° к горизонту. При его вращении происходит агрегирование и окатывание гранул, а их измельчение производит лопастный вал, расположенный эксцентрично внутри барабана. Бара­ банные грануляторы не обеспечивают получение шихты требуемого гранулометрического состава: почти 50% гранул имеет размер 20—40 мм при предельно допусти­ мом размере 7 мм. (Вспомним, что фракция 7—10 мм должна быть до 20%-) Распределение топлива в грану­ лах недостаточно равномерное.

Лучшие результаты показал роторный гранулятор. В его корпусе вращаются два шнековых вала, нагнетаю-

128

щих шихту в зону действия фрезерующего валка, кото­ рый и является рыхлительным органом гранулятора. Гранулированная шихта поступает на конвейер. Гранулометрический состав шихты после роторного гра­ нулятора характеризуется содержанием фракции 12— 10 мм в пределах 12,5% и более равномерным распреде­ лением топлива в шихте, чем в барабанном грануляторе^.

Особенностью грануляции шихты из сырья третьей группы, т. е. золы, является необходимость введения свя­ зующей добавки, в качестве которой используют высо­ копластичные глины или раствор с. с. б.

В случае применения глины в качестве связующего компонента схема технологического процесса принимает следующий вид:

Приведенная схема предусматривает использование золы, отбираемой из электрофильтров электростанций, которая является сухой и сыпучей. В случае использо-

вапия золы из отвалов схема значительно усложняется в связи с необходимостью ее сушки и рыхления.

Для гранулирования сырья этой группы используют тарельчатые грануляторы.

Спекание шихты осуществляют в установках перио­ дического и непрерывного действия.

и карусельные агломерационные машины. Чаши пери­ одического действия малопроизводительны и трудоемки в обслуживании. На новых предприятиях их не устанав­ ливают.

Наиболее совершенным и высокопроизводительным агрегатом для обжига аглопорита является ленточная агломерационная машина. Она представляет собой вер­ тикально замкнутый конвейер, состоящий из отдельных тележек — чаш, называемых палетами. Схема рабочего процесса ленточной агломерационной машины приведе­ на на рис. 54. Питатель загружает в палеты гранулиро­ ванную шихту в начале их движения по верхней (рабо­ чей) ветви. Здесь они попадают в зону действия зажи­ гательной камеры, и в верхнем слое шихты загорается

130