книги из ГПНТБ / Эм П.А. Мастер по обжигу извести в печах на газовом топливе

вое молоко, которое при отстаивании и удале­ нии избытка воды образует известковое тесто. Выход теста, характеризующий его пластич­ ность, зависит от качества исходной извести.

Для первого сорта быстрогасящейся изве­ сти выход теста более 2,5 л на 1 /са извести.

При твердении известкового теста в строи­ тельном растворе при нормальной температу­ ре происходит карбонизация гидрата окиси кальция за счет поглощения углекислоты из воздуха:

Са(ОН)2+ С02+ пН20 = СаСО + (п + 1) НаО.

При автоклавном твердении силикатных (известково-песчаных) материалов, например

в производстве силикатного кирпича, известь

скремнеземом (песком) образует силикатные минералы, цементирующие вещества, являю­ щиеся различными гидросиликатами кальция.

Являясь одним из основных вяжущих ма­ териалов (вторым после цемента), известь од­ новременно может служить и технологичес­ ким сырьем, и химическим реагентом. Поэто­ му она находит применение почти во всех отраслях промышленности. В 1967 г. было вы­ пущено свыше 18 млн. т извести, причем для

строительных целей было израсходовано ме­ нее половины этого количества, остальную из­ весть использовали в сахарной, металлургиче­ ской, содовой, бумажной, кожевенной и дру­ гих отраслях промышленности, а также в сельском хозяйстве.

4. СПОСОБЫ П РО И ЗВО Д СТВА И ЗВЕСТИ

Обжиг извести в Советском Союзе осуще­ ствляется в различных печных агрегатах. При­

29

меняют напольные, кольцевые, шахтные и вра­ щающиеся печи.

Наиболее устаревшие напольные и кольце­ вые печи в настоящее время повсеместно за­ меняют более совершенными шахтными или вращающимися.

Вращающиеся печи широко распростране­ ны в цементной промышленности и только в последние 15—20 лет нашли применение в производстве извести. Это наиболее механи­ зированные тепловые агрегаты. Недостатком их является относительно высокий расход то­ плива.

Наибольшее распространение получили шахтные печи. До 70% всей выработанной в 1967 г. извести получено в шахтных печах.

Взависимости от вида топлива и способа его сжигания различают пересыпные, газовые

иполугазовые шахтные печи.

Впересыпных шахтных печах известняк обжигается твердым короткопламенным топ­ ливом, обычно антрацитом, который сжигает­ ся методом пересыпки (слой сырья — слой то­ плива) непосредственно среди обжигаемого

материала.

В газовых шахтных печах обжиг произво­ дится с использованием газообразного топли­ ва (большей частью природным газом).

В полугазовых шахтных печах твердое пламенное топливо (бурый уголь, торф и т. д.)

среди кусков обжигаемого материала. Преимуществом шахтных полугазовых пе­

чей является возможность обжигать известь

30

пламенным местным недефицитным топливом (бурым углем, торфом, горючим сланцем и т. д.) и получать мягкообожженную известь. К недостатку их относится небольшая произ­ водительность (малые съемы извести—500—

вых) .

Однако пересыпные печи имеют большой недостаток — в них очень трудно получить мягкий обжиг известняка. Как правило, в пе­ ресыпных печах получается неравномерно обожженная известь с большим количеством пережога и недожога. В них часто наблюда­ ются «закозления», «привары» и другие' нару­ шения технологии, в результате чего качество извести редко бывает выше 2-го сорта. Кроме того, «привары» ликвидируют в тяжелых и ан­ тисанитарных условиях (с загазованностью рабочих помещений и т. д.). Преимущества шахтных газовых печей:

1)лучшие, санитарно-гигиенические усло­ вия труда (печи работают под разрежением и поэтому загазованности рабочих помещений не бывает);

2)получение мягкообожженной, качест­ венной извести (без пережога); почти не бы­ вает зависаний «приваров» материала;

'3) относительно небольшой удельный рас­ ход топлива;

31

4) полная механизация и высокая степень автоматизации работы.

5.ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМ А

ПРОИ ЗВОДСТВА ИЗВЕСТИ

НА СОВРЕМ ЕНН ОМ ИЗВЕСТКОВОМ ЗАВОДЕ

Добыча известняка. В зависимости от мощ­ ности завода и условий залегания сырья из­ вестняк добывают механизированным или руч­ ным способом. На заводах, где применяют газообразное топливо, Добыча сырья большей частью механизирована.

Горные работы по добыче известняка де­ лят на два этапа: вскрышные работы и раз­ работка вскрытого уступа для получения из­ вестняка требуемого габарита.

Вскрышные работы производят обычно эк­ скаватором с транспортированием вскрышных пород в отвал при помощи автосамосвалов или скреперными лопатами.

Вскрытые уступы разрыхляют буро­ взрывным способом, при этом отдельные большие монолиты дробят накладными взры­ вами до кусков 300—400 мм. Разрыхленную горную породу экскаватором грузят в автоса­ мосвалы и транспортируют к приемному бун­

ивать непосредственно на карьерах, что более целесообразно, так как в этом случае не тре­ буется транспортировать неизбежные безвоз­ вратные отходы (мелкий загрязненный отсев).

Дробильно-сортировочная установка состо­ ит из следующего оборудования:

32

1)приемного бункера с пластинчатым пи­ тателем;

2)наклонного ленточного конвейера, по­ дающего материал на дробилку;

3)дробилки, большей частью щековой

(СМ-11Б, СМ-16А и др.);

4)наклонного ленточного конвейера, по­ дающего дробленый известняк на сортировоч­ ный грохот;

5)виброгрохота (СМ 13, СМ 61);

6)ленточного конвейера, распределяюще­

поперечного размера максимальных кусков к поперечному размеру минимальных) не более

1,5—2.

Обжиг известняка. Известняк обжигают в шахтных газовых печах, в которых в боль­ шинстве случаев применяют природный горю­ чий газ с рабочей теплотворной способностью

7500—8500 ккал[нм3.

На многих заводах эксплуатируют старые шахтные печи круглого поперечного сечения, работавшие ранее «пересыпным» способом и переведенные на газообразное топливо. Обыч­ но эти печи (системы «Трубостроя») имеют шахту с внутренним диаметром 2,5—2,8 ж, ме­ ханическую выгрузку и скиповой подъемник для подъема известняка.

За последние 10— 12 лет построено немало шахтных газовых печей круглого сечения по проектам проектного института Гипростром.

Это 100-тонные печи с внутренним диаметром 3,2 м и 200-тонные печи с внутренним диамет­ ром 4,5 м. Они полностью механизированы и частично автоматизированы. Фракциониро­ ванный известняк, поступающий с Д СУ , авто­ самосвалами доставляется к цеху обжига, а затем направляется в приемный бункер с пла­ стинчатым питателем, откуда ленточным на­ клонным конвейером подается в расходный надскиповый бункер.

Если сырье сильно загрязнено песком и ме­ лочью различных пород, по пути сбрасывания его с конвейера в бункер рекомендуется уста­ навливать струнный наклонный грохот для доочистки его. Из расходного бункера фрак­ ционированный известняк при помощи вибро­ питателя поступает в ковш скипового подъ­ емника. Скиповая лебедка поднимает ковш

(при нормальном технологическом процессе обжига) не превышает 80— 100° С. При вы­ грузке известь попадает на пластинчатый кон­ вейер, который должен быть достаточной дли­ ны для хорошего охлаждения извести. С пла­ стинчатого конвейера известь направляется на ленточный наклонный конвейер, подающий ее в бункерный прирельсовый склад готовой про­ дукции.

6.П РО Ц Е ССЫ , П РО И СХО Д ЯЩ И Е

ПРИ ОБЖ ИГЕ ИЗВЕСТИ

Подсушка карбонатного сырья. Под дей­ ствием тепла отходящих горячих печных га­

34

зов загружаемое в печь сырье быстро нагре­ вается. При 100— 110° С из него испаряется влага. При этом на каждый килограмм испа­ ряющейся влаги затрачивается 600 ккал теп­ ла. По мере опускания сырья в низ шахты происходит дальнейшее его нагревание. При 600—650° С углекислый магний подвергается термической диссоциации по уравнению

MgCOg = MgO + СОг ± 28,9 ккал.

Таким образом, в зоне подогрева происхо­ дит испарение влаги из загружаемого мате­ риала, нагревание обезвоженного сырья до температуры обжига; начало диссоциации уг­ лекислого магния.

Печные газы поступают в зону подогрева из зоны обжига с температурой 900—950° С и покидают ее с температурой 100—200° С.

Процесс обжига. В средней части шахты печи, где температура обжигаемого материа­ ла выше 900°С (обычно 1000— 1200°С ), про­ исходит обжиг карбонатного сырья. Здесь за­ канчивается (начавшаяся в зоне подогрева) диссоциация углекислого магния и протекает термическая диссоциация карбоната кальция (СаСОз) по уравнению

CaC03i CaO -f- С02 ± 42,52 кал

(или 425 ккал на 1 кг).

Хорошо обожженный известняк (или ка­ кое-либо другое карбонатное сырье) теряет при обжиге 30—35% первоначального веса и становится более пористым при одновремен­ ном уменьшении объема (усадке) на 10— 15%.

'Из приведенных выше уравнений диссоци­ ации углекислого кальция и магния видно,

что эти процессы обратимы и могут протекать до конца слева направо только при полном удалении газообразного продукта реакции СОгВот почему процесс обжига эффективно протекает при достаточном разрежении в печи.

Процесс термического разложения карбо­ натного сырья (известняка, мела, мрамора) происходит при 900— 1000° С. Однако в усло­ виях производства для ускорения процесса обжига температуру в печи обычно поддер­ живают на 100—200° выше. При плохом кон­ троле за вводом газа в печь температура в зо­ не обжига (около горелок) может подняться значительно выше требуемой. В таких случа­ ях между окислами кальция и магния (СаО, MgO) и глинистыми примесями сырья (БЮг, А120 3, Fe203) возникают химические реакции с образованием неактивной извести.

Недожог и пережог извести и их причины. При обжиге в шахтных газовых печах боль­ шое значение имеет диаметр шахты в зоне обжига. При диаметре шахты более 2,5 м в центральной приосной области печи темпера­ тура среды всегда меньше на 500—500° по сравнению с температурой материала у стен печи (например, температура на периферии

1100— 1200°С, в центре печи 800—700°С ).Т а ­ кая неравномерность температурного поля по поперечному сечению печи объясняется огра­ ниченной проницаемостью газообразного топ­ лива в слое кускового материала. В зависи­ мости от размера и однородности обжигаемой фракции сырья радиальная газопроницае­ мость может быть 500—800 мм (при обжиге мелких фракций—500—600 мм, при обжиге крупных фракций—700—800 мм).

36

Существенное значение для распределения газообразного топлива по сечению печи имеет также как называемый стеновой эффект, т. е. преимущественное сгорание газа непосредст­ венно около футеровки печи (благодаря мень­ шему аэродинамическому сопротивлению).

Таким образом, благодаря стеновому эф­ фекту и ограниченности газопроницаемости сгорание газообразного топлива, а следова­ тельно, и высокие температуры создаются по кольцу (примыкающему к стенкам печи) ши­ риной до 600—800 мм. В границах этого коль­ ца температура среды может быть 1000— 1200° С, в центре печи (у приосной части) она редко превышает 800° С. В результате этого в центре печи происходит недожог извести, ко­ торый представляет собой недообожженные куски известняка, имеющие поверхностную пленку (слой), под которым находится ядро сырого известняка. Недожог может быть зна­ чительным (с большим ядром сырого извест­ няка) и незначительным (с небольшим яд­ ром сырого известняка).

При гашении водой недожога получается значительное количество отходов, так называ­ емого «голыша» (необожженного известняка). У извести 2-го сорта (по ГОСТ 9179—59) ко­ личество отходов, обусловленных недожогом, доходит до 30% и более. Применение извести с большим количеством недожога значитель­ но удорожает строительство.

Пережог извести при обжиге в шахтных газовых печах получается сравнительно ред­ ко (в отличии от пересыпных печей). Основ­ ная причина пережога в газовых печах — это передержка материала в зоне обжига по при­ чине его зависания (приварка и проч.) или

37

замедленной выгрузки при высокой темпера­ туре.

При высоких температурах (1300— 1400° С и выше) около мест ввода газа (периферий­ ных или подбалочных горелок) и при попада­ нии в сырье легкоплавких примесей — песка, глины возможно образование приваров, а сле­ довательно, и пережога.

Пережог извести характеризуется утяже­ лением кусков материала. Куски пережжен­ ной извести темноватого цвета, плотной струк­ туры и минимальной пористости. Как прави­ ло, пережженная известь медленно гасится (от нескольких часов до многих суток или даже недель, в зависимости от степени пере­ жога).

Пережог характеризуется значительными размерами кристаллов окиси кальция (СаО). Если при нормальном мягком обжиге величи­ на кристаллов СаО не превышает нескольких микрон (до 3—7), то при значительном пере­ жоге она может достигать 20—30 мк и более.

В настоящее время принято называть пе­ режогом известь с размером кристаллов каль­ ция более 10 мк. При жестком высокотемпера­ турном обжиге все глинистые примеси в кар­ бонатном сырье (кремнезем SiC>2, глинозем АЬОз, окись железа ЕегОз) способны соеди­ няться с окисью кальция, образуя так назы­ ваемую связанную, или неактивную, известь.

Обычно неактивную известь присоединяют к пережогу, поскольку она также является продуктом жесткого высокотемпературного обжига.

Если пережженную известь тщательно из­ мельчить до тонкости помола, характеризую­ щейся величиной удельной поверхности

38