книги / Технология строительной керамики

к колебаниям объемной массы керамзита на 30—80 кг/м3 в зависи­ мости от свойств исходного сырья. Кривые распределения температур, изменения влажности, величины потерь при прокаливании и насып­

Время нахождения материала в печах составляет от 45—50 мин (в печах длиной 40 м) до 15—30 мин (в печах длиной 15—28 м), в том числе в зоне вспучивания 10— 12 мин.

Рис. 130. Кривые изменения:

1 — температуры газа; 2 — температуры материала; 3 — влажность; 4 — поте­ ри при прокаливании; 5 — объем массы материала в процессе обжига.

Съем с 1 ма поверхности печей от 0,03 до 0,05 м3/ч, а съем с 1 м3 объема печей от 0,06 до 0,09 м3/ч. Производительность печей от 6 до

30м3/ч.

До выхода из обжигового барабана на участке 1—2 м гранулы в течение 2— 3 мин отвердевают, охлаждаясь до 900— 1050° С, и посту­ пают на дальнейшее охлаждение в холодильник.

Для охлаждения керамзита используют холодильники различных типов: барабанные, рекуперативные, шахтные, решетчатые, слоевые, псевдоожиженного слоя (аэрожелоб). На заводах малой мощности ис­ пользуют охладительные камеры или холодильники ямного типа. Хо­

лодильник барабанного типа представляет собой барабан длиной 8— 25 м и диаметром 1,5— 2,5 м, установленный под углом 3—6° к го­ ризонту. На одну треть длины (со стороны загрузки) барабан футеро­ ван огнеупором, в остальной части оборудован пересыпными устрой­ ствами. Вращается барабан со скоростью 2,5— 8 об/мин. Время про­ хождения керамзитом барабана 10— 30 мин. Температура керамзита на выходе из барабана 100—250° С. Недостатками барабанных холо­ дильников являются их громоздкость, недостаточно развитая поверх­ ность, значительные потери тепла, высокая истираемость гранул.

низкий к. п. д. (50— 65% ). Процесс охлаждения керамзита в них не поддается регулировке, независимо от процесса обжига.

Более экономичными являются холодильники шахтного типа, а также с подвижными колосниковыми решетками (типа БЦРМ).

В настоящее время в промышленность керамзита широко внедряют­ ся холодильники слоевые типа СМ-1250, обеспечивающие большее охлаждение керамзита (до 40— 60° С против 100— 250° С в барабанных и 350— 650° С в шахтных), повышающих экономичность и культуру производства, а также охлаждающие агрегаты типа аэрожолобов. При этом керамзитовый гравий с температурой 800— 900 °С сначала по­ падает в бункер, а оттуда в аэрожелоб, где движется в псевдоотжиженном состоянии по перфорированному днищу в сторону уклона, охлаж ­ даясь воздухом, подаваемым под перфорированное днище до 40° С. Горячий воздух от охлаждения керамзита подается в печь на горение.

Для обжига керамзита используют мазут или природный газ. Ма­ зут подогревают до 90—95° С, воздух до 200— 250° С. Давление мазу­ та 5,89— 8,82 МПа.

При сжигании природного газа используются двухпроводные сме­ сительные горелки различных конструкций. Применение горелок типа ГВП-01 обеспечивает экономию топлива на 12— 14% и повышение про­

обуславливает в печи сильно окислительную среду и ухудшает усло­ вия вспучивания. В связи с этим рекомендуется использовать в печах отходящие газы вместо чистого воздуха (рециркуляция). При этом коэффициент избытка воздуха в печи снижается с 2 до 1,3; а качество керамзита улучшается, особенно, если применять запесоченные су­ глинки.

Рециркуляция отходящих газов также способствует повышению производительности печи и снижению расхода топлива. Расход услов­ ного топлива на 1 м3 керамзита колеблется от 50— 65 до 232 кг, а удель­ ный расход тепла — 6697,68— 8373,6 кДж/кг керамзита.

Значительный расход топлива (до 25— 32% стоимости керамзита) объясняется большими потерями тепла с отходящими газами (50% общего расхода), на термические превращения материала (до 20%), испарение влаги (20%) и в окружающую среду через стенки печи (до 10%). Теплопотери о материалом резко снижаются при использо­ вании холодильников (колосниковых и др.). С целью экономии топ­ лива печи оборудуют лопастями, перегородками и другими устрой­ ствами, а также стремятся полнее использовать отходящие газы печей.

в год (при мощности завода 200 тыс. м8 в год).

Несмотря на ряд достоинств, вращающиеся печи имеют и существен­ ные недостатки. К ним относятся: низкий к. п. д. (40— 45% ), невоз­ можность быстрого подъема температуры на участках обжига, пред­ шествующих спеканию, невозможность использования короткоплав­ кого сырья из-за угрозы приваров к футеровке печи, расслоение материала по крупности при загрузке впечь, наличие окислительной

атмосферы в печи, понижающей коэффициент вспучивания, неодно­ родность качественного и фракционного состава, малый выход мел­ ких фракций — не более 10% (размером меньше 5 мм), (при необхо­ димости для керамзитобетона до 30%), необходимость непрерывной работы печи, значительные потери тепла и др. В связи с этим в по­ следние годы ведутся работы по выявлению возможности обжига ке­ рамзита в других, более совершенных тепловых агрегатах — печах кипящего слоя, шахтных печах, карусельных и др.

При получении керамзита циркуляционно-струйным способом (термоудара) используют установку шахтного типа, состоящую из запасного бункера, загрузочного шлюза, камеры обжига, специальной горелки и затвора. Обжиг производится непрерывно, но сама печь работает циклично. Цикл составляет 50 с, из них вспучивание — 45 с и выгрузка материала — 5 с.

Из бункера через каждые 50 с в желоб подается отмеренное объем­ ным дозатором определенное количество гранул (120 кг), которыеза­ гружаются в печь, попадая сразу же в потоки циркулирующего воз­ духа. Струя горячего топочного газа, поступающая в печь снизу из камеры сгорания, подхватывает гранулы и поднимает их вверх до тех пор, пока сила тяжести материала не превысит силу газового потока. Материал падает, но тут же снова подхватывается и подни­ мается потоком газа. Во время такой циркуляции, продолжающейся 45 с, происходит вспучивание гранул. После этого поступление тепло­ носителя прекращается, на 5 с открывается загрузочный затвор печи и вспученные гранулы выгружаются. Отработанные газы после про­ цесса вспучивания используются для подсушки сырых гранул, после чего они поступают в циклон для очистки. Производительность печи 8,6 т керамзита в час.

При обжиге керамзита циркуляционно-струйным способом дости­ гается хорошее вспучивание гранул без добавки порообразователей. Керамзит в результате термоудара покрыт твердой, плотной оболочкой и приобретает высокую механическую прочность.

Благодаря регенерации расход топлива не превышает 2,93 МДж/кг

Независимо от типа печей, используемых для обжига керамзита, последний при остывании рассеивается на три фракции — размером 5— 10, 10— 20 и 20— 40 мм; песок на две фракции — до 1,2 и 1,2—5 мм. Для рассева керамзита используют сита-бураты, виброгрохоты, гравиесортировки. Хранят керамзит в бункерах-силосах раздельно по фракциям.

§2. КЕРАМЗИТОВЫЙ ПЕСОК

Вкерамзите содержится фракций с размером зерен до 5 мм—6— 10%. Они образуются за счет истирания керамзитовых гранул при тран­ спортировке и вспучивании. Керамзитовый песок изготовляют дроб­ лением крупных гранул, расходуя на 1 м8 песка 1,8—2 м3 керамзито­ вого гравия. Получать керамзитовый песок дроблением гранул эко-

номически нецелесообразно, так как’на 60— 70% теряется объем исходно­ го продукта, а стоимость песка в два раза превышает стоимость гранул.

П. П . Будников, А. И. Полинковский и другие исследователи уста­ новили, что мелкие зерна глины, вспучиваются в 2— 2,5 раза быстрее обычных гранул керамзита. Это позволило разработать технологию получения керамзитового песка в печах кипящего слоя, в которых достигается, по сравнению с другими методами термической обработ­

риала выносятся из печи с потоком теплоносителя. В пределах скорос­ тей от W x до W 2 создаются оптимальные условия тепловой обработки

материала в кипящем слое. Изменение высоты и объема кипящего слоя наступает только после достижения критической скорости W x . Скорость

При продувании теплоносителя через слой гранул (крошки) на­ ступает «кипение» слоя, в результате чего поверхность контактов между гранулами и теплоносителем резко повышается, ускоряются процессы тепло- и масообмена, создаются условия для скоростной и

Примерная схема производства керамзитового песка при полусу­ хом способе подготовки сырья с использованием печи кипящего слоя приведена ниже.

Площадь пода печей термоподготовки и обжига по 0,5 м2, а холо­ дильника — 0,3 м2. Воздух для создания кипящего слоя во всех аг­ регатах подается воздуходувкой производительностью 5000 м8/ч с на­ пором 60 кПа. Сырец загружается в печь термоподготовки (250— 300° С) тарельчатым питателем. Из печи термоподготовки по перетоку посту­ пает в печь обжига (1000— 1100° С). В перетоки подается воздух и твердое топливо (10— 15% массы сырца). Высота кипящего слоя в обеих печах 600 мм.

Рис. 132. Схема установки для получения керамзитового песка в кипящем слое:

1 *— холоди льник; 2 — реактор вспучивани я; 9 — суш илка.

Готовый продукт по наружному перетоку поступает в холодиль­ ник (70%), а остальная часть (тонкие фракции размером менее 0,6 мм) улавливается в циклонах и фильтрах. Охлажденный песок пневмо­ транспортером подается в бункер (силос) склада готовой продукции.

При мокром (шликерном) способе подготовки сырья шликер влаж­ ностью 46% пропускают через сито с размером отверстий 2 мм, сме­ шивают с пиритными огарками (1%) и подают в гранулятор через водоохлаждаемую форсунку пневмораспылителя. Мазут подается в шликеропровод под давлением перед входом в форсунку. Системой автоматизации достигается стабилизация расхода шликера, топочных

газов выхода гранул из гранулятора. Полученные нагретые гранулы поступают на обжиг во вращающуюся печь или печь кипящего слоя.

обжигом его в распылительных башенных сушилках, применяющихся в керамических производст­

вах. Шликер из огнеупорной глины, приготовленный в шаровой мель­ нице с влажностью 62— 66%, насосом подается в распылительную су­ шилку. Температура обжига 1370— 1390° С. Гранулометрический

7,35 МПа, а также конструктивные бетоны с объемной массой 1200— 1600 кг/м3, прочностью 9,80— 19,6 МПа (около 50%), которые исполь­ зуют для теплоизоляционных засыпок (47%) и других строительных работ (3%).

Аглопоритовый песок используется в бетонах, а также для полу­ чения аглопорито-силикатных изделий.

Сырьевые материалы. В производстве аглопорита используют пре­ имущественно малопластичные, слабовспучиваклциеся при быстром; нагревании легкоплавкие глинистые породы — суглинки, тощие гли­ ны, лессы, сланцевые камнеподобные породы (аргилиты и др.).

Качественным сырьем являются негорелые породы при угледобыче,, золы и шлаки от сжигания различных углей, отходы углеобогатитель­ ных фабрик и др.

В зависимости от структурно-механических свойств сырье, исполь­ зуемое в производстве аглопорита, делят на три группы: сухие плот­ ные или зернистые материалы (топливные шлаки, глинистые сланцы

идр.); рыхлые породы (глины, суглинки, супеси, породы угледобычи

идр.) и пылеватые материалы.

Пригодным является глинистое сырье, имеющее следующий со­ став, %: S i0 2— 47,0—82,0; А120 3—8,5— 14,0; Fe20 3—8,5— 14,0; Fe20 3— 2,5— 15,0; CaO—0,2— 3,0; MgO—0,50— 5,0; п. п. п.— 1,5— 17,0. Содер­ жание оксида железа должно быть не менее 2,5%.

Песчано-глинистые породы являются основным сырьем в произ­ водстве аглопорита. Глинистое вещество этих пород представлена тонкодисперсной (пелитовой) фракцией. Его составом определяется температура появления жидкой фазы и свойства получаемого пиропластического расплава (поверхностное натяжение, вязкость, способ­ ность к кристаллизации, растворяющая способность и др.). Примеси

впесчано-глинистых породах — более крупные частички минералов (пылеватая и песчаная фракции). Они только частично растворяются

врасплаве и, оставаясь в основном в твердом состоянии, образуют каркас, препятствуют сплавлению и оседанию шихты при агломера­

ции.

На ход спекания шихты существенно влияют минералы, претер­ певающие перестройку кристаллической решетки или аморфизацию при скоростном нагреве — гидрослюда и слюды группы биотита, спо­ собствующие более раннему появлению жидкой фазы и увеличиваю­ щие ее количество в аглопорите. Меньшее влияние оказывают желе­ зистые амфиболы (роговая обманка и др.) и хлориды. Полевые шпаты и слюды группы мусковита способствуют увеличению содержания ще­ лочей в расплаве, улучшают физико-механические свойства стеклофазы и увеличивают содержание муллита в ней, что улучшает каче­ ство аглопорита. Полевые шпаты и мусковит снижают температуру появления жидкой фазы и повышают ее содержание, что улучшает процесс агломерации. Безводные магнезиально-железистые силикаты (пироксены и оливин) мало или совсем не изменяют процесс агломе­ рации и являются инертными примесями в сырье.

Пластичность глинистого сырья должна быть в пределах II и Ш класса. Содержание глинистых частичек меньше 0,001 мм от 10 до

44%. Малопригодны глины средней и повышенной пластичности, а также глины, склонные к образованию ячеистой структуры при тер­ мообработке за счет сильного вспучивания. Влажность сырья 20— 22%. Интервал спекания глинистого сырья не менее 50° С, оптимальная температура спекания выше на 100— 150° С температуры контактного спекания гранул. Глинистые породы, обладающие большим интерва­ лом между образованием жидкой фазы и контактным спеканием гра­ нул, мало чувствительны к температурному режиму обжига (скорости и неравномерности нагрева и др.). Для глин с малым температурным интервалом между образованием жидкого расплава и контактным спе­ канием гранул требуется более точный режим (введение оптимального количества топлива и его распределение в шихте), иначе они резко снижают вертикальную скорость спекания и качество аглопорита.

В качестве добавок используют уголь, шлак, опилки, «возврат» (недожженный аглопорит), сульфитно-спиртовую барду, глиняный шликер, колошниковую пыль, что обеспечивает не только спекание шихты, но и получение аглопорита с заданными свойствами.

Уголь предварительно измельчают до прохождения через сито с диаметром отверстий 5 мм. При использовании в производстве лессов размер зерен топлива не должен превышать 2,5 мм. Крупные фрак­ ции топлива замедляют процесс спекания, снижают качество аглопо­ рита за счет увеличения недожога. Лучше применять короткопламен­ ные угли марки АШ, APUI, коксит и др. Применять угли с большим содержанием летучих веществ не рекомендуется, так как их невозмож­ но использовать в процессе агломерации, поскольку они сгорают за пределами слоя шихты или вовсе не сгорают. Оптимальное количество топлива в шихте для глин 8—9% , для суглинков и супесей 10— 12%. Количество топлива в шихте зависит от содержания плавней (Fe20 3, CaO, MgO, КгО> N aaO), уменьшаясь при увеличении последних.

Для улучшения процесса агломерации в состав шихты вводят опил­ ки или фрезерный торф. Разрыхляя шихту, опилки способствуют повышению газопроницаемости ее. Опилки или торф перед употреб­ лением просеивают через сито с диаметром отверстий 10 мм.

При использовании в производстве глинистого сырья с высоким содержанием глинистых веществ (угольные сланцы, алевролиты, ар­ гиллиты и др.) топливо не добавляют. При недостаточном количестве топлива в шихте снижается выход аглопорита. При избытке топлива в шихте продолжительность спекания увеличивается, повышается объемная масса и ухудшается структура аглопорита (появляются крупные поры и каверны), что снижает его прочность.

Повышению газопроницаемости шихты и улучшению процесса аг­ ломерации способствует использование «возврата» (недожога, 10— 30%), вводимого как в шихту, так и в качестве подстилающего слоя на колосниковую решетку спекательных машин. Использование воз­ врата облегчает процесс увлажнения шихты, увеличивает вертикаль­ ную скорость спекания, улучшает структуру аглопорита и его ка- •ззо