книги / Технология строительной керамики

чество (уменьшает водопоглощение), а также условия регулирования процессом агломерации.

Иногда для понижения температуры спекания шихты в ее состав вводят молотые доломит, железную руду (3—7%), охристые глины (1— 5%) и другие добавки, выполняющие роль плавней.

При использовании высококарбоиатного сырья (содержание СаО больше 40%) вводят молотый апатит или колошниковую пыль по 3—7%, что предупреждает силикатный распад алгопорита. При мень­ шем содержании карбонатов ограничиваются вводом глинистого шли­ кера. В отдельных случаях добавка 20% гашеной извести улучшает процесс агломерации, сульфитно-спиртовая барда повышает прочность гранул, однако все это значительно усложняет процесс производства аглопорита.

Примерный расход материалов на 1 м3 аглопорита: глины 0,3— 0,54 м3; недожога до 0,24 м3; угля — 0,057—0,08 т; опилок до 0,16 м3.

шихты широко применяют на заводах, использующих для производ­ ства тощие глины, суглинки и супеси без каменистых включений.

Примерная технологическая схема производства аглопорита с пла­ стическим способом переработки сырья и подготовки шихты приве­ дена ниже.

Подготовленная шихта предварительно перемешивается в двухвальном лопастом смесителе, при необходимости увлажняется до 17— 19% и поступает на гранулирование в гранулятор. После чего лен­ точным конвейером шихта подается в агломерационную ленточную машину.

При вводе топливных шлаков гранулирование шихты исключается из технологического процесса, так как присутствие шлака и опилок в шихте обеспечивает достаточную газопроницаемость шихты. При наличии в глинистом сырье каменистых включений устанавливают вальцы типа СМ-416, а при использовании плотных глинистых пород с повышенной влажностью в технологическую схему рекомендуется

щих обычное глинистое сырье, а также сухие плотные глинистые породы или отходы углеобогащения и др.

Рыхлое глинистое сырье перерабатывают по технологии произ­ водства кирпича полусухим способом. При организации производ­ ства аглопорита на базе свежедобытых негорелых отвальных угле­ содержащих пород горных выработок, сланцевых (сухарных) глин, имеющих плотную структуру, в схеме производства предусматрн-

Влажность шихты для суглинков и суспензий 16— 19%, для то­ щих глин 17—20%. Для каждого вида сырья количество влаги в шихте имеет свой предел, после которого газопроницаемость шихты понижается, что влечет за собой снижение скорости спекания, а ча­ сто и ухудшение качества аглопорита (рис. 135). Оптимальной влаж­ ности шихты, как правило, соответствует ее максимальная газопро­ ницаемость, прочность гранул и минимальная насыпная масса.

Поверхностно-активные добавки улучшают гидратацию глинис­ тых частичек и процесс гранулирования, повышают прочность гра­ нул. Прочность гранул также повыша­ ется с улучшением переработки мас­ сы. Стабильность спекания шихты и качество аглопорита зависят от одно­ родности гранул, фракционного соста­ ва, формы, прочности их. Кроме того, гранулы шихты должны быть достаточ­ но газопроницаемыми для подхода воз­ духа и выхода продуктов горения из гранул, независимо от способа перера­ ботки сырья. Операция гранулирова­ ния шихты выполняется непосредст­ венно над агломерационной маши­ ной, что исключает возможные сег­ регацию и уплотнение шихты. Мето­

с добавками, разбиваются до определенных размеров (не более 20 мм) рабочими органами глиномешалок, ройеров или грануляторов бара­ банного типа. Этот метод не обеспечивает однородного и стабильного

чивает заданный гранулометрический состав шихты при размере гра­ нул более 10 мм. При получении гранул размером 3—5 мм в попереч­

шихты. По этому методу трудно получить гранулы стабильного раз­ мера в заданном соотношении по фракциям, так как незначительное изменение влажности шихты существенно влияет на процесс окаты­ вания, хотя за счет изменения угла наклонов и скорости вращения барабана его работу можно регулировать. При гранулировании ших­ ты, например, из зол ГРЭС на тарельчатом грануляторе и влажности шихты 16—22% выход гранул составляет от 72 до 93%.

М е т о д ф р е з е р о в а н и я заключается в резании бруса шихты, выходя­

щего из ленточного пресса, специальным устройством роторного или фрезерного типа.

Гранулы образуются на зубе фрезы в виде стружек, отбрасывае­ мых на ленточный транспортер и обдуваемых в этот момент сжатым воздухом, что предупреждает слипание их. Эксплуатация роторного гранулятора подтвердила возможность получения гранул требуемого размера и высокие технико-экономические показатели в работе. Про­

с опилками грануляция шихты исключается, так как газопроницае­ мость шихты обеспечивается за счет разрыхляющего действия шлака, вводимого в количествах 40— 60% и опилок 10— 12% по объему.

Физико-химическая сущность агломерации (спекание шихты). Процесс образования пористой структуры в аглопорите связан с выгоранием топлива, органических примесей и серы, испарением воды, контактным спеканием зерен шихты, прососом воздуха через размягченную массу и вспучиванием ее. Сущность процесса агломера­ ции заключается в контактном спекании в крупные пористые конгло-

В результате давления, создаваемого под колосниковой решеткой (2,45— 4,91 кН/м2), воздух продувается через слой материала. Ш ихту

ее способствует разрыхлению шихты, что улучшает условия выгорания и частичного вспучивания материала.

Для нормального процесса агломерации необходима определенная газопроницаемость загружаемого материала. Низкая газопроницае­ мость обусловлена загрузкой материала с полидисперсным грануло­ метрическим составом и высоким содержанием мельчайших фракций. Вследствие этого исключают фракции размером менее 1 мм. Для до­ стижения хорошей газопроницаемости пригодны смеси с узким диапа­ зоном фракций. Наиболее благоприятными, в зависимости от свойств

Выбор максимального размера зерна зависит также и от пористос­ ти гранул. Гранулы с высокой пористостью (более 50%) могут иметь величину до 20 мм. Максимальный размер зерна с низкой пористостью (менее 40%) не должен превышать 12 мм. Нижней границей порис­ тости зерна является пористость, равная 35%. Хорошие результаты достигаются при скорости обжига в вертикальном направлении 1,3— 1,8 см/мин.

В зоне подогрева материал нагревается почти до 600° С в сильно восстановительной среде. До 1400° С и более температура подымается за 3— 4 мин. В зоне спекания, на небольшом участке слоя, лежащем у поверхности, создается температура 1100— 1400° С. Печная атмос­ фера изменяется от окислительной (в верхней прогоревшей части) до восстановительной в части, граничащей с зоной подогрева. При этих условиях железо (III) переходит в железо (II), способствуя оп­ лавлению и спеканию гранул между собой. Продолжительность перио­ да изотермического нагрева (1400— 1600° С) — 1—2 мин. Зона охлаж­ дения (до 600—800° С) продолжается 2—3 мин. Контактное спека­ ние зерен шихты наступает при температуре 100—350° С выше темпе­ ратуры начала появления жидкой фазы (около 1000° С и выше).

Образование жидкой фазы начинается со сплавления тонкодисперс­ ного глинистого вещества (1200— 1250 0 С) и взаимодействия послед­ него с минералами пылевидных и песчаных фракций. При скоростном нагреве (100— 500° С/мин) термические эффекты смещаются в область более высоких температур (на 50—225° С).

Температура процесса дегидратации повышается с 500 до 1000° С, выгорание органических примесей до 200 °С,* [амортизации с 950 до 1200° С, диссоциация карбонатов до 1100° С, твердофазовые реакции с 1250 до 1600° С. Не исключено, что при быстром (3,5—5 мин) подъеме температуры в процессе агломерации конституционная вода может начать выделяться при еще более высоких температурах (1300— 1500° С), когда водяной пар уже разлагается на кислород и водород.

В результате быстрого подъема температуры 60—70% газообраз­ ных веществ, выделяющихся в процессе агломерации из газово-жид­ ких включений, приходится на область высоких температур. В период разрыва зерен шихты газовая фаза, освобождаясь под огромным дав­ лением (34,4—98,7 МПа), производит работу поризации пиропластического расплава.

При правильном ведении процесса агломерации и наличии в сырье 3— 5% щелочей (Na20 , К20 ) в пиропластический расплав переходит до 50% шихты. Этого достаточно для прочного связывания осталь­ ной, более крупной, еще нерасплавленной части, что обеспечивает получение аглопорита высокого качества. В присутствии NazO и К20

Более крупная часть шихты с повышением температуры медленно изменяется. Так, при 1100— 1150° С полностью аморфизуются и пла­ вятся зерна глауконита, частично аморфизуются пластинки железис­ тых слюд. Завершается диссоциация карбонатных включений. Зерна кварца и полевого шпата не изменяются. При 1200— 1250° С, завер­ шается аморфизация железистых слюд, разрушается кристаллическая решетка полевых шпатов. При 1300° С и наличии восстановительной атмосферы происходит плавление полевых шпатов и растворение с по­ верхности зерен кварца на глубину 1— 2 мкм. При 1400— 1500° С вязкость расплава понижается и заметно увеличивается глубина рас­ творения зерен кварца.

В глинах с высоким содержанием грубодисперсных частичек квар­ цево-полевошпатового состава (свыше 50%) наблюдается медленное плавление при высокой вязкости жидкой фазы. Полимерные глини­ стые породы с преобладанием минералов группы монтмориллонита и тонкодисперсных железистых слюд образуют короткоплавкие шихты.

Примеси полевых шпатов и глауконита, являющиеся эффективны­ ми плавнями, понижают температуру спекания шихты. При этом сплав, образующийся в агломерируемой шихте в условиях высоких температур, растворяет частички кварца на глубину 10— 20 мкм, а карбонатных включений — на глубину до 5 мм. Песчаные фракции создают жесткий каркас в аглопорите. Поэтому основным структур­ ным элементом аглопорита является стекло различного состава, осо­ бенно при агломерации шлаков и зол, и меньше в продукте, получен­ ном из шахтных пород. Кристаллические образования представлены в незначительном количестве.

Восстановительная среда способствует раннему появлению низко­ температурных эвтектик с участием FeO и общему понижению темпе­ ратуры плавления на 100— 150° С по сравнению с температурой плав­ ления в окислительной среде.

Переход глинистого вещества в пиропластическое состояние и контактное спекание частичек (гранул) сопровождаются процессом порообразования, а иногда и вспучивания шихты. Эти процессы оп­ ределяются двумя факторами: действием просасываемого через шихту воздуха и влиянием газовой фазы шихты (воздух, пары, вода, газы).

Температурный интервал между началом образования жидкой фа­ зы и порообразованием определяется главным образом минералоги­ ческим составом глинистого сырья, в то время как скорость фазовых превращений зависит от температурного режима и характера газовой среды, давления и др. Характер и размер пор зависит от состава и температуры жидкой фазы. Наблюдения за формированием структуры

повышается. При низком содержании стеклофазы и кристаллических новообразований возрастает объемная масса аглопорита и снижается его прочность.

Скорость подъема температур при агломерации в 15 раз выше, а продолжительность пребывания слоя материала в зоне высоких температур в 7— 10 раз короче, чем при обжиге керамического гравия во вращающейся печи.

Вязкость расплава не играет решающей роли, так как выделяю­ щиеся пузырьки газа не успевают удалиться из материала, прежде чем частички материала охладятся до вязкого, а затем и твердого со­ стояния. Этим объясняется возможность агломерации глинистых ма­ териалов, пригодных для аглопорита и непригодных для производ­ ства керамзита.

В связи с .высоким технологическим эффектом процесса агломера­ ции можно при малом расходе топлива (6— 10%) достигать высоких температур (1600— 1700° С).

При восходящем движении газов (дутьевой способ) повышается теплотехническая эффективность процесса за счет снижения темпе­ ратуры отходящих газов, увеличивается скорость спекания в 1,6—

2.1раза, повышается съем в час с 1 м2 площадки машины с 0,46 до

1.1м3. При этом резко улучшаются условия охлаждения аглопо­ рита.

Газопроницаемость шихты зависит от зернового состава, влажнос­ ти, объема пустот и количества топлива в шихте, высоты слоя шихты и величины разрежения. Газопроницаемость при слое шихты в 200 мм 0,2— 0,3 м/с. Она непрерывно изменяется: низкая в середине процесса вследствие конденсации влаги и высокая в конце процесса в резуль­ тате образования пористой структуры «спека». Предварительный про­ грев шихты до температуры, превышающей на 2— 3° С температуру конденсации паров воды отходящих газов, улучшает газопроницае­ мость шихты и всего процесса агломерации. Не допускается включе­ ние гранул крупностью более 10— 12 мм.

Аэродинамическое сопротивление насадки влияет на процесс спе­ кания, доводку и охлаждение спека. Оно зависит от направления про-

сасывания воздуха через материал — нисходящее и восходящее. Д о 30% отсасываемого воздуха не участвует в процессе агломерации, отрицательно влияя на скорость спекания шихты и производитель­ ность. Процесс агломерации протекает с 3— 4-кратным избытком воз­ духа (от 0,5 до 1,1 м3/с на 1 м2 площади спекания). В результате не­ равномерного распределения просасываемого воздуха, отходящих га­ зов и влаги нижние слои шихты от переувлажнения разрушаются, что снижает газопроницаемость, а в спеке на выходе из лент машины остаются раскаленные пятна неспекшейся шихты. Это ухудш ает проч­ ность и повышает объемную массу аглопорита. Неравномерность агло­

примерно на 2/3 высоты слоя с шагом 200— 300 мм, то просасывание воздуха будет более .равномерным, при этом улучшается процесс го-

рения топлива, повышается однородность спека за счет резкого сокращения недожога шихты (рис. 138). Прокалывание осуществляют ме­ ханически специальными приспособлениями.

Спекание шихты (агломерация) осуществляют в машинах периоди­ ческого (агломерационные чаши) и непрерывного действия (карусель­ ные и ленточные агломерационные машины).

Агломерационные чаши периодического действия, съемные и ста­ ционарные (опрокидывающиеся), состоят из собственно чаш, вакуум-

русельные.

ла 1,25 об/ч. Чаши запол­ няются шихтой с помощью специального ленточного питателя, по­

верхность шихты разравнивается скребком при повороте стола уста­ новки на 1/8 окружности.

При очередном повороте стола заполненная чаша перемещается под зажигательный горн (открытая газовая горелка). При переме­ щении чаш на последующие три позиции происходит спекание шихты, продолжающееся 35—45 мин. Далее чаша остывает. Поворо­ том чаши вокруг своей оси спек выгружается на пластинчатый кон­ вейер.

Агломерационные машины карусельного типа имеют более высо­ кий коэффициент использования колосниковой решетки (до 75%) по сравнению с чашами периодического действия. Однако они малопро-

«зводительны и поэтому их нельзя рекомендовать при годовом выпуске -аглопорита более 30 тыс. м3.

На заводах большой мощности в производстве аглопорита исполь­ зую т агломерационные машины ленточного (конвейерного) типа как наиболее производительные (СМ-427А, СМ-939, СМ-961 и др .).

Секционная агломерационная машина СМ-961 (рис. 139) представ­ ляет собой цепной конвейер, днище которого набрано из отдельных тележек (палет) с балочными колосниками. Количество палет колеб­ лется от 176 в шестисекционной до 82 в трехсекционной машине (в каж­ дой секции до 17 палет). Длина машины зависит от количества секций в ней и составляет 48,67; 42,72; 36,74 и 30,79 м, а площадь решетки

Рис. 139. Схема работы агломерационной секционной ленточной машины СМ-961:

соответственно 60; 51; 42; 33 ма. Ширина решетки машины 1500 мм. Конвейер движется от электропривода мощностью 6 кВт со скоростью 0 ,3 — 1,7 м/мин.

По длине конвейер условно разделяется на несколько участков. Первый участок служит для загрузки машины шихтой и разравнива­ ния ее специальным скребком на подстилающем слое «возврата» (не­ дожога) толщиной 20— 30 мм.

Укладывают шихту на колосниковую решетку машины ленточ­ ными конвейерами или специальными питателями, в том числе кон­ вейером со струнным ситом с вибратором. На низ решетки уклады­ вают более крупные гранулы, а на верх — мелкие, что обеспечивает более равномерное горение топлива по высоте шихты. При переувлаж­ нении шихты сито забивается и эффективность укладки шихты сни­ жается. Электроподогрев струнного сита частично устраняет этот не­ достаток. Применяя агломерационные машины с шириной ленты до 2 м, целесообразно использовать для укладки шихты барабанные и маятни­ ковые укладчики, а также вибрационные питатели с косым срезом.

Следующий участок, длиной 4— 6 м, предназначен для зажигания топлива в верхнем слое шихты (зона зажигания). Топливо зажигается

За зоной зажигания следует два участка — зоны спекания (агло­ мерации) и доводки. В зоне доводки воздух подается в обратном на­ правлении — снизу вверх (дутье), что способствует выравниванию температуры над колосниками и устраняет опасность образования в этих местах недожога.