Свойства заполнителей и методы испытаний 4 страница

Если глины обладают ярко выраженной спайностью и при дроблении дают большое количество «лещади» - тонких пластинок, то для производства керамзита они не пригодны, т.к. лещадь практически не вспучивается. Кроме того, при этом способе порода не должна содержать включений известняка, т.к. удалить его из глины невозможно.

Технологическая схема изготовления гранул по сухому способу приведена на рис.14.

При карьерной влажности глинистой породы более 8% гранулы подсушивают, а при меньшей влажности гранулы поступают на грохот без подсушки. На грохоте дробления глина рассеивается по фракциям с тем, чтобы в последующем каждую фракцию обжигать в отдельной печи, т.к. режим обжтга должен быть дифференцированным в зависимости от крупности фракуии. Фракцию более 20мм возвращают на додрабливание, а фракция менее 5мм может быть использована для получения пористого песка.

Совместный обжиг мелкой фракции с крупной может привести к свариванию обжигаемых гранул в конгломерат.

Сухой способ наиболее экономичен по капиталовложениям и эксплуатационным затратам. Однако его применение ограничено, т.к. сравнительно редко встречаются месторождения камнеподобных высоковспучивающихся глин, а повышать вспучиваемость глин введением добавок при этом способе невозможно.

По технологии сухого способа освоен выпуск шунгизита, сырьем для которого являются шунгизитовые сланцы, добываемые в Карелии.

3.4. При пластическом формовании гранул их формуют из пластической глиняной массы. Этот способ целесообразно применять для глин с рыхлой и плотной структурой, намокающих в воде, когда их карьерная влажность равна или ниже нормальной формовочной влажности. Содержание каменистых включчений в глине не должно превышать 10%, а включение известняка должны иметь размер не более 1 мм.

Технологическая схема подготовки гранул по пластическому способу приведена на рис.15.

Эта схема представляет собой наиболее развитый вариант технологического процесса подготовки гранул по пластическому способу. В действительности отдельные заводы работают с различными упрощениями и видоизменениями этой схемы.

Предпочтительно иметь крытый механизированный глинозапасник, который обеспечивает стабильную влажность глины, но и открытый склад глины обеспечивает лучшие условия эксплуатации оборудования (исключает перебои в подаче глины) по сравнению с непосредственно подачей в производство карьерной глины.

Двойная переработка глины в глиномешалках заметно улучшает качество керамзита, но на практике чаще предусматривают одну глиномешалку.

Крытый склад

Автосамосвал

Приемный бункер

Питатель

Волково-зубчатая дробилка

Сушильный барабан

Фракция ≥20 мм

Грохот

Фракция ≤5 мм

для обжига на песок

Волково - зубчатая дробилка

Крупная Мелкая

фракция Сортировочный грохот фракция

Бункер Бункер

Тарельчатый питатель Тарельчатый питатель

Вращающаяся печь Вращающаяся печь

Рис. 14 Технологическая схема изготовления гранул сухим способом.

Установка для Установка для Приемный Открытый Глино -

приготовления приготовления бункер склад глины запасник

опудриваю - эмульсии твердых

щего порошка добавок Экскаватор Мостовой

Насос шесте- грейфер -

Бункера опуд- ренчатый Автосамосвал ный кран

ривающего Ленточный

порошка питатель Глинопитатель-

ная машина

Ленточный Ящичный

питатель подаватель

Дезинтергратор-

ные вальцы

Глиномешалка

СМ - 447А

Глиномешалка вода

СМ - 246 пар

Вальцы дырчатые

перерабатывающие

Вальцы дырчатые Ленточ-

формовочные ный

пресс

Барабан для окатки

гранул

Сушильный барабан

Бункер сухих гранул

Маятниковый питатель

Вращающаяся печь

Рис. 15 Технологическая схема изготовления гранул пластическим способом

На многих действующих заводах перерабатывающие вальцы исключены из технологии, что ухудшает качество гранул и в целом керамзитового гравия.

Производительность дырчатых вальцов; 8 м3/час при d = 7мм, 25 м3/час при d = 18 мм. Для каждой глины имеется оптимальный диаметр гранул, при котором можно обеспечить наибольшую вспучиваемость и наименьшее значение объемной массы вспученной гранулы. Следовательно, производительность дырчатых вальцов необходимо определять только для определенного диаметра гранул.

В настоящее время выявился существенный недостаток дырчатых вальцов как формующей машины - в них длина гранул образуется стихийно и ее нельзя регулировать. ГОСТ 9759-93 регламентирует величину коэффициента формы зерна и поэтому на некоторых заводах заменили дырчатые вальцы ленточными прессами, которые позволяют получать гранулы заданной длины и улучшать качество выпускаемого керамзита. При этом ленточный пресс должен быть смонтирован на массивный фундамент.

В типовых проектах керамзитовых предприятий, разработанных институтом Гипростройматериалы, сушка гранул может вестись во вращающейся печи ( совместно с обжигом) и в отдельном сушильном агрегате.

При организации сушки гранул в отдельном сушильном агрегате можно регулировать режим их сушки. Кроме того, в этом случае работа печи не зависит от работы узла подготовки гранул ( в специальном бункере имеется запас подсушенных гранул). Последнее позволяет организовать работу узла подготовки гранул и соответственно снизить эксплуатационные расходы.

Для сушки гранул применяют сушильный барабан диаметром 2800 и длиной 20000 мм (завод «Волгоцемммаш»).

В НИИкерамзите разработана и проверена конструкция запечного устройства, названного слоевым подготовителем. Это устройство существенно увеличивает производительность печи (до 160%) и уменьшает расход топлива (до 38%), а также уменьшает запыленность воздуха (загрязненные печные газы, проходя через гранулы, очищаются).

Влажность выходящих из сушильного барабана гранул составляет 12 -14%. Бункера запаса высушенных гранул должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией для эвакуации водяных паров, т.к. это предотвращает зависание гранул в бункерах.

Добавки подготовляют и вводят следующим образом; опилки и уголь просевают для отделения крупных фракций и дозируют ленточным или тарельчатым питателем на конвейер или непосредственно в глиномешалку ( прямой ввод). Более эффективен ступенчатый ввод, при котором добавка вначале смешивается в глиномешалке с незначительной частью глины (15% от общего расхода), а затем эта смесь подается для смешивания с остальной глиной.

Низковязкие жидкие добавки вводят в глиномешалку, распыливая механическими, предварительно тарированными форсунками. Высоковязкие добавки подогревают до 80- 100° С и затем также вводят распылением.

Эмульсионные добавки приготовляют тщательным перемешиванием в турбулентном диспергаторе предварительно разогретого мазута и глинистой суспензии (стабилизатора) до получения устойчивой тонкой дисперсии мазута в воде.

Опудривающий порошок из огнеупорной глины или каолина получают за счет полома дробленного исходного материала в шахтной мельнице до прохода через сито с отверстиями размером 0,315 мм. Опудривание производят в барабане, установленном после формовочной машины.

Пластический способ является более сложным и дорогим, чем сухой, но зато он допускает использование глин более распространенных разновидностей и дает возможность вводить в глину добавки, повышающие ее вспучиваемость.

ЛЕКЦИЯ 9

ПЛАН ЛЕКЦИИ

3.5. Шликерный способ производства керамзита

3.6. Обжиг керамзитового гравия.

3.7. Охлаждение, сортировка, складирование керамзита.

3.8. Технико-экономические показатели.

3.5. Шликерный способ является бесформовочным, т.е. не предусматривает предварительной формовки глиняных гранул. Во вращающуюся печь подают глиняный шликер и в ней самопроизвольно образуются гранулы.

Этот способ целесообразно применять, когда карьерная влажность глин выше формовочной, а также для глин, природную структура которых трудно разрушить способами пластической переработки, при добавках высоковязких глин и при значительном содержании каменистых включений в глине (более 10 %).

Технологическая схема приготовления шликера приведена на рис. 16.

Для первичного дробления глины применяют дезинтеграторные вальцы, валково-зубчатые дробилки и дисковые глинорезки.

Глиняный шликер приготовляют в глиноболтушках грабельного типа. Диаметр их достигает 12 м, а производительность 60 т по сухой глине. Достоинства их: безаварийны в работе даже при использовании засоренных каменистыми включениями глин. Крупные каменистые включения задерживаются выпускной решеткой и периодически удаляются из глиноболтушки. Мелкие включения размером 0,5 - 10 мм отделяются на специальном сите, на которое шликер подается под давлением 0,2 - 0,3 МПа.

Необходимые показатели текучести и растекаемости шликера получают за счет регулирования его влажности, а также за счет введения электролита. Электролит обеспечивает понижение влажности шликера и уменьшение удельного расхода топлива.

Для хранения запаса шликера используют специальные емкости – шлам-бассейны:

а) вертикальные диаметром 8 м, вместимостью 1000 м³ с пневматическим перемешиванием;

б) горизонтальные диаметром 35 м, вместимостью 6000 м³ с крановыми мешалками и пневматическим перемешиванием.

Достоинства шликерного способа: является наиболее универсальным и позволяет использовать глины с более широким диапазоном свойств, упрощается очистка глины от каменистых и карбонатных включений; отпадает необходимость утеплять запас глины для работы в зимнее время, т.к. глину можно размораживать в глиноболтушках, позволяет получать более легкий и более мелкий керамзит, чем при пластическом способе.

Недостатки: повышенный расход топлива и снижение производительности печи не 25 - 30 % в связи с испарением большого количества влаги.

3.6. Обжиг керамзитового гравия осуществляют во вращающихся барабанных печах длинной от 10 до 60 м. На керамзитовых предприятиях производительностью 100 тыс. м³ в год и более наибольшее распространение получили печи размером 2,5 ´ 40 м.

Рассмотрим процессы, происходящие в 40-м вращающейся печи при обжиге неподсушенных глиняных гранул. При этом всю длину печи можно разделить на четыре технологические зоны: сушки, подогрева, вспучивания и отвердевания.

В зоне сушки (11 м со стороны загрузочного конца печи) температура газов достаточно высокая - 700 - 850 ⁰С, но температура материала достигает всего 100 ⁰С, т.к. тепло расходуется на испарение свободной влаги. Потерь при прокаливании в этой зоне не происходит, а уменьшение объемной массы гранул происходит исключительно за счет подсушки гранул. Коэффициент теплообмена в зоне сушки составляет 145-232 Вт/(м²×град).

В зоне подогрева (15 м за зоной сушки) удаляются остатки гигроскопической влаги, а также заканчиваются потери при прокаливании; материал нагревается со 100 до 875 ⁰С при температуре газов в печи 850 - 1100 ⁰С. Это приводит к дальнейшему уменьшению объемной массы гранул. Коэффициент теплообмена в этой зоне равен 108-128 Вт/(м²×град).

В зоне вспучивания на коротком участке длиной 8 м почти скачкообразно понижается объемная масса гранул с повышением температуры материала до 1125 ⁰С. На последнем участке этой зоны (длиной 4 м) температура газов и материалов практически остается стабильной, а объемная масса гранул продолжает несколько уменьшаться в результате пиропластического состояния материла.

В зоне отвердевания (длина 2 м) температура материала понижается от конечной 1125 до 1025 ⁰С и соответственно уменьшается температура газов.

Режим термоподготовки оказывает существенное влияние на качество керамзита. Он должен исключить взрывание гранул и потерю или вспучивание вследствие преждевременного удаления органических веществ.

При переходе из зоны тепмоподготовки (подогрева) в зону вспучивания гранулы из тяжелых глин более склонны к взрыванию. Это вызвано ускоренным испарением остатков свободной и физически связанной влаги, а в зоне вспучивания - химически связанной влаги. Нагрев гранул из таких глин в интервале температур 400 - 700 ⁰С должен веститсь плавно в течение примерно 15 мин.

Гранулы из глин типа легких суглинков не взрываются при резком повышении температуры. Термоподготовка их может заканчиваться при температуре 200 - 300 ⁰С. Легкий керамзит из такого сырья можно получить лишь при больших скоростях обжига.

Таким образом, для каждой глины существует своя оптимальная скорость нагрева.

Для многих глин представляется необходимым замедлить повышение температуры в зоне подогрева и поднимать ее в этой лишь до 400 - 600 ⁰С с тем, чтобы сохранить в материале полностью его газотворную способность для зоны вспучивания. Обжиг керамзита, при котором обеспечено медленное повышение температуры в зоне подогрева и быстрое в зоне вспучивания, называют иногда ступенчатым (или двухстадийным).

В однобарабанных печах режим обжига керамзита можно регулировать за счет следующих технических мероприятий: изменением длины факела за счет конструкции горелок, изменением интенсивности загрузки материала в печь, устройством в футеровки подпорных колец, оборудованием «холодного» конца печи теплообменными устройствами, применением ребристой футеровки в «холодном» конце печи и установкой V - образного теплообменника на загрузочном конце печи.

Однако гораздо большими возможностями по обеспечению ступенчатого обжига обладают двухбарабанные печи. В них длинный барабан малого диаметра предназначен для сушки и подогрева гранул до температуры 200 - 600 ⁰С, а короткий барабан большего диаметра - для их вспучивания. Наиболее эффективны двухбарабанны печи для слабовспучивающихся глин.

3.7. В время охлаждения обожженного керамзита происходят отвердевание стекловидной фазы и кристаллизация новообразований из силикатного расплава. Кристаллические фазы состоят из остаточных нерасплавившихся зерен кварца и полевого шпата, кристобалита (его появление зависит от режима охлаждения) и иногда муллита.

Зерна кварца должны быть не более 250 мк, т.к. внедрение в стеклофазу более крупных зерен приводит к повышению концентрации напряжений вокруг них.

Во вспученных керамзитовых гранулах из-за малой их теплопроводности возникает значительный температурный перепад, наличие которого влечет за собой появление термических напряжений. Они при превышении критического предела приводят к появлению микротрещин в перегородках между порами и как следствие к понижению прочности керамзита.

Таким образом, режим охлаждения керамзита должен влиять на степень его закристаллизованности и на величину возникающих в гранулах термических напряжений и в конечном счете на его прочность.

На рис. 17 показана зависимость прочности керамзита от длительности его охлаждения.

Снижение прочность керамзита, отмеченное не правой ветви кривых, объясняется тем, что длительное пребывание керамзита в области температур, обеспечивающих продолжение процесса вспучивания, приводит к образованию крупных сообщающихся пор, понижающих прочность гранул.

Другое объяснение указанного снижения в интервале температур 1180 - 800 ⁰С закисное железо оболочки переходит в окисное. Это приводит к расстекловыванию железисто-силикатного стекла, что ослабевает связи и понижает прочность керамзита.

Рекомендуется использовать ступенчатый режим охлаждения: от конечной температуры обжига до 800 - 850 ⁰С керамзит нужно охлаждать быстро, в интервале 850 - 400 ⁰С - охлаждать медленно для локализации напряжений от модификационных превращений кварц, а затем опять охлаждать быстро.

Однако керамзит пока охлаждают в холодильниках с нерегулируемым режимом. При этом используют следующие типы холодильников:

1) Барабанные холодильники - полые цилиндры размером (1,5-2,5) ´ (8-22) м, установленные с уклоном 3-4 % и вращающиеся со скоростью 1,5 - 2,5 обор/мин.; со стороны горячего конца примерно на 1/3 длины, их футеруют шамотным кирпичом. Достоинства - надежность в работе; недостатки - низкая интенсивность теплообмена и как следствие высокая температура выгружаемого керамзита (150 - 250 ⁰С), громоздкость.

2) Самотечный слоевой колосниковый холодильник НИИкерамзита - состоит из двух ступеней наклонных решеток, заключенных в футерованный изнутри металлический корпус.

Охлаждение в слое и принцип противотока обусловливают мягкий режим охлаждения, исключающий значительную потерю прочности керамзита. Температура выгружаемого керамзита 60 ⁰С; длительность охлаждения зависит от производительности и почти вдвое больше, чем в барабанном холодильнике.

3) Аэрожелоб - наклонный полутрубчатый корпус, в средней части которого помещена решетка: под решетку нагнетается воздух, создающий на ней воздушную подушку, по которой движется керамзит. Достоинства - простота устройства и надежность работы; недостаток - прочность керамзита ниже, чем при использовании холодильников других типов. Охлажденный керамзит сортируют по фракциям с помощью гравиесортировки С-215Б, устанавливаемой на перекрытии склада готовой продукции. Имеется опыт агрегирования сортировочного устройства с барабанным холодильником. Проведены успешные опыты применения сепараторов кипящего слоя для сортировки керамзита по его объемной массе. Согласно требованиям стандарта отпускная влажность керамзита не должна превышать 2 % и поэтому склады готовой продукции должны быть закрытого типа (например, силосные).

3.8. Выпуск керамзита в нашей стране составил в 1970 г. 11 млн. м³ и в 1981 г - 26,5 млн. м³. Его вырабатывают примерно 170 предприятий. Используется керамзит в основном для изготовления наружных ограждающих керамзитобетонных панелей, для которых высокие теплозащитные свойства должны быть обеспечены легким керамзитом. Поэтому большая часть керамзита производится по показателю насыпной объемной массы марки 500 и ниже. В настоящее время стоит задача добиваться на большинстве предприятий производства керамзита марки не более 400.

Однако для нужд строительства требуются не только теплоизоляционные и конструктивно-теплоизоляционные легкие бетоны, но и конструкционные легкие бетоны, для которых нужны более прочные пористые заполнители. В связи с этим особую актуальность приобретают мероприятия, позволяющие повысить прочность керамзита без увеличения его насыпной массы.

При решении вопроса экономической эффективности производства керамзита необходимо учитывать статические данные приведенные на рисунках 17 и 19. Эти данные устанавливают достаточно четкую зависимость себестоимости керамзита от его насыпной объемной массы (рис. 18) и мощности предприятия (рис. 19): экономичность производства керамзита резко снижается с увеличением его насыпной массы и с уменьшением годовой производительности завода.

ЛЕКЦИЯ 10

ПЛАН ЛЕКЦИИ

3.9 Производство керамзитового песка.

3.10 Особенности производства глинозольного керамзита и зольного гравия.

Меры по охране труда.

3.9. Эффективность применения конструкционно-теплоизоляционного керамзитобетона (марок 50-100) во многом зависит от вида мелкозернистого заполнителя: кварцевый песок сильно утяжеляет бетона и понижает его теплозащитные свойства.