Промышленность строительных материалов

         Для обжига керамзита применяют  газообразное или жидкое топливо:  первое, главным образом, в виде  природного или городского газа  с теплотой сгорания около  21000 – 35700 кДж/м³, второе в виде мазута и иногда солярового масла с теплотой сгорания около 37800 – 420000 кДж/кг.

         Жидкое топливо сперва подогревают  в мазутохранилищах до 45 – 45°С, что на 5 - 10°С превышает температуру его застывания, а перед поступлением в печь -  в питательных баках до 75 - 90°С. [3]

        Важнейший фактор, характеризующий  сжигание топлива, - объемная скорость 

горения во вращающейся печи, представляющая собой  ее тепловое напряжение, определяемое как частое от деления тепловой мощности печи на объем топочного пространства. В среднем она равна 1260000 кДж/(м³∙ч). Чем больше объем топочного пространства, где происходит сгорание топлива, тем ниже объемная скорость горения, и наоборот.  Для сжигания мазута применяют комбинированные воздушно-механические мазутные форсунки.

        В данной курсовой работе выбрано  газообразное топливо так как  при газообразном топливе легче  поддерживать необходимую температуру  и характер пламени, что отражается  в последствии на качество  выпускаемого керамзита. [1]

3.2. Состав сырьевой  массы

      Сырьевая смесь для производства керамзита включает, мас.%: глину 91 - 95 и минеральную добавку 5 - 9, в качестве которой используют вермикулит фракции 0,63 - 0,0 мм состава, мас.%: SiO₂ 40,15, TiO₂ 1,16, Al₂O₃ 11,01, Fe₂O₃ 14,05, FeO 1,0, MnO 0,10, CaO 1,44, MgO 17,49, Na₂O 0,32, K₂O 4,19, P₂O₅ 0,15, SO₃ 0,05, F 1,44 п п.п. 7,45, полученный методом обратной флотации отходов класса 0,63 - 0,0 мм неслюдяного производства, образующихся при переделе руд.

      Известна сырьевая смесь для производства керамзита, включающая в мас.%: глину 90 - 93, регенерат ионообменных фильтров 7 - 10. 
     Недостатком известной сырьевой смеси является высокая объемная масса получаемых гранул керамзита (530 - 550 кг/м³). 
      Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является сырьевая смесь,     включающая, мас.%: глину 63 - 65, волокнистые   отходы      первичной переработки шерсти, 0,9 - 1,4;   кианит 14 - 15;  остальное вода. Недостатком этой сырьевой   смеси является  также высокая   объемная масса   гранул   керамзита, получаемых из предлагаемой смеси (470 - 490 кг/м³). 
Технический результат   -   снижение объемной    массы    гранул,   получаемых из предлагаемой смеси. [3] 
       Указанный   технический  результат     при      осуществлении     изобретения достигается   тем,  что   сырьевая смесь для   производства керамзита, включающая глинистое сырье и добавку, содержит в качестве минеральной добавки вермикулит фракции 0,63 - 0,0 мм состава, мас.%: SiO₂ 40,15; TiO₂ 1,16; Al₂O₃ 11,01;Fe₂O₃14,05; FeO 1,0; MnO 0,10; CaO 1,44;  MgO 17,49; Na₂O 0,32; K₂O 4,19; P₂O₅ 9,15; SО₃ 0,05; F 1,44, п.п.п. 7,45, полученный     методом   обратной    флотации   отходов класса 0,63 - 0,0 мм неслюдяного   производства, образующихся при переделе руд при следующем соотношении компонентов, мас.%: 
Глина - 91 - 95 
Вермикулит - 5 - 9 
       Сопоставительный    анализ с   прототипом позволяет   сделать    вывод,   что предлагаемая   сырьевая смесь   отличается  от известной   введением минеральной добавки вермикулита фракции - 0,63 - 0,0 мм состава, мас.%: SiO₂ 40,15, TiO₂ 1,16; Al₂O₃ 11,01; Fe₂O₃ 14,05, FeO 1,0, MnO 0,10, CaO 1,44, MdO 17,49, Na₂O 0,32, K₂O 4,19, P₂O₅ 0,15, SO₃ 0,05, F - 1,44; п.п.п.- 7,45,   полученного   методом    обратной флотации отходов класса - 0,63 - 0,0 мм, неслюдяного производства, образующихся при переделе руд. 
Таким     образом     предлагаемое  техническое  решение   соответствует критерию "новизна".[3] 
            Анализ известных сырьевых смесей для производства керамита не выявил в них признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа и обеспечивающие керамзиту такие   свойства,  которые он   проявляет в предлагаемом  решении, а именно снижение объемной массы гранул керамзита с достаточной прочностью на сжатие в   соответствии с  ГОСТ 9759-86 и, как следствие,   улучшение качества изделий и повышение марки получаемого керамзита. 
             Таким    образом,    предлагаемое   качественный и  количественный состав сырьевой смеси для получения керамзита придает керамзиту новое свойство, что позволяет   сделать вывод  о соответствии   предлагаемого   решения  критерию "изобретательский  уровень".   Введение  вермикулита   в состав сырьевой смеси понижает   вязкость   сырьевой   смеси    при    нагревании  за счет повышенного поддержания в вермикулите: 1. Оксидов железа (Fe₂O₃) в среднем в 2 раза, наличие которых приводит к ослаблению поверхностного натяжения нагреваемых гранул, благодаря     чему  снижается    нижняя   граница   интервала   вспучивания  при одновременном   его   расширении;   2. Оксидов натрия  и   калия,   которые    при нагревании расширяют интервал размягчения,   делая его длинноплавким; 3. Более низкого, чем в глине, содержания тугоплавких компонентов (SiO₂) оксида кремния в 1,4 раза и (Al₂O₃) оксида алюминия в 1,7 раза. [3]

3.3. Выбор способа  и технологической  схемы производства

3.3.1. Выбор  способа производства

    Выбор способа переработки сырья  определяется свойствами исходного сырья, а качество заполнителя зависит от режима термической обработки, при котором создаются оптимальные условия вспучивания подготовительных сырцовых гранул (зерен). [3]

    Различают четыре основные технологические схемы подготовки сырцовых гранул, или четыре способа производства керамзита: сухой, пластический, порошково-пластический и мокрый.

        Сухой способ используют при наличии камнеподобного глинистого сырья (плотные сухие глинистые породы, глинистые сланцы). Он наиболее прост: сырье дробится и направляется во вращающуюся печь. Предварительно необходимо отсеять мелочь и слишком крупные куски, направив последние на дополнительное дробление. Этот способ оправдывает себя, если исходная порода однородна, не содержит вредных включений и характеризуется достаточно высоким коэффициентом вспучивания. Влажность сырцовой крошки не должна превышать 9%.[1]

       Наибольшее распространение получил пластический способ. Рыхлое глинистое сырье по этому способу перерабатывается в увлажненном состоянии в вальцах, глиномешалках и других агрегатах (как в производстве кирпича). Затем из пластичной глино-массы на ленточных шнековых прессах или дырчатых вальцах формуются сырцовые гранулы в виде цилиндров, которые при дальнейшей транспортировке или при специальной обработке окатываются, округляются. Качество сырцовых гранул во многом определяет качество готового керамзита. Поэтому целесообразна тщательная переработка глинистого сырья и формование плотных гранул одинакового размера. Размер гранул задается исходя из требуемой крупности керамзитового гравия и установленного для данного сырья коэффициента вспучивания.

         Перерабатывающее оборудование выбирают в зависимости от физико-механических свойств глин: их влажности и дисперсности. Энергозатраты на переработку возрастают с повышением дисперсности сырья и уменьшением его влажности. Обычно формовочная влажность глин находится в пределах 18 ... 28%.

Гранулы с влажностью примерно 20% могут сразу  направляться во вращающуюся печь или, что выгоднее, предварительно подсушиваться в сушильных барабанах, в других теплообменных устройствах с использованием теплоты отходящих дымовых газов вращающейся печи. При подаче в печь подсушенных и подогретых гранул ее производительность может быть повышена.

       Таким образом, производство керамзита по пластическому способу сложнее, чем по сухому, более энергоемко, требует значительных капиталовложений.

 Однако, переработка глинистого сырья с разрушением его естественной структуры, усреднение, гомогенизация, а также возможность улучшения его добавками позволяют увеличить коэффициент вспучивания. [1]

          Порошково-пластический способ отличается от пластического тем, что вначале помолом сухого глинистого сырья получают порошок, а потом из этого порошка при добавлении воды получают пластичную глиномассу, из которой формуют гранулы, как описано выше. Необходимость помола связана с дополнительными затратами. Кроме того, если сырье недостаточно сухое, требуется его сушка перед помолом. Но в ряде случаев этот способ подготовки сырья целесообразен: если сырье неоднородно по составу, то в порошкообразном состоянии его легче перемешать и гомогенизировать; если требуется вводить добавки, то при помоле их легче равномерно распределить; если в сырье есть вредные включения зерен известняка, гипса, то в размолотом и распределенном по всему объему состоянии они уже не опасны; если такая тщательная переработка сырья приводит к улучшению вспучивания, то повышенный выход керамзита и его более высокое качество оправдывают произведенные затраты. [1]

       В данной курсовой работе разработана технология производства керамзита по мокрому способу. Технологическая схема производства включает следующие производственные операции: добычу глинистого сырья, приготовление глинистого шлама (пульпы) необходимой густоты; обжиг шлама со вспучиванием на керамзит, охлаждение керамзита, сортировку и корректировку зернового состава заполнителя, складирование и выдачу готового продукта.[3]

    3.3.2. Технологическая схема производства

    Технологическая схема производства керамзита по мокрому способу включает следующие  производственные операции:

     Добыча глинистой  породы

    из  карьера 

    (экскаватор, самосвал)

    

    

    Ящичный подаватель

    с рыхлителем

    

     Дезинтеграторные вальцы

      

    

     Добавки                    Приготовление глинистого                  Вода

    шлама

    (двухвальная  глиномешалка)

      
 

     Перерабатывание массы

    (вальцы  тонкого помола с 

    расстоянием между валками до 1 мм)

      

    

      Глинозапасник

    для складирования              Пресс для формовки

     переработанной                   гранул сырца

          глины                      (вальцы формующие)

 

    Бункер  с питателем

    вращающейся печи

      
 
 

     Обжиг

    (двухбарабанная  или однобарабанная 

    вращающаяся печь, оборудованные 

    аппаратом для опудривания гранул

    в зоне вспучивания)

      

     Охлаждение

    (холодильник)

    

    

    Сортировка  на фракции

    

    

    Пофракционное складирование

    керамзита 

    Рис.1. Технологическая схема производства керамзита по мокрому способу 

    3.4. Описание схемы  технологического  процесса производства

      Технологическая схема производства керамзита мокрым (шликерным) способом подготовки сырья на заводе представлена выше. Заключается в разведении глины в воде в специальных больших емкостях — глиноболтушках. Влажность получаемой пульпы (шликера, шлама) — примерно 50%. Пульпа насосами подается в шламбассейны и оттуда — во вращающиеся печи. В этом случае в части вращающейся печи устраивается завеса из подвешенных цепей. Цепи служат теплообменником: они нагреваются уходящими из печи газами и подсушивают    пульпу, затем    разбивают подсыхающую «кашу» на гранулы, которые окатываются, окончательно высыхают, нагреваются и вспучиваются. Недостаток этого способа — повышенный расход топлива, связанный с большой начальной влажностью шликера. Преимуществами являются достижение однородности сырьевой пульпы, возможность и простота введения и тщательного распределения добавок, простота удаления из сырья каменистых включений и зерен известняка. Этот способ рекомендуется при высокой карьерной влажности глины, когда она выше формовочной (при пластическом формовании гранул). Он может быть применен также в сочетании с гидромеханизированной добычей глины и подачей ее на завод в виде пульпы по трубам вместо применяемой сейчас разработки экскаваторами с перевозкой автотранспортом.[1]

      Сушка сырцовых гранул (ее выделение в отдельную технологическую операцию не обязательно) может производиться во вращающейся печи для обжига или в отдельном сушильном агрегате. Это связано с тем, что режимы сушки гранул небольших размеров (6 ... 14 мм) не оказывают решающего влияния на качество получаемого керамзита. [1]

     При совмещении сушки и обжига в одной вращающейся печи ее работа непосредственно зависит от поступления сырцовых гранул с формующего оборудования, которое, так же как и печь, должно работать непрерывно. С технологической точки зрения для бесперебойного питания печей целесообразно иметь необходимый запас сырцовых гранул, которые не слипались бы при хранении. С этой целью производят предварительную подсушку гранул в сушильном барабане, за счет чего увеличивается их прочность и предотвращается возможность слипания между собой. Кроме этого при вращении барабана гранулы окатываются и трещины в них, которые могут возникнуть при формовании, закрываются. На заводах большое распространение получили сушильные барабаны диаметром 2,2 и 2,8 м, длиной 14 м, которые для улучшения тепло- и массообмена дополнительно оборудуют теплообменниками (трубчатыми, ячейковыми и др.).[2]

         Обжиг глиняных гранул по оптимальному режиму является основной технологической операцией в производстве керамзита. Для вспучивания глиняной гранулы нужно, чтобы активное газовыделение совпало по времени с переходом глины в пиропластическое состояние. Между тем в обычных условиях газообразование при обжиге глин происходит в основном при более низких температурах, чем их пиропластическое размягчение. Например, температура диссоциации карбоната магния — до 600°С, карбоната кальция — до 950 °С, дегидратация глинистых минералов происходит в основном при температуре до 800°С, а выгорание органических примесей еще ранее, реакции восстановления оксидов железа развиваются при температуре порядка 900°С, тогда как в пиропластическое состояние глины переходят при температурах, как правило, выше 1100°С. [1]

       В связи с этим при обжиге сырцовых гранул в производстве керамзита необходим быстрый подъем температуры, так как при медленном обжиге значительная часть газов выходит из глины до ее размягчения и в результате получаются сравнительно плотные маловспученные гранулы. Но чтобы быстро нагреть гранулу до температуры вспучивания, ее сначала нужно подготовить, т. е. высушить и подогреть. В данном случае интенсифицировать процесс нельзя, так как при слишком быстром нагреве в результате усадочных и температурных деформаций, а также быстрого парообразования гранулы могут потрескаться или разрушиться (взорваться). [1,2]