Материалы Искусственные пористые заполнители Пластический способ производства керамзита. Технологическая схема, параметры, печи, оборудование.
Пластический способ применяется в случае использования наиболее широко распространенных пластичных, рыхлых глин и суглинков, содержащих свыше 30% частиц менее 0,001 мм, однородных или недостаточно однородных по качеству, имеющих малую и среднюю карьерную влажность, но размокающих в воде и имеющих хорошую вспучиваемость.
Исходное сырье обрабатывается в глиномялках или глиномешалках. В это время могут вводиться различные добавки, после чего с помощью дырчатых вальцов или ленточного пресса из полученной массы формуются гранулы, которые затем обжигаются. На 1 м3 керамзита расход глины в плотном теле принимается равным 0,44 м3, или 0,80 т (с учетом потерь в производстве).
Если применяются неоднородные трудно размокаемые в воде глинистые породы, имеющие малый коэффициент вспучивания и поэтому требующие введения в состав шихты органических или других добавок, то исходные сырьевые материалы сушат, дробят, тонко измельчают, дозируют и смешивают в порошкообразном состоянии до однородной по составу смеси, после чего увлажняют, гранулируют и дальше гранулы поступают или на сушку, или непосредственно в обжиговую печь.
При пластическом способе производства (рисунок выше) и качестве формующих машин используются дырчатые формующие или прессующие вальцы, ленточные прессы, оборудованные вместо обычного мундштука мундштуком-плитой с большим количеством круглых отверстий, формующие из массы с влажностью 18-20% много глиняных жгутов, которые разрезаются на отдельные цилиндрики-гранулы с помощью специального приспособления.
Подсушку гранул производят в сушильном барабане, для обогрева которого используют отходящие из обжиговой печи газы. Часто сушильный барабан совмещают с обжиговым в один тепловой агрегат - двухбарабанную вращающуюся печь.
В первом случае имеется возможность лучше регулировать процесс сушки и промежуточного бункерования гранул с односменной работой формовочного отделения, а во втором случае лучше решается компоновка цеха и упрощается эксплуатация агрегата, а также снижаются тепловые потери. Режим сушки устанавливается на основе лабораторных и полузаводских испытаний.
Применяются барабаны марок СМ-455, СОБУ-5, СМ-147А и др. Длина их 8-27 м, диаметр 1,6-3,5 м, объем от 16 до 260 м3. Скорость вращения регулируется в пределах от 2 до 4 об/мин. В советский период их изготавливали Куйбышевский завод "Строммашина", Первомайский механический завод, Свердловский завод "Уралхиммаш".
Обжиг полуфабриката является общей технологической операцией для всех способов производства и осуществляется в основном в одно- или двухбарабанных вращающихся печах длиной обычно не более 50 м при наружном диаметре до 3,5 м.
Конструкция вращающейся печи показана на рисунке выше.Обжиговые печи желательно иметь с тремя диапазонами скорости вращения. В зоне обжига рекомендуется устраивать ребристую футеровку из шамотного кирпича класса А.
В результате многочисленных исследований С. П. Онацким предложена принципиальная кривая обжига показанная ниже. Весь процесс обжига можно разделить на три основные стадии, а печь - на три зоны.
Первая стадия - сушка и предварительный подогрев глинистого сырья до температур порядка 200-600° - протекает в различное время (15-30 мин) в зависимости от вида сырья и конструкции печи. Например, после реконструкции печи на Безымянском керамзитовом заводе Куйбышевской обл., выразившейся в установке перевального порога в виде кольца на расстоянии 8 м от горячего конца, время пребывания материала в зоне подсушки и предварительного подогрева составляет до 40 мин. Целью термической подготовки сырья на первой стадии является удаление из сырья излишних газообразных продуктов и придание гранулам способности не разрушаться при достижении области высоких температур.
Вторая стадия - обжиг длится всего 2-5 мин. За это время материал нагревается до температуры вспучивания. Очень быстро в двухбарабанной печи или в печи типа Безымянского завода и несколько медленнее в однобарабанной печи. Высокая скорость обжига в этот период необходима во избежание полного выгорания органических примесей и протекания химических превращений окислов железа.
Третья стадия - кратковременный обжиг сырца (в течение 5-10 мин) при температурах его вспучивания (обычно 1100-1200 о). Способность глинистых материалов вспучиваться, характер ячеистой структуры (размер и форма пор), механизм ее образования зависят от природы и количества газов, образующихся при обжиге сырья, от вязкости и поверхностного натяжения глинистой массы в период размягчения, от остаточной влажности, теплового режима, размера, формы и плотности гранул.
Характеристики некоторых вращающихся печей и холодильников к ним приведена в таблице ниже. Наклон корпуса печей 3,5°.
В производстве керамзита наряду со стремлением повысить вспучиваемость сырья следует уделить внимание также повышению производительности печи и автоматизации контроля за ее работой, так как от этих показателей зависит экономичность работы предприятия в целом.
Для поддержания постоянной температуры обжига лабораторией автоматики института КуйбышевНИИкерамзит разработана система автоматического регулирования процесса обжига глины на керамзит во вращающейся печи, работающей на газообразном топливе (рисунок ниже). В свою очередь производительность печи зависит от природных свойств сырья, влияния введенных добавок, влажности сырца, рабочей температуры обжига.
Для поддержания постоянной температуры обжига лабораторией автоматики института КуйбышевНИИкерамзит разработана система автоматического регули- и размеров печи. Практика показала преимущество печей длиной 40 м, поэтому удельный вес их в керамзитовой промышленности увеличивается. Расчетная производительность печи может определяться по формуле, предложенной Е. И. Ходоровым:
где ум - насыпной вес материала, кг/м3; ? - коэффициент заполнения печи материалом (5-10%); wм - скорость движения материала по формуле:
где D - внутренний диаметр печи, м; i - наклон печи к горизонту, град; n - число оборотов печи в минуту.
Работа вращающихся печей для производства керамзита характеризуется данными, приведенными в таблице:
Обожженный в печи керамзит должен проходить медленное охлаждение. Охлаждение керамзита из глинистых сланцев при оптимальном режиме (температура 800°, время выдерживания 20 мин) повышает прочность готового продукта на 20-27%, а в отдельных случаях и более. Подобные данные были получены П. П. Вудниковым, С. П. Онацким и др., которые проводили аналогичную работу с керамзитовым гравием, изготовляемым по пластическому способу.
Для охлаждения керамзитовый гравий из печи загружается в холодильник (барабанный, шахтный, в виде цепной колосниковой движущейся решетки). Наибольшее распространение получили барабанные холодильники. Однако в последнее время в качестве типового принят слоевой самотечный холодильник конструкции НИИкерамзит.
Он прошел испытания и заложен в новые типовые проекты керамзитовых предприятий, разрабатываемых Гипростромом (па 100 и 200 тыс. м3 в год). От холодильника готовый продукт транспортируется к грохоту, сортирующему керамзит па фракции, механическим транспортом (конвейеры), что более надежно в эксплуатации, или пневматическим. Выход керамзита по фракциям (мм) для расчетов принимается в следующем соотношении (%):
Институтом Гипростром в 1967 г. разработан проект цеха производства керамзита по пластическому способу производительностью 100 тыс. м3 в год, утвержденный Госстроем СССР как типовой.
Цех керамзита состоит из производственного комплекса, в который входят все технологические отделения, начиная от приема сырья до складирования готового продукта. Склад керамзита состоит из конвейерной галереи, шести типовых силосных банок и отделения дробления спеков и крупных фракций заполнителя на керамзитовый песок.
Проектом предусмотрена постройка цехов керамзита при кирпичном заводе, заводе железобетонных изделий или домостроительном комбинате. Технологический процесс производства керамзита по типовому проекту института Гипростром протекает следующим образом. Глина из карьера или штабеля запаса подается автосамосвалами в отделение приема сырья и поступает на глинорыхлительную машину СМ-1031 для разрыхления комьев. Далее глина поступает в ящичный подаватель СМ-664, а затем на ленточный конвейер, куда в случае надобности подается и твердая добавка (пиритные огарки и т п ). Ленточный конвейер направляет глину в камневыделительные пальцы CM-150А, где происходит удаление каменных включений и предварительная ее переработка.
Отсюда глина поступает в двухвальную глиномешалку СМ-246, доувлажняется и направляется в дырчатые перерабатывающие вальцы CM-369A. При необходимости в глиномешалку из специального бачка подается жидкая добавка (соляровое масло, мазут, сульфитно-спиртовая барда и т. п.)
Затем глина поступает на формующие дырчатые вальцы СМ-927, где происходит формовка гранулированного сырца в виде цилиндров. Последние направляются в сушильный барабан размером 2,8?14 м, подсушиваются до остаточной влажности 10-15%, а затем последоватетьно ковшовым и ленточным конвейером направляются в бункера перед печами.
Емкость бункеров, равная 120 м3, обеспечивает трехсменную работу вращающейся печи при двухсменной работе отделения переработки сырья Из бункеров запаса маятниковыми питателями гранулы полуфабриката дозируются во вращающуюся печь для обжига. Обожженный и вспученный материал поступает в слоевой самотечный холодильник для охлаждения за счет нагнетаемого вентилятором атмосферного воздуха.
После охлаждения керамзит через барабанный разгружатель поступает на ленточный конвейер, а оттуда в автоматический объемный (весовой мерник для учета ютовой продукции, затем с помощью ковшового конвейера и далее по ленточному конвейеру направляется в цилиндрическую гравиесортировку CM-215C для разделения на фракции. Отсортированный керамзит через пересыпные устройства и систему ленточных конвейеров поступает в силоса готовой продукции общей емкостью 1500 м3.
При образовании во вращающейся печи спеков последние удаляются через дверцы боковой части откатной головки печи на площадку и далее (после естественного охлаждения) сбрасываются на землю и автопогрузчиком подаются на дробление. Для получения дробленого керамзитового песка у силосного склада размещают специальное дробильное отделение. Удельные капиталовложения при постройке завода для производства керамзита по пластическому способу мощностью 200 тыс. м3 в год составляют 10,3 руб. на 1 м3 продукции, при производстве по сухому способу - 10,1 руб.; при постройке цеха в составе действующего завода удельные капиталовложения соответственно уменьшатся - 5,0 и 4,9 руб. НИИкерамзитом и ВНИИстромом предложены следующие рекомендации по дальнейшему совершенствованию проектов и их корректировке при привязке.
Предприятия по производству керамзита должны располагаться у карьера глины. Работы по добыче сырья производятся круглосуточно. Рекомендуется (в зависимости от местных условий и особенностей карьера) создавать запас сырья на осенне-зимний период в конусах, а при необходимости проектировать крытый глинозапасник. Для первичного дробления кусков глины и ее рыхления может быть использована рыхлительная машина Черновского керамзитового завода Куйбышевской обл.
Ящичный подаватель с транспортировкой глины на переработку следует отделить от вращающейся печи. Для его работы необходимо устанавливать трехскоростнои электродвигатель, заменив в нем металлическую ленту на прорезиненную и уменьшив окорость движения ее до 0,3-1,0 м/мин. В подготовительном формовочном отделении, где перерабатывается глина и приготовляется полуфабрикат оборудование рекомендуется располагать в такой последовательности ящичный подаватель, камневыделительные вальцы, двухвальная глиномешалка с пароувлажнением, дырчатые перерабатывающие вальцы, дырчатые формующие вальцы.
Сушильный барабан с бункерами и элеваторами необходимо располагать в закрытом утепленном помещения (кроме южных районов). Передняя часть сушильного барабана (около 6 м) должна быть гладкой для лучшей грануляции сырья, средняя часть (около 7 м) - секционная - для улучшения теплообмена и около 1 м гладкая накопительная. Работу подготовительно-формовочного и сушильного отделений следует планировать в две смены, а запас сухих гранул в бункерах перед вращающимися печами - на 10-12 ч. Для равномерного питания гранулами вращающейся печи применяют тарельчатый пита тель с подвеской под бункером для сырца и с регулировкой скоростей.
В проектах необходимо предусматривать узел дробления спеков с подачей их непосредственно из печи. В этот же узел необходимо подавать керамзитовый гравий фракции свыше 20-40 мм. Для рассева керамзита по фракциям следует применять модернизированную цилиндрическую гравиесортировку. Для складирования отсортированного керамзита применять силосные башни из сборных железобетонных колец.
В целях автоматизации производственных процессов должны применяться (в качестве датчика температуры зоны обжига) термопары малой инерционности, регуляторы ЭР-Ш-59, поршневой мазутомер. При пластическом способе производства возможен совместный обжиг всех гранул полуфабриката с последующим охлаждением и сортировкой полученного керамзита на фракции. По этому способу работает большая часть предприятий Западной Европы. Американская фирма Mapleton Development Inc разработала новый способ производства керамзитового песка из пластичной массы.
Сырец приготовляют продавливанием глинистой пасты с влажностью 28% через перфорированное сито с отверстиями 0,7 мм, вращающееся со скоростью около 3000 об/мин. Зерна сырца, подсушенные предварительно в токе нагретого воздуха, досушиваются на конвейере в кипящем слое и равномерно подаются через трубчатые питатели в печь, работающую на газовом топливе. Производительность печи 1,8 т/ч керамзита с объемным весом 400-450 кг/м3.
Предприятия, работающие по пластическому способу производства, имеют лучшие технико-экономические показатели. В частности, коэффициент использования проектной мощности таких предприятий значительно выше, а себестоимость ниже, чем на предприятиях, работающих по сухому и мокрому способам.
