Tekhn_kompl_keram_NIKITIN - копия / Нові лекції ТК / ТК кераміка / ТК керамзіту

14.7. Технологія й способи виробництва керамзиту

Залежно від фізико-механічних властивостей вихідної сировини рекомендуються сухі, пластичні, порошковий способи виробництва керамзиту.

14.7. 1. Сухий спосіб виробництва керамзиту

Сухий спосіб застосовують при використанні сланців, порід, що містять шунгіт, аргиллітів і інших, однорідних по складу крупноструктурних каменеподібних порід, що піддаються при кар'єрній вологості дробленню і розсіву (рис. 14.27).

Рис. 14.27. Загальний вид заводу з виробництва керамзиту (шунгизіта) сухим способом

1 - склад сировини; 2 - барабан термопідготовки; 3 - барабан випалу; 4 - холодильник; 5 - склад готової продукції; 6 - скіповий підйомник.

392

При підготовці напівфабрикату фракцій 2,5…5 і 5…15 або 5…10 і 10…20 мм перевага повинне бути віддане дво- або триступінчастому дробленню сировини з відсіванням придатних фракцій після кожного дробильного агрегату. Таке рішення зменшує вихід фракцій менш 2,5 мм, які при відсутності лінії по випалу керамзитового піску йдуть у відвал. Окремі фракції сирцю подають із видаткових бункерів ваговими дозаторами в обертову піч (розміром 2,5x24 м) попередньої теплової обробки (до 400 °С на протязі 20 хв), а потім в обертову випалювальну піч (розміром 3,5x20 м), де матеріал спучується при 1120…1250 °С у термін 12…15 хв.

Щоб уникнути утворення спеків в 2 м від зони спучування з боку гарячого кінця подають порошок вогнетривкої глини, кварцового піску або піритних недогарків. Готовий продукт із температурою близько 900 °С надходить по ринві через відкатну головку печі в барабанний холодильник (розміром 2,2x16 м) для охолодження до 600 °С. Остаточне охолодження до 70 °С відбувається в аерожолобі шириною 200 мм і довжиною 10 м.

До позитивних сторін сухого способу виробництва варто віднести простоту схеми, нечисленність технологічних переділів, менша витрата електроенергії, зменшення витрат на організацію виробництва і ін. Недоліки способу: неповне використання сировини, неможливість коректування состава напівфабрикату органічними і мінеральними добавками, одержання готового продукту підвищеної крупності і ін.

14.7.2.Пластичний спосіб виробництва керамзиту

Пластичний спосіб підготовки сировини і готування напівфабрикату застосовують при використанні зволожених пластичних і пухких глинистих порід однорідного і неоднорідного складу. У вітчизняній індустрії і за рубежем цей спосіб є основним.

Переробка глин, що добре спучуються, по пластичному способу зводиться в основному до попередньої обробки маси, грануляції і подачі гранул сирцю в сушильну установку або в обертову піч. Для введення твердих добавок передбачений приймальний бункер зі стрічковим живильником, що дозує добавки безпосередньо на лінію переробки глин. Рідкі добавки при необхідності подають насосом у видатковий бак, обладнаний вентилем і механізмом

393

\ '

Рис. 14.29. Схема двобарабанної печі

1 - пилоосаджувальна камера; 2 - барабан попередньої термообробки; 3 - вузол стику; 4 - барабан спучування; 5 - відкатна головка; б -пальник

Загальний вид заводу з виробництва керамзитового гравію із застосуванням двобарабанних печей представлений на рис. 14.30.

Рис. 14.30. Завод з виробництва керамзитового гравію пластичним способом

1 - відділення підготовки шихти; 2 - барабан термопідготовки; 3 - барабани спучування; 4 - холодильник; 5 - склад готової продукції.

395

дозування. Для формування гранул використовують стрічкові преси зі спеціальними мундштуками з отворами діаметром 6…12 мм.

Опудривающая установка складається із приймального бункера, шнека-живильника, стрічкового елеватора, видаткового бункера, дискового живильника і опудривающего барабана розміром 1,6x8 м. Опудривающую добавку в окремих випадках подають також через холодний або гарячий кінець печі.

Сирцеві гранули обпалюють в обертових печах довжиною 20…50 м і діаметром 1,8…3 м. У типовому проекті виробництва керамзиту по одноступінчастому способу передбачене попереднє сушіння сирцевих гранул (рис. 14.28). Для сушіння гранул вологістю 22…24 % до вологості 10 % застосовують сушильний барабан розміром 2,8x20 м. Завантаження обертових печей розміром 2,5x40 м підсушеними гранулами здійснюють ваговими дозаторами. Після випалу охолоджені в барабанних або кульових холодильниках гранули з температурою близько 80 °С подають скребковими конвеєрами і елеваторами у відділення гравієсортування.

Керамзитові підприємства, побудовані по зазначеному типовому проекту, недостатньо ефективні, що пояснюється головним чином застосуванням недосконалого в тепловому і технологічному відношенні пічного агрегату, що не дозволяє забезпечити ступінчатий режим випалу і необхідну утилізацію високотемпературного теплоносія.

сировина

повітря

Рис. 14.28. Схема однобарабанної печі розміром 2,5 * 40 м

1 – Пилоосаджувальна камера; 2 - живильна тічка; 3 - корпус печі; 4 - роликоопори; 5 - зубчаста шестірня; 6 - основний і допоміжний приводи; 7 - бандаж; 8 - відкатна головка; 9 - пальник; 10 -дутьевой вентилятор.

394

Пічний агрегат CMC-197, що складається із шарового запічного підготовлювача, обертової печі розміром 2,8 × 20 м і шарового холодильника СМ-1250 (рис. 14.31). Його річна продуктивність 100 тис. м³ керамзиту. Агрегат дозволяє заощаджувати до 40 % палива у порівнянні з однобарабанними печами розміром 2,5 × 40 м. Крім того, шаровий підготовлювач пічного агрегату працює як зернистий фільтр, тому після нього практично не потрібна установка пиловловлюючих пристроїв. Однак у пічному агрегаті із шаровим підготовлювачем ускладнена організація регульованого ступеневого випалу керамзиту при зміні характеристик глинистих порід. Шарові холодильники СМ-1250 прості і надійні в експлуатації, забезпечують високий ступінь охолодження керамзиту (з 900 до 40…60 °С), але в них важко регулювати швидкість охолодження в різних температурних інтервалах.

При охолодженні керамзиту прагнуть до переводу максимальної кількості рідкої фази в кристалічний стан, що досягають уповільненою швидкістю охолодження від максимальної температури до 600…800°С с наступним швидким охолодженням до кінцевої температури 50…70°С. Такий режим охолодження можна створити в барабанних і шахтних холодильниках.

Рис. 14.31. Схема пічного агрегату із шаровим підготовлювачем СМ-197

1 - шаровий підготовлювач; 2 - рециркуляційний димосос; 3 - димар;4 - кінцевий димосос; 5,8- ущільнення; 6 - завантажувальна камера; 7 - живильна тічка;9 - головка печі; 10 - пальник; 11 - вентилятор; 12 - щит керування і контролю;13 - пристрій, що дробить; 14 - вентилятор; 15 - шаровий холодильник;16 - випалювальний барабан.

396

14.7.3. Виробництво керамзитового піску

Виробництво керамзитового піску разом з керамзитовим гравієм є найпростішим і економічним. Для цього можна використати спрощену схему підготовки глинистої сировини по досвіду закордонних фірм «Лека» (Данія), «Лохья» (Фінляндія) і ін., при якій процес гранулоутворення переносять у барабан попередньої підготовки. Одержання більшої кількості дрібних гранул забезпечують внутріпічні теплообмінні пристрої у вигляді ланцюгових завіс або коміркових теплообмінників. Вони ж сприяють істотному зниженню температури газів, що відходять, з печі, а, отже, загальної економії теплоти при випалі керамзиту.

По прийнятій технології керамзитовий пісок одержують у невеликих кількостях (близько 3 %) в обертових печах при випалі керамзитового гравію, що не відповідає потреби в ньому, що становить 25…30 % загального обсягу заповнювача.

Недостатня кількість піщаної фракції може бути компенсована шляхом його автономного виробництва, дробленням спеків або великих фракцій керамзитового гравію, а також застосуванням відходів промисловості (зол ТЕС, золошлакової суміші і т.п.).

Обпалений керамзитовий пісок має ряд переваг у порівнянні із дробленим піском: зерна округлої форми розміром в основному від 0,16 до 5 мм, насипна щільність приблизно 500…700 кг/м³. Автономне виробництво такого піску незначне.

Розроблена схема експериментального заводу з виробництва керамзитового піску, який одержується за двостадійною схемою термічної обробки в киплячому шарі (рис. 14.32). Підготовка сирцю може здійснюватися за технологічною схемою обробки глини для напівсухого пресування цегли або ж дробленням підсушених глиняних гранул.

Піч термообробки складається із двох камер, розташованих вертикально одна над другою, які розділені непроникною перегородкою. У нижній камері випалу відбувається спалювання газу безпосередньо в шарі псевдозрідженого матеріалу, що надходить туди з верхньої камери термопідготовки, у якій матеріал підігрівається газами, що відходять із камери випалу і очищеними від пилу в системі циклонів. Охолодження керамзитового піску відбувається в холодильнику киплячого шару, куди спучений пісок надходить із камери випалу.

397

На виробництво 1 м³ керамзитового піску в печах киплячого шару витрачається в середньому сировини кар'єрної вологості 0,9 т, електроенергії 30 кВт/год і палива 94 кг.

.^ъыр^ря:ря^-

Рис. 14.32. Схема ланцюгів устаткування для виробництва керамзитового піску в печі киплячого шару за пластичним способом підготовки сировини

1 - глинозапасник; 2 - розпушувач; 3 - живильник; 4 - конвеєр; 5 - вальці; 6 - глиномішалка; 7 - формуючий агрегат; 8 - сушильний барабан; 9 - дробарка; 10-елеватор; 11 -двозонна піч киплячого шару СМС-139; 12 - циклон; 13 - вентилятори; 14 - склад готової продукції; 15 - холодильник; 16 - футерований циклон; 17-рукавний фільтр; 18 - дозатор; 19 - бункер; 20 - електрофільтр.

Двозонна піч киплячого шару СМС-139 продуктивністю 50 тис. м³ керамзитового піску в рік

Забезпечує знімання керамзитового піску з 1 м² поду печі залежно від властивостей сировини 2,5…3,5 м³ за 1 годину.

14.7.4. Технологія виробництва глинозольного керамзиту

Золу ТЕС при виробництві глинозольного керамзиту використовують як добавку, що вводять у глину (у кількості 10…30 %), і як компонент сировинної суміші (50 % і більше). Як добавка, що знижує насипну щільність керамзиту, використовують у першу чергу золи з вмістом оксидів заліза 12…20 %, оксидів алюмінію 20…35 %, при цьому питома поверхня золи повинна перебувати в межах 1000…3000 см²/м. Якщо ж зола служить компонентом сировинної суміші, то вміст окремих оксидів може змінюватися, у більше широких межах. Схема заводу з виробництва зольного гравію представлена на рис. 14.33.

/

Рис. 14.33. Схема виробництва зольного гравію

1 - ящиковий подавач із глинорозпушувачем; 2 - сушильний барабан контактного нагрівання; 3 - кульовий млин; 4 - тарілчастий гранулятор; 5 - сушильний барабан; 6 - прямоточна обертова піч; 7 - холодильник; 8 - гравієсортировка; 9 - склад готової продукції; 10 - вузол готування СДБ; 11 - димосос.

Максимально припустимий вміст залишків палива в золі, яка використовується у виробництві глинозольного керамзиту, не повинне перевищувати 17 %, при цьому перевагу віддають золам з відвалів гідровидалення, тому що при застосуванні сухої золи-уносу не вдається досягти необхідної гомогенності глинозольної шихти навіть при інтенсивному і тривалому її перемішуванні.

Рекомендована технологічна схема виробництва глинозольного керамзиту принципово не відрізняється від схеми виробництва керамзиту. Основна особливість її крім усереднення золи - більше ретельна підготовка сировинної суміші. Спочатку суміш перемішують

у глинозмішувачі з парозволоженням, а потім в іншому глинозмішувачі без парозволоження або спочатку в глинозмішувачі, а потім у дірчастих вальцях. При цьому глинистий компонент попередньо обробляють на вальцях тонкого помелу.

Введення в глинисту шихту золи ТЕС дозволяє знизити насипну щільність керамзиту на одну-дві марки.

14.7.5. Технологія виготовлення перліту

Технологія виготовлення перліту, що є особливо легким заповнювачем (подібним до керамзиту), відрізняється тим, що вона значно простіше, ніж при виробництві керамзиту, тому що не вимагає особливого устаткування і приміщень по формуванню і підсушуванню гранул, не має потреби в утепленні сировини взимку.

Спрощена відкрита установка для випуску перліту виконана за наступною схемою (рис. 14.34.).

Рис. 14.34. Технологічна схема виробництва спученого перліту

1 - сирий вулканічний перліт; 2 - транспортер; 3 - щокова каменедробарка; 4 - елеватор; 5 - сито; 6 - бункери відсортованої по фракціях сировини; 7 - проміжний бункер; 8 - тарілчастий живильник; 9 - сушильна піч; 10 - випалювальна піч; 11 - пневмотранспортер; 12 - бункер готової продукції.

Її продуктивність 40…50 м³ зау добу залежно від розміру фракції, що обпалюється. Її фактична вартість, окупається протягом вісьми місяців. Термообробка ведеться за двоступінчастою схемою: у печі підсушування (оптимальна температура 280…320°) і в більш короткій (довжиною 4 м і діаметром 0,9 м) печі випалу (1050…1150 °С). Перша працює за принципом противоструму, друга - за принципом прямого струму. При її налагодженні факел форсунки переміщується по довжині печі, змінюючи одночасно положення місця подачі матеріалу, для того, щоб перліт надходив у зону найбільш високої температури. Факел направляється на стінку печі, а не уздовж її осі. Неоднорідність перлітової сировини вимагає

400

чіткого регулювання часу і температури підсушування і випалу не тільки для порід різних родовищ, але і для сировини різної крупності. В установці це забезпечено можливістю варіювати подачу палива (суміш солярового масла і мазуту) у форсунку, а також швидкість обертання печі і кути її нахилу.

Як і у керамзиту, спучування перлітової сировини відбувається лише при збігу інтенсивного виділення водяної пари з нагрітої до 800…1000 °С породи з його розм'якшенням. Якщо ж бурхливе виділення пари відбувається раніше, ніж розм'якшилася порода, то силою пари вона лише дробиться на дрібні шматочки, не спучуючись. Коефіцієнт спучування перліту залежить від фракції: якщо вона менш 3 мм, то спучується в 6…7 разів, при 3…7 мм - в 4,2…4,8 рази, при 7…10 мм - в 3,5…4 рази. Об'ємна вага легкої фракції 170…200 кг/м³, середньої 280…320 кг/м³, великої 350-400 кг/м³.

Досить перспективною спробою перейти на легкий бетон, використовуючи заповнювач із місцевих пористих матеріалів, з'явилася пропозиція випуску перлітової щебінки - чудового заповнювача для легкого бетону, який одержується при додатковому спучуванні вулканічного скла. Для цього застосовується обертова піч із оголовком і димоприймальною камерою з димарем, що працює за принципом противоструму.

Закладене в неї перлітова сировина, роздроблена на каменедробарці і потім фракціонована, рухається по ухилу печі назустріч полум'ю. У результаті випалу при 800…1200 °С сировина, проходячи при чотирьох обертах печі за 10 хв по всій довжині печі, спучується, збільшуючись в обсязі в 2…10 разів.

14.7.6. Закордонні технології виробництва керамзиту

На рис. 14.35 показано схему виробництва керамзиту на норвезькому заводі «Лека» («Керамзит») у м. Осло продуктивністю 150 тис. м³ у рік. Глину, розроблену в сусідньому кар'єрі багатоківшевим екскаватором, вантажать у перекидні вузькоколійні вагонетки і мотовозом доставляють у відділення підготовки сировини. Там глину вивалюють у ящиковий подавч, що має на розвантажувальному кінці била, звідки вона рівномірним потоком надходить у гвинтові вальці для вилучення каміння із зазором в 20 мм, а потім у двовальний глинозмішувач. Тут глина зволожується з бака теплою (55 °С) емульсією із суміші води і сульфітно-спиртової барди (обсяг добавки визначається дослідним шляхом). Це значно підвищує вспучуємість місцевої глини і тим самим удвічі знижує об'ємну вагу керамзиту (з 600 до 300 кг/м³).

401

Рис. 14.35. Схема ланцюгів устаткування виробництва керамзиту, м. Осло (Норвегія)

1 - екскаватор; 2 - вагонетки; 3 - мотовоз; 4 - ящиковий подава із билами; 5 - вальці гвинтові; 6 - бак з водно-сульфітно-спиртовою емульсією 55 °С; 7, 8 - глинозмішувач; 9 - вальці тонкого помелу 10 - стрічковий транспортер; 11 - двобарабанна обертова піч; 12 - пластинчастий транспортер-холодильник; 13 - пластинчастий похилий транспортер; 14 - віброгрохот; 15 - бункери готової продукції; 16 - валкова дробарка; 17 - вертикальний елеватор; 18- автовагон.

Зволожена до 27…28 % глина надходить на вторинне перемішування у двовалковий глинозмішувач, а потім у вальці тонкого помелу, що мають гладкі валки із зазором 1,5…2 мм. Відтіля глину, що перебуває в тістоподібному стані, окремими шарами і грудками подають по стрічковому похилому транспортеру в обертову двобарабанну похилу піч, підвішену в завантажувальному кінці на вільно висячих ланцюгах.

Вона дозволяє з мінімальними витратами і невеликим набором машин готовити сировину і одержувати відмінну продукцію з далеко не якісної (легкоплавкої цегельної) глини. У відділенні працює лише один робітник, та і той лише періодично приходить для контролю за роботою машин.

Незвичайний для нашої практики дозуючий пристрій у вигляді ящикового подавча працює добре. Якого-небудь проміжного складування або готування гранул, як це робиться на наших заводах, тут немає. Відсутнє і підсушування гранул у сушильних барабанах або стрічкових сушарках. Все це значно спрощує технологію, скорочує потребу в устаткуванні і обслуговуючому персоналі.

У відділенні випалу матеріал, що надходить у вигляді коржів і грудок вологих глин, завантажується в обертову двобарабанну піч через похилу тічку, що має вільно висячий шарнірний клапан, який постійно перешкоджає прориву газів через тічку. Димова металева труба з пилоосаджувальною камерою виведена із приміщення і обладнана димососною установкою.

Переміщаючись (внаслідок обертання печі) у його першому (більше довгому і більше вузькому) барабані, матеріал протягом 55…60 хв піддається підсушуванню і здрібнюванню ланцюговими начіпками. Після цього він попадає в другий (більше короткий і широкий) барабан, де матеріал за 30..35 хв встигає нагрітися до 1150…1200 °С, в результаті чого він повністю обпалюється і спучується.

В топковій головці печі встановлена одна комбінована форсунка, де спалюється паливо (50 % мазуту і 50 % вугільного пилу). Останній одержують у відділенні підготовки палива після проходу кам'яного вугілля через дробильно-помольне устаткування.

Досвід Фінляндії. Завод фірми «Ренлунд» випускає продукцію (80 тис. м³ керамзиту в рік) трьох видів: «горішек» (діаметром від 10 до 20 мм), «горох» (від 3 до 10 мм) і «пісок» (до 3 мм). Їхня об'ємна вага: 270…300, 300…350 і 400…450 кг/м³. Завод працює на жирній високо-

403

пластичній глині зеленувато-сірих кольорів об'ємною вагою 1800 кг/м³, з кар'єрною вологістю 38…40 %. Температура плавлення 1300 °С, температура спучування 1220 °С.

Технологічна схема заводу показана на рис. 14.36. На цьому заводі, як і на норвезькому заводі в м. Осло, привертає увагу спрощеність усього циклу обробки глини перед випалом, що дозволяє виключити все устаткування, пов'язане зі звичайним формуванням і сушінням гранул (стрічкові преси, різальні апарати, опудриватели, сушильні камери, елеватори, силоси, дозатори і т.п.).

Рис. 14.36. Схема ланцюгів устаткування для виробництва керамзиту у Фінляндії

1 - екскаватор; 2 - скреперна лебідка з ківшем; 3 - бігуни помелу глини;4 - обертова піч; 5 - валково-зубчаста дробарка; 6 - молоткова дробарка;7 - пневмотранспортер; 8 - вентилятор високого тиску; 9 - бункер-накопичувач;10 - віброживильник; 11 - двовалкові дробарки; 12, 13, 14 - вібросита

Завод працює в такий спосіб. Самоскидні візка із глиною, завантажені в кар'єрі екскаватором-драглайном, подаються трактором на бетонну підлогу складу. Відтіля скреперний ківш-

404

волокуша подає глину в приймальний пристрій горизонтально встановленого шнека. Тут вона додатково зволожується на 5…7 % і шнеком видавлюється в чашу бігунів, де піддається помелу. Потім котками вона продавлюється через ґратчасту ділянку дна чаші бігунів і надходить на металевий похилий транспортер з ковшами-пластинами, які подають підготовлену глинисту масу в завантажувальний шнек, звідки вона попадає безпосередньо в печі.

Обертова двобарабанна піч довжиною 45 м, діаметром 2,5 м з розширенням на кінцях до 3 м встановлена під кутом 3°. Один оберт вона робить за 52 сек. Конструкція агрегату передбачає навішення ланцюгів-теплообмінників, які забезпечують перебування матеріалу в печі біля двох годин і здрібнювання глини в зоні підсушування. За цей час матеріал підсушується, роздрібнюється, обпалюється і спучується. Піч працює на двох мазутних форсунках.

Спучені зерна керамзиту через ґратчастий пояс провалюються у вісім рекуператорних холодильники, де охолоджуються до 200 °С, потім висипаються у приймальну ринву пневмотранспортера. Спечені зерна, що не пройшли в рекуператор, перекочуються до кінця печі й через колосники провалюються вниз, потрапляючи на валково-зубчасту дробарку і потім також на пневмотранспортер.

По його трубах керамзит повітряним потоком несеться в приймальний бункер, що перебуває на висоті 28 м. Звідси через віброживильник продукт надходить на дроблення і сортування. Пройшовши вальці, керамзит попадає на три послідовно встановлені легкі вібросита, що мають різні сітки. Тут матеріал розсортовується по фракціях і завантажується в три