книги / Производство керамзита
..pdfГ. И. Книгиной)
плотность керамзита. Показано, что температурный ин тервал выгорания нефтепродуктов тесно связан с фрак ционным составом жидких органических добавок, осо бенно с температурой конца кипения добавки.
С помощью специальной установки методом катали тического крекинга (при 400—-600 °С) и пиролиза (при
600— 1200 °С) изучен механизм вспучивающегося дейст вия нефтяных добавок. Рост вспучивающегося эффекта добавок с повышением содержания в них Н-алканов и цикланов связан с интенсивным восстановлением окси дов железа водородом, выделяющимся при каталитиче ском дегидрировании углеводородов.
При 600— 1200 °С в массе гранул протекает процесс каталитического пиролиза вспучивающей добавки, с повы шением содержания в добавке ароматических углеводо родов и смол сокращается интервал вспучивания глини стого сырья, усиливаются процессы агломерации керам зита, а его плотность повышается.
При обжиге глин в интервале температур 200—400 °С соотношение F2+/F3+ для фракции 170—200°С изменяет ся от 0,05 до 0,2, а для фракции 300—360 °С — от 0,5 до 0,9. При этом восстановление оксидов железа высокоароматизированной добавкой (легкий газойль катали
тического крегинга) больше, чем |
добавкой |
парафино |
||
нафтенового |
основания |
(прямогонный легкий газойль); |
||
и наоборот, |
в области |
температур |
обжига |
400—600 °С |
интенсивность восстановления оксидов железа добавка ми парафино-нафтенового основания выше, чем высокоароматизированными.
При 350 °С окислительно-восстановительные процес сы завершаются в течение 10 мин. Дальнейшая выдерж ка гранул в окислительной среде снижает соотношение
Fe2+/Fe3+. В инертной среде в течение 10 мин |
двухва |
||
лентное железо |
частично |
подкисляется в трехвалентное, |
|
а по истечении |
10 мин |
начинается обратный |
процесс |
восстановления Fe3+ в F2+
При постоянном содержании кислорода интенсив ность восстановления оксидов железа возрастает про порционально количеству вводимой добавки. Соотноше ние F e^ /F e3* увеличивается с 1,5 (при 2 % добавки) до 4,6 (при 15% добавки). При этом плотность керам зита повышается с 310 до 630 кг/м3. В восстановительной среде плотность снижается с 400 до 310 кг/м3. Мини мальная плотность керамзита (280—210 кг/м 3) достига ется при обжиге гранул в инертной среде.
Для глинистого сырья существует оптимальное коли чество добавки, дающее минимальную плотность керам зита. Отступление от этого содержания ведет к повыше нию плотности керамзита.
Легкокипящие парафино-нафтеновые углеводороды
фракции 170—250 °С вспучивающей добавки повышаю? насыпную плотность керамзита, а высококипящие пара фино-нафтеновые углеводороды фракции 250—450 °С, наоборот, эффективно ее снижают. Для получения лег кого керамзита вспучивающая добавка должна содер жать минимальное количество парафино-нафтеновых уг леводородов во фракции 170—250 °С и максимальное ко личество — во фракции 250 °С и выше.
Углеводородные добавки постепенно проникают в по ры частиц глины. Для равномерного распределения вспу чивающей добавки по массе глины и снижения насыпной
плотности керамзита |
сырцовые |
гранулы влажностью |
||||
7— 16 % |
рекомендуется |
подвергать |
термообработке в |
|||
бункере |
при 40— 100 °С |
в течение |
1— |
10 ч. Для |
той же |
|
цели — равномерной |
пропитки глинистого сырья |
вспучи |
вающейся добавкой и снижения плотности заполнения — приготовленную шихту рекомендуется выдерживать от 10 до 300 сут в зависимости от температуры хранения (0—80 °С).
По результатам экспериментов в Уфимском нефтяном институте разработан ряд эффективных добавок, в том числе добавка под названием «керамзин», централизо ванная поставка которой керамзитовым предприятиям намечается в текущем пятилетии. На рис. 39 показана зависимость насыпной плотности керамзита от средней температуры кипения узких фракций нефти.
Эффективность применения добавок во многом зави сит от методов их ввода. При опрыскивании глины жид кими органическими добавками жидкие добавки подают из специального бачка через трубопровод в глиноме шалку через распылитель. В качестве распылителей обычно используют металлические трубы с большим ко личеством мелких отверстий. При использовании вязких жидкостей (мазут и т. д.) их следует подогревать в бачке.
Наиболее равномерно смешиваются с глиной органи ческие жидкости, растворяющиеся в воде, например ССБ. Они вводятся вместе с водой и легко проникают к мельчайшим частицам глины. Не смешивающиеся же с водой жидкости целесообразно применять в виде эмульсий.
Однако во всех случаях необходима хорошая перера ботка сырья и тщательная гомогенизация глиняной мас сы, иначе в местах скопления добавок образуются «ка-
Рис. 39. Влияние средней тем пературы кипения узких фрак-' ций нефти на насыпную плот ность керамзита
/ —бензина; 2 —керосина; 3 —ди зельного топлива; 4 —масел; 5 — мазута марки 40; 6 —мазута мар ки 100; / —ступенчатый обжиг в лабораторных условиях; II —обжиг на заводе
Рис. 40. Лопастное загрузоч ное устройство для подачи в зону вспучивающейся печи гра нулированной пыли
/ —обечайка |
печи: |
2 —обечайка |
||
загрузочного |
устройства; |
3 —теч |
||
ка; 4 —крыльчатка; |
5 —полость |
|||
крыльчатки; |
6 —загрузочные па |
|||
трубки; 7—аэродинамическое уплот |
||||
нение; |
8 —дополнительное |
уплот |
||
нение; |
9 —лабиринтное уплотнение |
верны», выплавы и другие пороки структуры керамзита, снижающие его качество.
Опрыскивание поверхности гранул жидкими органи ческими добавками применяется при сухом способе про изводства керамзита для повышения вспучивания исход ной крошки сланца или глины. Техническое его решение аналогично первому способу, за исключением того, что распыление осуществляется не в глиномешалке, а на од ном из узлов перевалки крошки при ее транспортирова нии в печь.
Шихтовка глины и твердых добавок с гомогенизаци
ей массы. Хотя и с большими трудностями, но в завод-^ ской практике удается удовлетворительно смешивать" глины с твердыми добавками. Добавки обычно дозиру ют в ящичном подавателе или на движущемся конвейе ре с глиной. Непременное условие применения малых количеств твердых добавок — тщательное их смешива ние с глиной, что достигается переработкой и гомогени зацией массы в двухвальных глиномешалках, глинорезах, перетирающих дырчатых вальцах, бегунах и т. д.
Опудривание глиняного сырца порошками огнеупор ных материалов до его поступления во вращающуюся печь. Наиболее распространено опудривание гранул сыр ца в барабанах. Изготовленные на дырчатых вальцах или ленточном прессе гранулы направляются в бара бан-гранулятор, куда одновременно из специального бун кера дозируют сухой огнеупорный порошок для опудривания. В процессе вращения барабана-гранулятора по верхность каждой гранулы покрывается слоем порошка толщиной около 0,5— 1 мм, который и служит защитой от слипания зерен в конгломераты в зоне вспучивания вращающейся печи. Расход огнеупорного порошка 2— 4 % по массе сухой глины [73].
При обволакивании гранул огнеупорными порошка ми во вращающейся печи одновременно с гранулами во вращающуюся печь дозируют и огнеупорный порошок (рис. 40). В зоне вспучивания под влиянием высоких температур происходит обволакивание гранул огнеупор ным порошком, что дает возможность избежать слипа ния гранул при более высоких температурах и получать заполнитель с минимальной плотностью. Расход огне упорного порошка 5 % и более.
Следует подчеркнуть, что с применением обволаки вающих добавок в зоне вспучивания появилась возмож ность воздействовать на процесс снижения насыпной плотности не только за счет повышения температуры об жига, но и изменения газовой среды в самый важный период керамзитообразования путем применения газо образующих порошков — карбонатов, доломитов, гип са и др. Газообразные продукты способствуют созданию нейтральной или восстановительной сред, положительно влияющих на интенсивность вспучивания.1
1 Этот высокоэффективный способ разработал в 70-е годы и внедрил известный рационализатор и изобретатель В. Ф. Анто новский.
Обволакивание гранул огнеупорными порошками во вращающейся печи непосредственно перед зоной вспучивания — новый, более эффективный способ опуДривания гранул.1*
Он позволяет радикально снизить насыпную плот ность керамзита до 350—400 кг/м3, уменьшить избыток воздуха и сократить расход топлива на обжиг керам зита.
Результаты промышленного внедрения этого прогрес сивного способа на Вурманкасинском, Новочеркасском, Ореховском, Бескудниковском, Лосиноостровском, Аль метьевском и многих других заводах свидетельствуют о целесообразности его широкого применения.
3.3. Способы производства керамзитового гравия
итехнологические схемы обработки сырья
иформования гранул
Процесс изготовления керамзита состоит из следую щих основных операций: добычи глинистого сырья, его складирования и доставки к месту производства; пере работки сырья и приготовления исходного полуфабрика та-сырца, пригодного для обжига со вспучиванием; об жига и охлаждения керамзита; сортировки и при необ ходимости домола заполнителя; складирования и выда чи готового продукта.
Основное оборудование керамзитовых предприятий — оборудование для обжига. В настоящее время наиболее распространен метод обжига керамзитового гравия в од но- и двухбарабанных вращающихся печах; кроме того, осваивается промышленное производство керамзитового гравия и песка в печах кипящего слоя.
Достоинство вращающихся печей как аппаратов для вспучивания глинистых пород — возможность получать заполнитель, зерновой состав которого в основном соот ветствует нормативным требованиям. Поэтому после об жига, как правило, керамзит лишь сортируют и в от дельных случаях корректируют зерновой состав запол нителя. Тем самым в большинстве случаев сохраняется
1 Этот способ предложен (1969 г.), испытан и внедрен ВНИИстромом им. П. П. Будникова и Вурманкасинским заводом кера мических блоков и керамзита под руководством автора книги и на чальника цеха керамзитового гравия В. Ф. Антоновского.
форма зерен и остается не тронутой дроблением их спек шаяся шероховатая поверхностная корка, отличающая ся более высокой прочностью, чем вспученная масса внутри. Это в значительной степени повышает строи тельные качества заполнителя и выгодно отличает его от аглопоритов, а также керамзитового щебня, получае мого при обжиге глинистого сырья на епекательных ре шетках с последующим дроблением спекшегося «пирога» на щебень.
Другое важное достоинство вращающихся печей со стоит в том, что зерна материала в них вспучиваются в свободном объеме, не ограниченном стенками или не подвижной массой таких же зерен. Поэтому процесс мо жет быть очень интенсивным, что позволяет получать весьма эффективные заполнители плотностью 200— 500 кг/м3 при коэффициенте выхода 2—3, в то время как на епекательных решетках трудно получить заполнитель плотностью менее 600 кг/м3.
К недостаткам вращающихся печей помимо их низ кой тепловой экономичности относится трудность обжи га в них слабо-и средневспучивающихся глинистых по род, а также пород с малым интервалом вспучивания. Такие породы склонны к слипанию и образованию круп ных спекшихся, а иногда сплавленных конгломератов материала. Наоборот, спекательные решетки позволяют вести поризацию разнообразных глинистых пород, кото рые во вращающихся печах практически не вспучива ются. В то же время на епекательных решетках трудно обжигать хорошовспучивающиеся глины вследствие рез кого уменьшения при вспучивании межзерновых пустот, служащих для прососа воздуха. Поэтому для обжига на епекательных решетках обычно рекомендуется ис пользовать сырье с коэффициентом вспучивания не вы ше 2—2,5, а для обжига во вращающихся печах не ни же 2—2,5. Таким образом, оба эти метода обжига не столько конкурируют, сколько дополняют друг друга, позволяя использовать для изготовления керамзитовых заполнителей самые разнообразные по свойствам глини стые породы.
При обжиге керамзитового гравия во вращающихся печах важнейшим признаком для типизации керамзито вого производства служат применяемые способы перера ботки сырья и приготовления полуфабриката. Опыт по казал, что какого-либо универсального метода перера
ботки глин и их грануляции в полуфабрикат, пригод ный для вспучивания, не существует. Более того, спосо бы изготовления полуфабриката, его размеры, форма, влажность и другие параметры могут и должны изме няться в зависимости от свойств употребляемого сырья.
Решающее значение при выборе способов изготовле ния полуфабриката имеют физические, главным образом структурно-механические свойства глинистых пород: плотность, однородность, вл ажность, пл астичность, структура и т. д. Природные же разновидности глини стого сырья обладают самыми различными свойствами. Так, глины различных месторождений в естественном со стоянии могут быть разрыхлены и увлажнены; иметь плотное строение и быть пластичными и также увлаж ненными; представлять собой окаменевшую, почти су хую породу, с крупноструктурным строением, быть кам неподобными с мелкочешуйчатой лепестковой сланцева той структурой со склонностью к распаду на мельчай
шие |
частички; являться переувлажненными и зыбкими |
и т. |
д. |
Очевидно, что всякое однотипное решение при выбо ре способов, а также механизмов для переработки сырья и приготовления гранулированного полуфабриката из указанных глинистых пород будет нерациональным и практически нежизненным. Например, если окаменев шая глинистая порода, раздробленная на крошку соот ветствующих размеров, удовлетворительно вспучивается без всякой предварительной переработки, то, естествен но, отпадает надобность в операциях размола, замачи вания, грануляции или других приемах переработки. Многие однородные по составу пластичные хорошовспучивающиеся глины после разрыхления на карьере при добыче также могут подаваться непосредственно на об жиг во вращающуюся печь, питателем которой служит простой гранулирующий механизм типа дырчатых валь цов. С другой стороны, увлажненные глины с пестрым неоднородным составом и строением требуют более сложной переработки, заключающейся в разрушении природной структуры, гомогенизации и последующей их грануляции. Наконец, при использовании переувлаж ненных глин вполне целесообразно приготовлять из них соответствующей густоты шлам и обжигать его во вра щающихся печах, где происходит самопроизвольное фор мирование гранул.
Таким образом, следует сделать вывод не только о возможности, но и технико-экономической целесообраз ности изменения приемов переработки глин в зависимо сти от свойств потребляемого сырья. В зависимости от технологических приемов переработки глинистых пород и приготовления гранулированного полуфабриката разли чают три основных способа производства керамзита: су хой, пластический и мокрый. Существует также порош ковый способ, предложенный НИИкерамзитом.
Эффективное использование разнообразных по свой ствам и особенностям глинистых пород достигается как правильным выбором способов изготовления керамзита, так и применением в пределах выбранного способа ми нимальною по количеству и надежного в работе обору дования, учитывающего качественную специфику исход ного сырья. Технологические схемы производства керам зита, включая рекомендации по оборудованию, выбира ют на основании предварительных опытов и испытания сырья в лабораторных и заводских условиях.
Сухой способ. Технологическая схема производства керамзита по сухому способу включает следующие пе ределы: добычу глинистой породы на карьере; дробление камнеподобного или подсушенного глинистого сырья на крошку, сортировку крошки; обжиг крошки со вспучи ванием; охлаждение керамзита; сортировку керамзита и коректировку его зернового состава, складирование и вы дачу готовой продукции.
Сухой способ подготовки сырья и изготовления полу фабриката целесообразен при использовании однородно го по составу крупноструктурного камнеподобного гли нистого сырья типа сланцев и аргиллитов. Конечная цель переработки сырья по сухому способу — приготовление фракционированной глинистой крошки с предельным размером зерен до 20—30 мм в поперечнике путем дроб ления и рассева.
Верхний предел влажности различных глинистых по род, при которой они дробятся на крошку без предва рительной сушки или подвяливания, колеблется в ши роких пределах и зависит главным образом от степени дисперсности и минералогического состава сырья. Обыч но мелкодисперсные высокопластичные подсушенные по роды хорошо дробятся при влажности до 16% , а поро ды средней пластичности — при влажности до 7— 10% .
Критерий допустимой влажности сырья, пригодного
для дробления на крошку, — его свойство измельчаться без замазывания дробилок и* сит при сортировке и сох ранять сыпучесть при складировании в промежуточных бункерах. В некоторых случаях для повышения вспучИваемости камиеподобного сырья крошку перед поступле нием в печь на обжиг обрызгивают мазутом или нефтью.
В комплект механизмов и оборудования для приго товления полуфабриката по сухому способу входят ящич ный подаватель, дробилки для первичного и вторичного дробления и сита для сортировки крошки по фракциямВторичное дробление камнеподобных глинистых по род ведут на валково-зубчатых дробилках. Дробилки указанного типа должны обеспечивать: дробление на крошку сырья с влажностью, позволяющей разрушать по роды без сколько-нибудь значительного замазывания дро билки и слеживания материала при последующем бун керовании; выход после дробления крошки с минималь ным содержанием плоских и остроконечных зерен; полу чение зерен размером от 5 до 10— 15 мм в поперечнике с минимальным выходом мелочи и пыли; самоочищение зубьев от налипания случайно попадающих кусков влаж ной глины; амортизацию при попадании посторонних
твердых тел.
Для сортировки крошки на фракции до 5 мм и 5-— 15 мм применяют вибросита и сита-бураты. При этом отделяются куски размером больше 15 мм в поперечни ке, возвращаемые на повторное дробление. Для фрак ционирования глинистой крошки особенно целесообраз
ны сита-бураты — многогранные |
равномерно |
вращаю |
щиеся грохоты — отличающиеся |
достаточной |
надежно |
стью. Это позволяет организовать сортировку непосред ственно на верхних площадках бункеров.
Опыт показал, что мелкие фракции сырья целесооб разно рассеивать на тканых и плетеных проволочных си тах вследствие их упругости и самоочищения, а средние и крупные — на листовых ситах с круглыми отверстия ми. Наиболее мелкая фракция глины с влажностью 8— 12 % хорошо отсеивается через ячейки размером 2X 2 м, а при влажности 15— 1 8 % — через ячейки размером 4X 4 мм. Фракция 2— 10 мм хорошо отсеивается на сите с отверстиями 10— 12 мм, фракция 10— 15 мм — 22— 25 мм.
Фракционированная крошка служит исходным полу фабрикатом для получения керамзитового гравия раз