Технология производства керамзита. Сухой способ, технологическая схема

Поэтому структурообразование аглопорита происходит под влиянием комплекса факторов: испарения влаги, выгорания органических веществ, контактного спекания отдельных гранул и вспучивания за счет размягчения силикатного сырья до пиропластического состояния при одновременном выделении газообразных продуктов, наличия восстановительной среды в спекаемом слое.

Характер влияния всех факторов многообразен, однако общее его описание аналогично таковому для керамзита. Особенностью процесса. получения аглопорита является также и то, что в связи с кратковременным пребыванием материалов в зоне высоких температур методом агломерации можно получить пористый продукт из короткоплавкого, невспучивающегося и тугоплавкого сырья.

Основным структурным элементом получаемого аглопорита, как показали минералого-петрографические исследования, является стекло различного состава, а второстепенными - кристаллические образования, содержащиеся в примесях исходного сырья или получаемые при охлаждении расплава.

Однако количество стекла меняется в зависимости от вида используемого сырья. Наибольшее количество его в аглопорите из шлаков и зол, чему способствует повышенное содержание в сырье стекловатых частиц и плавней, а наименьшее количество в аглопорите из шахтных пород, что является следствием значительного содержания в сырье глинозема и пониженного содержания плавней.

Сырье для производства аглопорита

Основным сырьем для производства аглопорита служат глинистые породы, такие как глины, суглинок, супесь, аргиллиты, глинистые углесодержащие отходы промышленности - шахтные негорелые и горелые породы, топливные шлаки и золы, полученные от сжигания ископаемых углей или от химической их переработки в газообразное топливо.

Различные свойства сырья обусловливают различную технологию подготовки его к процессу спекания, вследствие чего все сырьевые материалы по предложению ВНИИстрома были условно разделены на три технологические группы:

I - сухие, плотные  или зернистые материалы (топливные  кусковые шлаки, сланцеватые углесодержащие  глинистые породы от добычи  и обогащения угля, глинистые  сланцы невспучивающиеся или слабо вспучивающиеся);

II - рыхлые природные  глинистые породы естественной  или повышенной влажности и  соответствующие отходы промышленности (глинистые углесодержащие отходы  oт добычи и обогащения угля, глины, сулинки, супеси, лессы);

III - сухие зернистые  пли пылевидные материалы (золы  от сжигания углей в пылевидном  состоянии, газогенераторные золы  и т. п.).

Рекомендуется использовать отходы промышленности, что экономически более целесообразно, а в случае отсутствия их применять в качестве сырьевых материалов глинистые породы. В последнем случае помимо основного сырья в состав шихты вводятся различные добавки: топливосодержащие (уголь, антрацит, топливные шлаки), отощающие содержание топлива (возврат, горелая порода), связующие (глиняный шликер, сульфитно-спиртовая барда), а также улучшающие газопроницаемость (опилки).

Сырье может быть признано пригодным для производства аглопорита, если в результате лабораторных и промышленных испытаний получены величины, отвечающие требованиям, указанным в таблице:

Производство аглопорита. Схема, параметры, основы технологии, оборудование.

Исходное сырье крупностью 5 мм смешивается с водой, а при необходимости с измельченным топливом и другими добавками. Шихта надлежащего состава загружается на колосниковую решетку агломерационной машины. Рекомендуется производить двухслойную загрузку шихты с меньшим содержанием топлива в нижнем слое.

Поверхностный слой шихты зажигают при помощи специального горна при одновременном включении эксгаустера для просасывания газов, которые в результате горения топлива нагреваются до температуры 900-1200°. При этом в рассматриваемом слое происходят следующие основные явления: быстрое испарение влаги, подогрев шихты, сгорание топлива с повышением температуры шихты до 1200-1600°, спекание и поризация исходного сырья, охлаждение спекшегося продукта.

Таким образом, каждый дифференциальный слой шихты претерпевает следующие температурные воздействия: нагрев до 1400-1600° в течение 3-4 мин; изотермический прогрев при 1400-1600° в течение 1-2 мин; охлаждение до 600-800° в течение 2-3 мин. Начавшийся процесс горения топлива в поверхностном слое шихты распространяется в глубь его. Образующиеся при этом газообразные продукты горения и спекшийся аглопорит, имея высокую температуру, нагревают просасываемый воздух и нижележащие слои шихты, подготовляя таким образом содержащееся в них топливо к возгоранию, в результате чего процесс горения топлива переходит от одного дифференциального слоя к другому, заканчиваясь у колосниковой решетки.

В сечении спекаемого слоя шихты различают четыре условные технологические зоны, перемещающиеся сверху вниз: зону охлаждения, зону горения топлива (спекания и вспучивания шихты), зону подогрева шихты и зону испарения влаги. Одном из особенностей технологии производства аглопорита является выбор способа подготовки шихты и и связи с этим оборудования в зависимости от того, к какой группе принадлежит используемое сырье - первой, второй или третьей.

Дальнейшие этапы производства следующие: дробление и рассев исходного сырья и добавок, дозирование составляющих шихты преимущественно ленточными питателями, приготовление однородной и надлежащего зернового состава шихты, укладка ее на колосники машины и спекание с последующим охлаждением, дробление, фракционирование и хранение аглопорита.

Подготовка шихты. Во ВНИИстроме разработаны принципиальные технологические схемы производства аглопорита, предусматривающие подготовку шихты к спеканию с учетом структурно-механических свойств сырья каждой из трех групп:

Как видно из рисунка, основным отличием одной схемы от другой является:

в первом случае - смешивание компонентов шихты в мешалках принудительного действия с целью обеспечения лишь гомогенности шихты;

во втором - помимо перемешивания осуществляется также и окомкование с помощью барабанных грануляторов;

в третьем - то же, но с помощью тарельчатых грануляторов. При изготовлении аглопорита из глин в ящичных подавателях устанавливаются рыхлители.

Рекомендуется производить паровое увлажнение и подогрев шихты, что позволяет повысить производительность агломерационных машин на 8-10%, а также вводить в шихту жидкие горючие вещества. Подготовленная шихта поступает на спекание.

Спекание. Эта операция является основной в общем технологическом процессе производства аглопорита. Осуществляется она на агломерационных установках периодического и непрерывного действия.

К периодическим установкам относятся переносная и стационарная агломерационные чаши, показанные на рисунках а и б. Чаши загружаются вначале подстилающим слоем, потом подготовленной шихтой, покрываются небольшим слоем опилок и после подключения к воздуходувной системе разжигаются.

Такие установки просты в изготовлении, но трудоемки в эксплуатации, так как слабо механизированы. Они выгодны для предприятий производительностью до 25 тыс. м3 в год.

На рисунке в показан один из возможных вариантов решения конструкции агломерационной машины карусельного типа.

Она состоит из вращающейся колосниковой решетки в виде диска с бортами, образующими рабочий орган машины; над колосниками устанавливают бункер для загрузки шихты, разравнивающее устройство и зажигательный горн, а под ним вакуум-камеры, соединенные с воздуходувным устройством, создающие разрежение в период спекания.

При вращении колосниковой решетки на 80% ее площади последовательно происходят следующие операции: загрузка шихты, разравнивание ее, зажигание и спекание.

Машины такого типа пока еще не получили достаточного внедрения в производство. По экономическим показателям подобные установки могут быть. выгодны дли предприятий с производительностью до 50 тыс. м3 аглопорита в год.

На рисунке г показана схема ленточной агломерационной машины, основным рабочим органом которой является подвижная бесконечная вертикально-замкнутая колосниковая решетка, состоящая из отдельных звеньев (палст). Рабочей частью решетки является только верхняя ее ветвь (40-45% от общей площади решетки).

Под колосниками машины находятся вакуум-камеры, соединенные при помощи коллектора с воздуховодом, подключенным к одному или нескольким эксгаустерам. Количество просасываемых газов может регулироваться с помощью дроссельных заслонок, имеющихся в каждой вакуум-камере.

В той из них, которая находится под зажигательным горном, поддерживается разрежение 80-150 мм вод. ст., а в остальных - в пределах от 200 до 400 мм вод. ст. в зависимости от вида спекаемого сырья. Этот тип машин применяют на предприятиях с производительностью 100 тыс. м3 аглопорита в год и более. Известны следующие основные типы ленточных агломерационных машин: СМ-427, К-8-220, 717-А-00-00, СМ-939, СМ-961. Их техническая характеристика по некоторым показателям следующая:

В настоящее время наиболее совершенной является ленточная агломерационная машина секционного типа марки СМ-961, выпускаемая с набором дополнительного к ней оборудования Куйбышевским заводом "Строммашина". Конструктивное решение и вид агломерационной машины CM-961 показаны ниже.

Полученный слой готового аглопорита для охлаждения орошается водой. В конце машины у разгрузочной станции установлен коржеломатель, разламывающий слой аглопорита на отдельные куски, которые идут сначала в роторную дробилку, а затем в двухвалково-зубчатую дробилку и с помощью грохота ГВР-1-6 рассеиваются на требуемые фракции.

Трехступенчатое дробление обеспечивает максимальный выход аглопорита фракций 5-20 мм. Топливо в шихте зажигается при помощи специального горна, представляющего собой камеру, внутренние поверхности которой футерованы огнеупорным кирпичом.

В боковые стенки камеры вмонтированы горелки, в которые подается жидкое или газообразное топливо: соляровое масло, мазут, природный или генераторный газ. В последнее время разработана специальная ленточная агломерационная машина для получения аглопорита гравиеподобной формы.

Имеется ряд производственных факторов, которые существенным образом влияют на ход технологического процесса и качество получаемого аглопорита. К ним относятся: предельная крупность шихты, ее влажность, содержание топлива в шихте, высота спекаемого слоя, величина разрежения под колосниками агломерационной машины, режим охлаждения аглопорита.

Предельная крупность шихты. Предельная крупность основного сырьевого компонента (при подготовке шихты из сырья первой группы) не должна превышать 10-12 мм. Для топлива допускается крупность зерен не выше 3 мм. Специальные добавки (опилки, возврат и т. н ) могут иметь предельную крупность от 5 до 20 мм.

Укрупненные зерна допускаются при введении добавок из пористых материалов, таких, как шлаки, возврат и др. Увеличение предельной крупности зерен способствует повышению газопроницаемости шихты, ускорению процесса горения и, следовательно, увеличению выхода готового продукта. Для сырья второй группы предельная крупность зерен шихты рекомендуется в пределах от 10 до 12 мм, для третьей группы - от 12 до 15 мм.

Влажность шихты. Этот фактор является весьма важным в производстве аглопорита. Он контролируется наименьшим насыпным объемным весом шихты. Влажность считается оптимальной, если она на 2-2,5% выше влажности, соответствующей наименьшему насыпному обьемному весу.

Для сырья первой группы оптимальная влажность колеблется в пределах от 10 до 16%, второй группы - от 16 до 23%, для сырья третьей группы - от 30 до 40% по весу. Увлажнением регулируют форму зерен, их размер, а также газопроницаемость шихты.

Воду вводят при помощи форсунок, расположенных в 3-4 местах по длине смесителя, которые распыляют ее и тем самым способствуют более равномерному распределению в шихте.

В качестве смесителей используют обычные двухвальные лопастные глиномешалки или специальные шихтосмесители. Хорошо подобранная по влажности шихта, будучи сдавленная в руке, после разжатия сохраняет приданную ей форму.

Содержание топлива в шихте. В шихте должно быть минимальное количество условного топлива, при котором обеспечивался бы нормальный ход процесса спекания ее на агломерационной решетке.

Для некоторых основных видов сырья это количество колеблется в следующих пределах (%): шихта из топливных шлаков 9-10, из золы 10-12, из шахтных пород 8-10, глинистых 6-8. В некоторых видах сырьевых материалов (шлаках, золах, шахтных породах) топливо уже имеется и поэтому при изготовлении шихты его можно не вводить или ввести в количестве, необходимом для обеспечения процесса спекания.

Иногда необходимо даже обеднять смесь топливом (путем введения в шихту возврата (дробленый аглопорит), горелой породы и других отощающих добавок, так как избыток топлива увеличивает продолжительность спекания, повышает объемный вес аглопорита и вызывает появление крупных пор и каверн, ухудшающих структуру готовою продукта.

Высота слоя шихты. Оптимальную высоту слоя шихты рекомендуется устанавливать на основе опытных спеканий. Обычно оптимальная высота опекаемого слоя шихты для всех трех групп сырья находится в пределах от 200 до 300 мм.