книги / Обжиг в кипящем слое в производстве строительных материалов
..pdfРис, 32. Схема печи со взвешенно-фонтанируюши- ми слоями для обжига це ментного клинкера
использованию печей со взвешенным фонганируюшим
с л о е м , являющимся одной из разновидностей |
|
кипя |
||||
щ его слоя . |
|
|
|
|
|
|
О собенность конструкции |
печи |
(рис. |
3 2 ) |
|
за |
|
клю чается в том, |
что в ее |
камерах |
отсутств ую т |
|||
перфорированные |
решетки для подачи |
ожижающего |
||||
аген та, а создание взвешенного |
фонтанирующего |
|||||
сло я обеспечивается конической формой |
к а м е р - |
|||||
реакторов с пережимами. Этими пережимами |
печь |
|||||
разделяется на камеры подогрева, обжига и |
|
о х |
||||
лаждения; переход |
фракционированного |
|
зернис |
|||
того (или гранулированного м атериала) |
происхо |
|||||
дит путем пульсирующего перетока через |
шайбы |
|||||
из верхней камеры в нижнюю. |
|
|
|
|
||
Несмотря на то, что движение м атериала |
в |
по |
||||
добных установках с фонтанирующим с ло ем |
|
пред |
ставляет ообой устойчивый колебательны й |
процесс, |
|
поддержание в них стабильного аэродинамического |
||
теплового режима при высокотемпературном |
обжи |
|
г е спекающ егося материала представляет |
ряд |
труд |
ностей, и эти |
печи н е нашли еще |
практического |
применения в |
цементной промышленности. |
Г л а в а У1. ПОЛУЧЕНИЕ ПОРИСТЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ ОБЖИГОМ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ
1.ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТЫХ ПЕСКОВ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ
а) Особенности вспучивания различных пород
в кипящем слое |
|
|
Основным условием осущ ествления |
процесса |
|
вспучивания является выделение газообразной |
фа |
|
зы - агента вспучивания, при температурах, |
о б ес |
|
печивающих величину вязкости материала, |
необхо |
димую для перехода его в пиропластическое состо
яние, |
|
|
|
|
|
В зависимости |
о т состава |
сырья |
(хим ического, |
||
минералогического, гранулом етрического) |
процесс |
||||
вспучивания протекает при различных |
температурах |
||||
и продолжительности нагрева и обусловлен |
выде |
||||
лением |
в период пиропластического состояния ма |
||||
териала различной газообразной фазы. На |
вспу |
||||
чивание сырья влияет характер внешней |
среды . |
||||
Вспучивание глинистых пород |
(глин, |
суглинков, |
|||
аргиллитов, глинистых сланцев) связано в |
основ |
||||
ном с |
развитием |
окислительно-восстановительных |
|||
процессов при нагреве указанных пород. |
|
||||
Вспучивание некоторых разновидностей |
крем |
||||
нистых |
пород (трепелов, диатомитов) |
вызывается |
|||
также |
реакциями |
окисления |
и восстановления окис |
||
лов ж елеза, протекающими в |
примеси |
глинистого |
вещ ества, содержащ егося в |
кремнистой |
|
породе* |
||||
В о вспучивании |
этих пород |
принимает участие |
опал |
||||
— разновидность |
аморфного |
кремнезема* |
Вулкани |
||||
ческие водосодержащйе стекла вспучиваются |
за |
||||||
с ч е т вьщеления |
в период размягчения |
|
|
высоко |
|||
температурной структурной воды. |
|
|
|
|
|||
Особенностью |
перлитовых |
пород является |
|
в о з |
|||
мож ность получения из них особо легк ого |
|
песка, |
|||||
что отличает эти породы о т |
других видов |
|
сы рье |
||||
вы х материалов, вспучиваемость которых тем |
вы |
||||||
ше, чем крупнее обжигаемая гранула. |
|
|
|
|
|||
Источником газообразной |
фазы в |
шунгитовых |
|||||
сланцах, по данным Института геологии |
|
К арель |
|||||
ского филиала АН С С С Р , является гидратная |
вода |
||||||
хлоритов и конституционная вода минералов |
|
цои- |
|||||
зита и серицита* У глер од щ унгитового |
|
вещ ества, |
|||||
содержащегося в указанных сланцах, |
сп особств ует |
||||||
сохранению ж елеза при обж иге в закисной |
форме, |
||||||
что благоприятствует их вспучиванию* |
В о |
|
|
в сех |
|||
случаях процесс |
вспучивания |
сопровождается |
обра |
||||
зованием пористой структуры |
обж игаем ого |
|
м ате |
||||
риала, увеличением размеров гранул и |
|
снижением |
|||||
их объемной м ассы в куске. Уменьшение |
|
объем |
|||||
ной м ассы материала для отдельны х видов |
|
сырья, |
|||||
например перлита, доходит до 10 раз по |
|
|
отно |
||||
шению к исходному м атериалу. Р езк о е |
|
изменение |
при термообработке основных показателей кипящего
слоя - величины зерна и е го объемной |
м ассы |
ставило под сомнение возм ож ность применения м е |
|
тода термообработки в кипящем слое для |
процес |
са обж ига со вспучиванием. Одной из |
трудностей |
при осущ ествлении процесса вспучивания в кипящем
слое является также то, что процесс |
связан |
с |
об |
разованием в обж игаемом м атериале |
довольно |
||
больш ого количества жидкой фазы при |
тем перату |
||
рах, близких к спеканию. Интервал вспучивания |
- |
||
спекания изменяется даже для однородного |
сырья |
||
в пределах от 25 до 1 0 0 С . Это |
обусловли вает |
122
жестки© требования к строгом у соблюдению темпе ратурного режима обж ига; образование спеков ма
териала или даже его частичное агрегирование при |
||
водит ю нарушению гидродинамического |
режима |
|
процесса или даже к полному прекращению |
его . |
|
Такое строгое регламентирование |
температурного |
|
режима данного процесса представляет |
допол |
|
нительные трудности в связи е его |
эндотермичес |
ким характером, требующим подвода тепла извне.
Для выявления возможности и |
целесообразности |
||
использования кипящего слоя для |
термической |
о б |
|
работки при получении пористых |
заполнителей, |
а |
|
также для подбора технологдаеских параметров |
во |
||
ВН И И СТРО М Е был выполнен комплекс |
теоретичес |
||
ких и экспериментальных работ, |
часть |
которы х |
|
описана в предыдущих главах. |
|
|
|
Проведенные еще 1 9 5 8 - 1 9 5 9 |
г г . опыты |
по |
|
вспучиванию отдельны х разновидностей |
глинис |
тых и вулканических пород показали принципиальную
осущ ествимость процесса получения |
вспученных |
|||||
мелкозернистых материалов обж игом в |
|
кипящем |
||||
слое |
[2 2 , 8 0 ] . Было |
установлено, |
что |
из кипящего |
||
слоя |
выходит только |
полностью вспученный |
|
про |
||
дукт, |
не содержащий необожженного материала. |
|||||
Удлинение времени обжига в кипящем сло е |
по |
|||||
сравнению со взвешенным состоянием мож ет |
ока |
|||||
зать |
положительное влияние на прочность |
порис |
||||
того |
песка, например |
перлитового, |
применяемого в |
|||
перлито- и керамзитоперлитобетоне. |
|
|
|
|||
С |
учетом быстро |
развивающегося |
производства |
|||
керамзита особое внимание было уделено |
иссле |
|||||
дованию различного глинистого сы рья для |
получе |
|||||
ния керамзитового песка, большую потребность |
в |
|||||
котором ощущает производство |
керамзитобетона. |
Экспериментальные работы показали преимущества получения керамзитового песка в кипящем слое по сравнению с обж игом во вращающихся печах [ 2 3 ] .
В озм ож ность осущ ествления ступенчатого |
|
прин |
|||||||
ципа |
термообработки |
с предварительной |
тепловой |
||||||
подготовкой сырцовой крошки и последующим |
ско |
||||||||
ростны м обж игом, обеспечивающими |
максимальную |
||||||||
вспучиваем ость сырья, является одной из |
|
|
пред |
||||||
посылок к применению кипящего слоя для |
|
термо |
|||||||
обработки, сопровождающейся вспучиванием |
сырцо |
||||||||
вого |
материала, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) Характеристика сырьевых материалов |
|
|
||||||
Д ля разработки технологических |
параметров |
||||||||
вспучивания в кипящем слое было изучено |
|
|
боль |
||||||
шое количество различных пород. М ногие |
и з |
|
них |
||||||
уже |
использую тся для получения гравия (щ ебн я) при |
||||||||
обжиге во вращающихся |
печах (керам зит, |
|
перлит, |
||||||
трепел, шунгитовые |
сланцы) |
или шахтных |
|
|
печах |
||||
( перлитовый п есо к ,), |
так |
что |
одной |
из |
основных за |
||||
дач было выявление особенностей вспучивания |
их |
||||||||
в виде мелких фракций в кипящем сло е, |
|
|
|
||||||
В |
табл. 1 4 приведен |
перечень |
изученных |
|
пород |
||||
и их |
химический состав , |
а на рис. |
3 3 |
|
показаны |
термограммы большинства пород. В табл. 1 5 обоб
щены результаты |
м инералогического |
и |
грануло |
|||
метрического анализов исследованных проб |
сырья, |
|||||
а также приведена характеристика |
вспучиваемости |
|||||
этих пород, полученная в р езульта те |
предваритель |
|||||
ных испытаний сырья в неподвижном слое в |
лабо |
|||||
раторной печи в |
виде гранул (щ ебня) |
разм ером |
||||
1 5 м м и в виде |
песчаной фракции с |
разм ером |
зе |
|||
рен 0 ,6- 1,2 мм . |
|
|
|
|
|
|
В соответствии с разработанной проф. С .П .О нац - |
||||||
ким классификацией глин по вспучиваемости |
£66 ] |
|||||
все глинистые породы, из которых при |
вспучивании |
|||||
в чистом виде получается . керамзитовый гравий |
с |
|||||
объемной м ассой |
0 ,2 - 0 ,5 г/см , |
рассматриваются |
||||
как высоковспучивающиеся. К этой группе |
глинис |
|||||
тых пород м о гу т |
быть отнесены |
многие |
из |
глин, |
||
1 2 4 |
|
|
|
|
|
|
Рис. |
33. Термограммы |
|||
изученных пород |
|
|||
1 |
- |
батракская |
гли |
|
на; 2 |
- |
кряжская |
гли |
|
на; 3 - серовская гли |
||||
на; 4 |
- |
лианозовская |
||
глина; |
5 - |
парсуковская |
||
глина; |
6 - |
смышлнев |
||
ская |
глина; |
7 - |
бого |
польский перлит светло
зеленый; |
8 - |
бого |
польский перлит |
темно |
|
зеленый; |
9 - |
мухор- |
талинский |
перлит свет |
|
ло-зеленый; 10 - |
му- |
|
хор-талинекий перлит |
||
темно-зеленый; |
1 1 - |
шадринский трепел; 1 2 - нигозерский шунгитовый сланец; 13 - алексеев
ская опока
Порода, размещение |
s,o2 |
А1г 0 3 |
тю2Pez0 3F e 0 |
С а О |
Mg O |
S 0 3 |
||||||
|
1 |
|
|
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Глинистая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Смышляевская глина, |
Куйбы- |
|
18,7 |
0,4 |
6,22 |
0,87 |
2,35 |
3,32 |
0,65 |
|||
шевская обл. |
|
|
|
56,2 |
||||||||
Парсуковская глина, |
Тульская |
|
22,7 |
0,77 |
6,82 |
1,81 |
1,85 |
2,15 |
0,4 |
|||
обл. |
|
|
|
|
52,8 |
|||||||
Серовская глина, |
Свердловс |
|
17,17 |
0,64 |
6,35 |
2,19 |
1 |
2,93 |
Следы |
|||
кая обл. |
|
|
|
|
57,37 |
|||||||
Кряжская глина, |
Куйбышевская |
|
17,24 |
0,24 |
5,22 |
1,18 |
4,2 |
3,87 |
ж |
|||
обл. |
|
|
|
|
55,88 |
|||||||
Дединовская |
глина, Московс |
|
16,19 |
0,61 |
|
8 |
2,2 |
1,04 |
|
|||
кая обл. |
|
|
|
|
60,14 |
|
|
|||||
Батракская |
глина, |
Куйбышевс |
|
21,17 |
0,54 |
2,31 |
|
|
|
|
||
кая обл. |
|
|
|
|
58,3 |
3,99 |
0,85 |
1,73 |
Следы |
|||
Лосиноостровский |
суглинок, |
|
13,21 |
0,48 |
|
|
|
|
и |
|||
Московская обл. |
|
|
|
71,23 |
4,32 |
0,73 |
2,45 |
0,56 |
||||
Надеждинская глина, |
Горь |
|
15,58 |
0,64 |
|
|
|
|
|
|||
ковская обл. |
|
|
|
63,68 |
0,93 |
5,41 |
0,85 |
2,13 |
0,31 |
|||
Ельдинская |
глина, Москов |
62,2 |
14,67 |
0,82 |
4,93 |
1,03 |
1,9 |
1,97 |
0,88 |
|||
ская обл. |
|
|
|
|
||||||||
Дашковская глина, |
Москов |
55,64 |
‘Г7/7ЁГ |
^5,97 |
3,4 |
4,09 |
0,05 |
|||||
ская обл. |
|
|
|
|
||||||||
Лианозовский суглинок, |
71,1 |
14,84 |
0,54 |
4,02 |
0,58 |
0,85 |
1,47 |
0,05 |
||||
Московская обл. |
|
|
|
126
7 2 1
Порода, размещение
1
Смышляевская глина, Куйбышевкая обл.
Парсуковская глина, Тульская обл.
Серовская глина, Свердловс
кая обл.
Кряжская глина, Куйбышевс
кая обл.
Дединовская глина, Москов
ская обл.
Батракская глина, Куйбышев
ская обл. Лосиноостровский суглинок,
Московская обл. Надеждинская глина, Горь ковская обл.
Ельдинская глина, Московс кая обл.
|
|
|
|
Гигро |
|
Орга |
|
Несвя |
S ' |
к 2о |
Wa20 |
П.П.П. |
скопи |
с о 2 , |
ничес |
|
занная |
|
ческая |
|
кие |
|
s-.o2, |
|||
|
|
|
|
вода,% |
% |
примеси |
% |
|
10 |
11 |
го |
СО |
14 |
|
% |
1 |
|
15 |
16 |
1 |
17 |
|||||
- |
1,73 |
0,07 |
9 |
6,92 |
0,92 |
1,36 |
8,72 |
|
. |
2,96 |
0,92 |
9,5 |
6,47 |
0,42 |
1,49 |
8,88 |
|
_ |
1,87 |
0,77 |
9,34 |
_ |
|
|
|
|
|
2,53 |
2,85 8,89 |
3,18 |
3,67 |
0,52 |
18,88 |
||
|
3,,22 |
7,58 |
5,46 |
0,65 |
1,45 |
_ |
|
|
|
2,83 |
1,01 |
7,61 |
1,89 |
0,54 |
1,65 |
21,2 |
|
_ |
2,1 |
0,844,68 |
3,74 |
0,35 |
0,36 |
4,1 |
||
0,23 |
2,74 |
0,6 |
6,54 |
1,95 |
0,05 |
1,63 |
_ |
|
0,57 |
2,48 |
0,6 |
7,42 |
3,93 |
|
2,3 9 |
_ |
|
128
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение |
табл. 14 |
||
Порода, размещение |
Sro2 |
2 3 |
Ti |
о г |
^ г °з |
FeO |
СаО |
MgO |
so |
3 |
|
|
|
|
AL .O |
|
|
|
|||||
- |
1 |
2 |
- 3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
|
Кремнистая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Шадринский трепел, Курганская |
60,3 |
|
|
|
6,11 |
0.73 |
|
|
|
|
|
обл. |
|
16,85 |
0,44 |
0,8 |
2,22 |
1,66 |
|||||
Алексеевская опока, Мордов |
|
|
|
|
3,12 |
0,36 |
|
|
|
|
|
ская АССР |
82,08 |
6,32 |
0,44 |
1 |
1,07 |
Следы |
|||||
|
Вулканическая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Арагацкий : перлит, Армянс |
|
|
|
|
0,68 |
|
0,88 |
|
|
|
|
кая ССР |
|
74,26 |
12,96 |
|
|
0 , 1 |
0,12 |
|
|
||
Богопольский перлит, При |
|
|
|
|
0,83 |
0,43 |
0,85 |
0,34 |
_ |
|
|
морский край |
71,86 |
12,85 |
0,2 |
|
|
||||||
Мухор-Талинский перлит, |
71,58- |
13,91- |
0,24- |
0,55- |
0,36- |
1,4- |
0,3 2- |
0,09- |
|||
Бурятская АССР |
-69,3 |
-14,06 -0,22 |
-0,67 |
-0,29 |
-1 |
-0,23 |
-0,08 |
||||
|
Шунгитовая |
|
|
|
|
8,4-14 1-3 |
1,3-4,8.2,7-4,8 |
|
|||
Нигоэерский сланец, Карель- |
46-51 |
13-18 |
0,1-0,3 |
|
|||||||
ская АССР |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|