МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ростовский Государственный Строительный Университет»

Институт строительных материалов и технологий

Кафедра технологии вяжущих веществ, бетонов и строительной керамики

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

По дисциплине «Технология заполнителей»

Тема: «Производство керамзитового гравия марки 550»

Выполнил: студент группы ПСМ-297 Сиомикова Александра Евгеньевна

Руководитель проекта: доцент кафедры ТВВБиСК Шляхова Елена Альбертовна

К защите:

Проект защищен с оценкой:

г. Ростов-на-Дону

2013г.

Содержание

Введение

1. Общие положения

   1. Характеристика выпускаемой продукции

   2. Характеристика сырьевых материалов

2. Технологическая часть

   1. Выбор и технико-экономическое обоснование технологии производства

   2. Технологическая схема производства

   3. Технология производства заполнителя

   4. Расчет производительности и потребности в сырье

   5. Контроль технологических процессов и качества продукции

Список использованной литературы

Введение

Керамзит представляет собой легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия, реже в виде щебня, получаемый при обжиге легкоплавких глинистых пород, способных всучиваться при быстром нагревании их до температуры 1050 – 1300 С в течение 25–45 мин. Качество керамзитового гравия характеризуется размером его зерен, объемным весом и прочностью. В зависимости от размера зерен керамзитовый гравий делят на следующие фракции: 5 – 10, 10 – 20 и 20 – 40 мм, зерна менее 5 мм относят к керамзитовому песку. В зависимости от объемного насыпного веса (в кг/м3) гравий делят на марки от 150 до 800. Водопоглощение керамзитового гравия 8–20 %, морозостойкость должна быть не менее 25 циклов.

Керамзит применяют в качестве пористого заполнителя для легких бетонов, а также в качестве теплоизоляционного материала в виде засыпок.

Керамзитовый гравий — частицы округлой формы с оплавленной поверхностью и порами внутри. Керамзит получают главным образом в виде керамзитового гравия. Зерна его имеют округлую форму. Структура пористая, ячеистая. На поверхности его часто имеется более плотная корочка. Цвет керамзитового гравия обычно темно-бурый, в изломе — почти черный. Его получают вспучиванием при обжиге легкоплавких глин во вращающих печах. Такой гравий с размерами зерен 5 – 40 мм морозоустойчив, огнестоек, не впитывает воду и не содержит вредных для цемента примесей. Керамзитовый гравий используют в качестве заполнителя при изготовлении легкобетонных конструкций.

Керамзитовый щебень — заполнитель для легких бетонов произвольной формы, преимущественно угловатой с размерами зерен от 5 до 40 мм, получаемый путем дробления крупных кусков вспученной массы керамзита.

Некоторые глины при обжиге вспучиваются. Например, при производстве глиняного кирпича один из видов брака— пережог — иногда сопровождается вспучиванием. Это явление использовано для получения из глин пористого материала — керамзита.

Вспучивание глины при обжиге связано с двумя процессами: газовыделением и переходом глины в пиропластическое состояние.

Источниками газовыделения являются реакции восстановления окислов железа при их взаимодействии с органическими примесями, окисления этих примесей, дегидратации гидрослюд и других водосодержащих глинистых минералов, диссоциации карбонатов и т. д. В пиропластическое состояние глины переходят, когда при высокой температуре в них образуется жидкая фаза (расплав), в результате чего глина размягчается, приобретает способность к пластической деформации, в то же время становится газонепроницаемой и вспучивается выделяющимися газами.

Для изготовления керамзитобетонных изделий нужен не только керамзитовый гравий, но и мелкий пористый заполнитель. Керамзитовый песок — заполнитель для легких бетонов и растворов с размером частиц от 0,14 до 5 мм получают при обжиге глинистой мелочи во вращающих и шахтных печах или же дроблением более крупных кусков керамзита.

Производство керамзитового песка по обычной технологии во вращающейся печи неэффективно. Некоторая примесь песчаной фракции получается при производстве керамзитового гравия за счет разрушения части гранул в процессе термообработки, однако он сравнительно тяжелый, так как мелкие частицы глинистого сырья практически не вспучиваются (резервы газообразования исчерпываются раньше, чем глина переходит в пиропластическое состояние). Кроме того, в зоне высоких температур мелкие гранулы разогреваются сильнее крупных, при этом, возможно, их оплавление и налипание на зерна гравия.

На многих предприятиях керамзитовый песок получают дроблением керамзитового гравия, преимущественно в валковых дробилках. Себестоимость дробленого керамзитового песка высока не только в связи с дополнительными затратами на дробление, но главным образом потому, что выход песка всегда меньше объема дробимого гравия. Коэффициент выхода песка составляет 0,4— 0,7, т. е. в среднем из 1 м3 гравия получают только около 0,5 м3 дробленого керамзитового песка. При этом почти вдвое возрастает его насыпная плотность.

В настоящее время при получении керамзитового песка лучшей считают технологию его обжига в кипящем слое.

В вертикальную печь загружается глиняная крошка крупностью до 3 или 5 мм, получаемая дроблением подсушенной глины или специально приготовленных по пластическому способу и затем высушенных гранул. Через решетчатый (пористый) под печи снизу под давлением подают воздух и газообразное топливо (или же горячие газы из выносной топки). При определенной скорости подачи газов слой глиняной крошки разрыхляется, приходит в псевдоожиженное состояние, а при ее увеличении как бы кипит. Газообразное топливо сгорает непосредственно в кипящем слое. Благодаря интенсификации теплообмена в кипящем слое происходит быстрый и равномерный нагрев материала. Частицы глины обжигаются и вспучиваются примерно за 1,5 мин. Перед подачей в печь обжига глиняная крошка подогревается в кипящем слое реактора термоподготовки примерно до 300 °С, а готовый песок после обжига охлаждается в кипящем слое холодильного устройства. Насыпная плотность получаемого керамзитового песка— 500—700 кг/м3. К зерновому составу керамзитового песка предъявляются требования, аналогичные требованиям к природному песку, но крупных фракций в нем должно быть больше.

Проблему получения керамзитового песка, достаточно эффективного по свойствам и себестоимости, нельзя считать полностью решенной. Часто при получении керамзитобетона в качестве мелкого заполнителя применяют вспученный перлит, а также природный песок.

1. Общие положения

   1. Характеристика выпускаемой продукции

Характеристика керамзитового гравия марки 550 по ГОСТ 9757-90 «Гравий, щебень и песок искусственные пористые. Технические условия».

Гравий изготовляют следующих основных фракций: от 5 до 10; от 10 до 20; от 20 до 40 мм. Керамзит, крупностью менее 5 мм относят к керамзитовому песку. Зерновой состав гравия каждой фракции должен соответствовать указанному в таблице 1.

Таблица 1 – «Зерновой состав гравия»

Диаметр отверстия контрольного сита, мм	d	D	2D
Полный остаток на сите, %, по массе	От 85 до 100	До 10	Не допускается

Примечание: D, d – соответственно наибольший и наименьший номинальные диаметры контрольных сит.

В гравии фракции от 2,5 до 10 мм и смеси фракций от 5 до 20 мм содержание зерен размером от 5 до 10 мм должно быть от 25 до 50 % по массе.

Насыпная плотность керамзитового гравия соответствует марке, т.е. не менее 550 кг/м3.

Марка по прочности гравия в зависимости от марки по насыпной плотности должна соответствовать П125 – 2,5 – 3,3 Мпа.

Гравий должен быть морозостойким и обеспечивать требуемую марку легкого бетона по морозостойкости. Потеря массы после 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания не должна превышать 8 %. Отпускная влажность керамзитового гравия должна быть не более 2%.

В гравии, щебне и песке, применяемых в качестве заполнителей для армированных бетонов, содержание водорастворимых сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO3 не должно превышать 1 % по массе.

Потеря массы при кипячении кипячения должна быть не более 5%.

Содержание в гравии расколотых зёрен не должно превышать по массе 15%.

Керамзитовый гравий применяется в качестве заполнителя для легких бетонов. Такие батоны обладают более высокими теплозащитными свойствами, что даёт возможность уменьшить толщину и вес наружных стен, а это является одной из предпосылок обусловливающих возможность индустриализации строительства.

Плотность бетонов на керамзитовом гравии получается 1200-1400кг/м3, это значение в два раза меньше чем плотность тяжелых бетонов, что является существенным источником снижения себестоимости строительства.

Оптимальные мощности цехов керамзитового гравия и песка составляет 100 – 200 тыс. м³ в год, заводов — от 200 до 400 тыс. м³ в год. При проектировании производства основными критериями оценки эффективно­сти применяемых технологий служат показатели ресурсо - и энергозатрат, а также показатели стабильности качества выпускаемых искусственных пористых заполнителей.

2. Характеристика сырьевых материалов

Сырьем для производства керамзита служат глинистые породы, относящиеся в основном к осадочным горным.

Некоторые камнеподобные глинистые породы – глинистые сланцы, аргиллиты – относятся к метаморфическим.

Глинистые породы отличаются сложностью минералогического состава и кроме глинистых минералов (каолинита, монтмориллонита, гидрослюды и др.) содержат кварц, полевые шпаты, карбонаты, железистые, органические примеси.

Глинистые минералы слагают глинистое вещество – наиболее дисперсную часть глинистых пород (частицы мельче 0,005 мм). Собственно глинами называют глинистые породы, содержащие более 30 % глинистого вещества.

Для производства керамзита наиболее пригодны монтмориллонитовые и гидрослюдистые глины, содержащие не более 30% кварца. Общее содержание Si02 должно быть не более 70%, А12О3 — не менее 12% (желательно около 20%), Fe2О3 + FeO – до 10%, органических примесей – 1-2%.

Пригодность глинистого сырья для производства того или иного вида изделий определяется его свойствами, зависящими от химико-минералогического и гранулометрического состава. 

Гранулометрический состав глин – процентное содержание зерен различной величины в глинистой породе. Характеризуется большим разнообразием.

Размеры частиц легкоплавких глин, мкм: менее 5 – 8-60%, 5-50 – 6-55%, 50-250 – 1-22%. Более 1000 – 10%.

Фракции с размером частиц 5-50 мкм относятся к пылевидным, от 50 мкм до 2 мм – к песчаным. Фракцию более 2 мм считают включениями. Повышенное, содержание частиц размером менее 5 мкм придает глинам высокую пластичность и чувствительность к сушке, увеличивает усадку изделий при обжиге. Повышенное содержание пылевидной фракции в глинах повышает чувствительность к сушке и обжигу, снижает прочность изделий. Глины, содержащие крупнозернистый песок, менее чувствительны к сушке, чем глины, содержащие тонкодисперсный песок. Следовательно, зная гранулометрический и вещественный составы глин, можно ориентировочно определять их пригодность для изготовления керамических изделий того или иного вида. Так, для тонкостенных и крупноразмерных керамических камней содержание фракций меньше 2 мкм должно быть в пределах 24-50%, фракций размером 2 – 20 мкм – 30-47%, более 20 мкм – 6-34%.

Химический состав. Химический состав глин в значительной мере характеризует их пригодность для производства изделии определенных видов. При сопоставлении химического состава различных глин обычно рассматривают количество оксидов разных химических элементов, из которых состоят все соединения глин. Химический состав глин представляют следующими основ­ными оксидами.

Кремнезем SIO2 находится в глинах в связанном и свободном состояниях. Связанный кремнезем входит в состав глинообразующих минералов, свободный представлен примесями кварцевого песка. Общее содержание кремнезема в глинах 50-65 %, в запесоченных 80-85 %. В зависимости от содержания свободного кварца глины бывают: с низким (10%), средним (свыше 10 до 25%) и высоким (свыше 25%) содержанием.

Оксид алюминия Al2O3 находится в глинах в связанном состоянии, в составе глинообразующих минералов и слюдистых примесей. Он является наиболее тугоплавким оксидом, с повышением его содержания в них оксидов алюминия подразделяют на высокоглиноземистые (свыше 45%), высокоосновные (свыше 38-45%), основные (от 28 до 38%), полукислые (менее 28 до 14%) и кислые (менее 14%).

Оксиды щелочноземельных металлов – оксид кальция CaO, оксид магния MgO входят обычно в состав карбонатов – кальцита и доломита, а в небольших количествах – в состав некоторых глинистых минералов. В небольших количествах (до 3-4%) оксиды щелочноземельных металлов способствуют спеканию керамических масс, при больших количествах – приводит к повышению пористости черепка. Обычно содержание оксида кальция в глинах составляет не сколько процентов и лишь в отдельных разновидностях достигает 20-25%. Содержание оксида магния не превышает 2-3 %.

Щелочные оксиды – оксид натрия Na2O и оксид калия K2O – входят и состав некоторых глинообразующих минералов, но могут присутствовать в примесях в виде растворимых солей и полевошпатных песках. Их содержание достигает в некоторых глинах 5-6 %. Они снижают влагопоглощение обожженных изделий.

Оксиды железа Fe2O3 присутствуют в глинах главным образом в составе примесей. Содержание их в глинах колеблется от долей процента до 8—10%,

Оксид титана TiO2 содержится в примесях, его количество не превышает 1,5%. Эта примесь придает обожженному черепку зеленоватую окраску.

Пригодность того или иного глинистого сырья для производства керамзита устанавливают специальным исследованием его свойств. Важнейшее из требований к сырью – вспучивание при обжиге.

Вспучиваемость сырья характеризуют коэффициентом вспучивания Кв:

Kв = Vk/Vc = pc/pk∙(1-п.п.п./100),

где V_k и pk — объем и плотность зерен керамзита;

V_c и р_с — объем и плотность сухой сырцовой гранулы;

п.п.п. — потеря массы сырцовой гранулы при прокаливании (6,5%). Вспучиваются глины при быстром нагревании при температуре не более 1250°С. Конечный продукт обработки таких пород может стать керамзитовый гравий и песок.

Второе требование к сырью (в значительной степени связанное с первым) - легкоплавкость. Температура обжига должна быть не выше 1250° С, и при этом переход значительной части наиболее мелких глинистых частиц в расплав должен обеспечить достаточное размягчение и вязкость массы. Иначе образующиеся при обжиге глины газы, не удерживаемые массой, свободно выйдут, не вспучив материал.

Третье из важнейших требований – необходимый интервал вспучивания.

За температурный интервал принимают разницу между предельно допустимой температурой обжига и температурой начала вспучивания. За температуру нача ла вспучивания принимают ту температуру, при которой уже получается керамзит с плотностью гранулы 0,95 г/см3. Предельно возможной температурой обжига считается температура начала оплавления поверхности гранул.

Для расширения температурного интервала вспучивания используют такой прием, как опудривание сырцовых глиняных гранул порошком огнеупорной глины, что позволяет повысить температуру обжига и при этом избежать оплавления гранул.

Исходным сырьем для нашего керамзита являются слабовспучивающиеся глины, влажностью 20%. Плотность пористого черепка в куске, которую способно давать при обжиге это глинистое сырье, равна 750-1500 кг/ . Такие глины характеризуются коэффициентом вспучивания, равным 2 (фактически на производстве) -2,5 (в лаборатории). Максимальная температура вспучивания не превышает 1250—1275° С, а температурный интервал вспучивания составляет не менее 50°С

Химический состав: SiO2 – 65-73%, Al2O3 – 10-15%, FeO+Fe2O3 – 3-5%, CaO – до 3, MgO – до 4, R2O – 1 – 4%, органические вещества – 1,0 – 0,5%.

Средняя плотность зерен равна 0,85-1,35 г/ , средняя насыпная плотность 550-850 кг/ .