3 Характеристика используемого сырья

В зависимости от структурно-механических свойств сырье для производства аглопорита можно разделить на три условные технологические группы:

первая группа - сухие, плотные или зернистые материалы (топливные шлаки, сланцеватые шахтные породы, сланцеватые глинистые породи…);

вторая группа - рыхлые горные породы естественной или повышенной влажности (шахтные глинистые породы от угледобычи и углеобогащения, глины, суглинки, супеси и т. п.);

-третья группа - сухие пылевидные материалы (золы пылеугольного сжигания, газогенераторные золы и т. п.).

Присутствие пылеватых и песчаных фракций в глинистых породах является полезным, так как эти фракции не переходят (в основном) в расплав, а образуют жесткую структуру (каркас). В сырье для производства аглопорита должно содержаться более 50% песчаных и пылеватых частиц. При меньшем содержании таких частиц (от 3 до 50%) их необходимо специально вводить в виде песка, золы, шлака, крошки горелой породы или других отходов крупностью 0,05-2 мм. Максимальный выход и наилучшее качество имеет аглопорит, изготовленный из глинистой породы, переходящей на 30-50% в расплав, связывающий в монолит остальные 50-70% частиц, не доведенных до температуры плавления. Глинистые породы, содержащие карбонатные включения величиной до 10 мм, можно использовать, так как они полностью ассимилируются расплавом и не образуют «дутиков».

Из изложенного вытекает, что в качестве сырья для производства аглопорита пригодны следующие природные глинистые породы: суглинок, супесь, аргиллит, глинистый сланец, а также глинистые углесодержащие отходы промышленности - горелая порода, глинистые углесодержащие отходы от добычи и обогащения углей, кусковые топливные шлаки от сжигания ископаемых углей или от химической их переработки в газообразное топливо и тонкодисперсная зола ТЭЦ.

Требования к химическому составу сырья для производства аглопорита не предъявляются.

С экономической точки зрения для производства аглопорита в первую очередь целесообразно использовать отходы промышленности, а при их отсутствии - природные глинистые породы. При отсутствии или недостаточном количестве топлива в исходном сырье рекомендуется использовать помимо ископаемых углей местные топливосодержащие материалы - топливные шлаки от слоевого сжигания угля, золы ТЭЦ и негорелую шахтную породу с большим содержанием горючей части.

Многообразие видов сырья, пригодного для производства аглопорита, указывает на целесообразность отбора в каждом конкретном случае наиболее экономически и технологически эффективного местного сырья.

Сырье для производства аглопорита также испытывают в два этапа - в лабораторных и промышленных условиях.

Лабораторные испытания. Лабораторные испытания сырья проводят без введения в шихту каких-либо добавок и лишь при отрицательных результатах с добавками - возрастом (Возврат - недостаточно спекшиеся между собой частицы шихты, а также дробленый аглопорит, которые используются как добавка, повышающая газопроницаемость шихты и снижающая содержание в ней топлива.), глиной, сульфитно-спиртовой бардой, мелкими опилками, фрезерным торфом и т. п. При использовании сырья, не содержащего топлива или содержащего его менее 10%, в шихту вводят топливную добавку в таком количестве, чтобы общее содержание топлива в сухой шихте составляло 10%. По общепринятой методике определяют насыпной вес, зерновой состав, влажность и потери в весе при прокаливании доставленной средней пробы сырья.

Лабораторными испытаниями выявляют оптимальные параметры подготовки и спекания шихты.

По результатам лабораторных испытаний сырья делают заключение о целесообразности его промышленных испытаний.

Промышленное испытание. Такое испытание, как было указано, проводят для уточнения метода подготовки шихты и параметров ее спекания, а также свойств аглопорита и легких бетонов на его основе. Состав шихты и параметры ее спекания первоначально принимают по оптимальным результатам лабораторных испытаний сырья.

По результатам промышленных испытаний сырья устанавливают оптимальный состав шихты и режим ее спекания.

Сырье считается пригодным для производства аглопорита, если при промышленных испытаниях отдельные показатели имеют значения, соответствующие приведенным в табл. 2.

Таблица 2

Показатели пригодности сырья для производства аглопорита

По результатам лабораторных и промышленных испытаний сырья обосновывают рекомендуемую технологическую схему производства, основные параметры процесса, характеристику аглопорита и легкого бетона на его основе. Эти же материалы служат и обоснованием для утверждения запасов сырья.

Предельная крупность исходного сырья, топлива и других добавок

Предельная крупность и зерновой состав исходного сырья существенно влияют на газопроницаемость спекаемой шихты.

Увеличение размера зерен шихты повышает ее общую газопроницаемость и ускоряет процесс спекания. Однако при увеличении размера зерен выше определенного предела наиболее крупные зерна могут оказаться неполностью обожженными. При большом увеличении размера зерен шихты ее газопроницаемость может оказаться столь значительной, что тепло из зоны спекания не будет в достаточной степени аккумулироваться нижележащими слоями шихты, и процесс практически прекратится.

Следует также иметь в виду, что первоначальный зерновой состав исходного сырья изменяется при его смешивании, увлажнении и грануляции главным образом за счет пылеватых частиц. Крупные же зерна практически не изменяются в размерах. В связи с этим при дроблении исходного сырья целесообразно ограничить лишь его предельную крупность.

Многочисленными исследованиями установлено, что предельная крупность большинства видов дробленого исходного сырья не должна превышать 5 мм.

В случае введения в шихту технологического топлива его предельная крупность должна составлять 3 мм. Указанное требование объясняется тем, что при спекании шихты с меньшей предельной крупностью топлива снижается общая газопроницаемость смеси. При увеличении предельной крупности топлива существенно растягивается зона горения, в результате чего нарушается правильное течение процесса и в материале возникают значительные внутренние напряжения, приводящие к снижению прочности готового продукта. Кроме того, укрупнение частиц топлива приводит к образованию отдельных изолированных центров (очагов) горения в толще шихты, создается множество участков, где температура спекания значительно повышается, материал приобретает крупнопористую структуру с большим количеством каверн и стекловидной фазы. При введении в шихту специальных добавок их предельная крупность принимается от 5 до 10 мм, причем зерна размером 10 мм рекомендуются только для пористых' зернистых материалов (возврат, топливный шлак и т. п.). В этом случае введение более крупных частиц, повышая общую газопроницаемость шихты, не снижает качества готового продукта.

Состав шихты

Состав спекаемой шихты зависит от физико-химических и структурно-механических свойств исходного сырья.

К основным, наиболее часто встречающимся компонентам шихты, помимо исходного сырья, относятся: вода или водосодержащие добавки (сульфитно-спиртовая барда, глиняное молоко и т. п.), различные топливные добавки, а также добавки, улучшающие условия протекания процесса (плавни, зернистые, выгорающие и тому подобные добавки).

Ниже рассматривается влияние отдельных производственных факторов на процесс спекания шихты.

Влажность шихты - один из важнейших технологических факторов, влияющих на процесс спекания. Вода способствует окомкованию пылеватых частиц сырья, повышая тем самым общую газопроницаемость шихты, а в случае использования тонкодисперсных материалов при соответствующих технологических приемах обеспечивает получение шихты, состоящей из отдельных гранул (грануляция шихты).

По мере увлажнения большинства видов исходного сырья, применяемых для производства аглопорита, изменяется их насыпной вес. Вначале наблюдается постепенное снижение, а затем-повышение насыпного веса. Это связано с изменением зернового состава исходного сырья. Так, при перемешивании глиняной крошки, увлажненной небольшим количеством воды, шихта становится рыхлой вследствие образования слабых комочков из наиболее дисперсной части исходного сырья. Дальнейшее увлажнение и окомкование приводят к образованию отдельных гранул. При еще „большем повышении влажности шихты размер гранул увеличивается, и они превращаются в крупные тестообразные комья. Для многих видов сырья количество воды, обеспечивающее минимальный насыпной вес шихты, примерно соответствует максимальной газопроницаемости последней.

На агломерационных фабриках черной металлургии оптимальную влажность рудной шихты принимают на 2-3% ниже влажности, обеспечивающей минимальный насыпной вес шихты.

Для отдельных видов сырья, применяемого в производстве аглопорита, оптимальная влажность шихты оказывалась на 2-3% выше влажности, соответствующей минимальному насыпному весу. Таким образом, закономерность, выявленная в исследованиях по спеканию железных руд, не всегда применима к материалам, используемым в производстве аглопорига.

Обычно оптимальная влажность шихты определяется опытным путем.

В табл.3 приведены возможные колебания оптимальной влажности шихты из различных видов сырья, а также рекомендуемая продолжительность перемешивания и грануляции шихты.

Содержание топлива. Наличие в шихте требуемого количества технологического топлива, включая и те случаи, когда топливо содержится в исходном сырье, является одним из основных факторов, обеспечивающих нормальное течение процесса спекания на агломерационной решетке. Недостаток топлива резко снижает выход готового продукта, а иногда приводит к прекращению горения в слое шихты. Для этого случая характерно горение в шихте отдельными гнездами. На рис.1 показан образец аглопорита, полученного из шихты с малым содержанием топлива (светлые участки - спекшаяся шихта).

Избыточное количество топлива в шихте также нежелательно, так как при этом повышается температура спекания, увеличивается продолжительность процесса, повышается насыпной вес и что особенно важно, ухудшается структура аглопорита за счет образования крупных пор и каверн.

Следует отметить, что в отдельных случаях, особенно при использовании топливосодержащего сырья, некоторое увеличение количества топлива в шихте может оказаться технически оправданным и экономически выгодным.

Таблица 3

Рис. 1 Образец аглопорита, полученный из шихты с малым содержанием топлива

4 .Технологическая часть

1 Обоснование принятой технологии производства

В соответствии с заданной производительностью 100 тыс. м3, принимаю переработку сырья на ленточных машинах.

Основным преимуществом этой технологии производства является простота технологической схемы производства аглопорита

По литературным данным преимущественное развитие агломерационных установок для получения пористых заполнителей объясняется следующим:

) рассмотренными ранее специфическими особенностями процесса спекания на агломерационных решетках (межзерновой пустотностью шихты, наличием тонкоизмельченного и равномерно распределенного топлива в шихте, достижением высоких температур при большой скорости их подъема, кратковременностью пребывания шихты в зоне максимальных температур и др.), которые позволяют получить пористую структуру материала при использовании разнообразного сырья, в том числе не обладающего способностью вспучиваться;

)эффективными теплотехническими показателями процесса, обеспечивающими получение высоких температур (1400-1650°) при незначительном расхода топлива (7,5-10%);

) возможностью работы без огнеупорной футеровки, простотой пуска (без обогрева) и остановки машины, коротким циклом спекания, высокой производительностью агломерационной машины (в процессе спекания температура легко регулируется).

Себестоимость аглопорита по данным в среднем в 1,5-2 раза ниже себестоимости керамзитового гравия.