книги из ГПНТБ / Элинзон, М. П. Производство искусственных заполнителей

При организации производства вспученного перлито­ вого песка породу дробят последовательно на двух дро­ билках — комбинированной щековой с вальцами СМ165А и щековой и молотковой дробилках.

Зерновой состав дробленой, например мухор-талинс- кой, перлитовой породы приведен в табл. 32 (по данным А. И. Полинковской).

Дробленую породу рассевают на трехситовом инерци­ онном грохоте типа С-96А или в барабанном грохоте на

придать зернам породы большую термическую стойкость (нерастрескиваемость) при обжиге и обеспечить полу­ чение вспученного перлита с наименьшей объемной мас­ сой в куске и с заданными свойствами вспученного про­ дукта. Последнее связано с необходимостью выделения из породы избыточного для последующего обжига коли­ чества воды. В зависимости от свойств породы и размера зерен оптимальное содержание «остаточной» воды в по­ роде колеблется в пределах 1—4%.

За последнее время в связи с тенденцией дифферен­ цирования свойств вспученного перлитового щебня и песка в зависимости от вида легкого бетона, в котором они применяются, практически невозможно обходиться без предварительной термоподготовки сырцовых зерен. Термоподготовка, характеризуемая широким изменением температур (300—700° С) и продолжительностью (10— 30 мин) нагревания сырца, позволяет получить вспучен­ ный материал из одного и того же сырья с различными объемной массой в куске (0,4— 1,5 г/см3), водопоглощением (100—15%) и открытой пористостью (70— 10%).

Для термической подготовки перлитовой породы мо­ гут быть применены различные тепловые агрегаты, в том числе барабанные, с кипящим слоем и др., обеспечи­ вающие требуемый режим сушки. Наиболее надежны противоточные вращающиеся печи длиной от 5 до 8 м и внутренним даиаметром от 0,7'до 1,2 м, футерованные шамотным кирпичом с четырьмя ребрами—выступами на

1400 кг/ч и температуре отходящих газов 250° С.

Опыт работы действующих печей и расчетные данные показывают, что целесообразное соотношение диамет­ ра и длины печи составляет: при вспучивании песка 10— 11, при вспучивании щебня 5—8. Так, при длине печи 7,6 и диаметре 0,8 м устойчивая производительность печи равна 1400 кг/ч.

Вспучивание мелких фракций во взвешенном состо­ янии обусловливает меньший объем и меньший диаметр печи.

Наибольшая температура среды и соответственно зе­ рен высушиваемой породы для достижения требуемого содержания «остаточной» воды зависит от размера зерен и ряда производственных факторов. Так, для мухор-та- линского перлита она составляет 400° С, а для витрофира месторождения Казахской ССР — 600° С. Продолжи­ тельность же пребывания сырцовых зерен в тепловом агрегате при температуре, например, 250—450° С может колебаться от 30 до 3 мин; на большинстве действующих установок она колеблется от 8 до 15 мин. Расход тепла для сушки дробленой породы при необходимости удале­ ния 6% воды составляет примерно 990 кДж на 1 кг поро­

линский перлит — около 900 кг/ч); на действующих уста­ новках для сушки и обжига расходуется 4280— 6720 кДж/кг. В качестве топлива обычно применяют при­ родный газ, соляровое масло или мазут (в последнем случае с использованием выносных топок), а также мо­ жет быть рекомендован горячий воздух, нагретый теп­ лом отходящих газов обжигательной печи, или непосред­ ственно отходящие газы после выхода из циклона и раз­ бавления до необходимой температуры.

Для контроля температуры в горячей части вращаю­ щейся печи устанавливают термопары в загрузочной и выгрузочной части.

Равномерность питания печи термической подготов­ ки породой рекомендуется обеспечивать тарельчатыми,

ленточными или вибролотковыми питателями. Послед­ ние обеспечивают наибольшую точность дозирования подачи породы.

Обжиг

Обжиг перлита — один из важнейших переделов технологии вспученного перлита и режим его следует устанавливать для породы каждого данного месторож­ дения. Так, в одних случаях вода породы удаляется при температуре до 500°С (перлит), а в других — лишь в интервале температур 950—1000°С (обсидиан).

Режим обжига влияет на структуру и связанные с ней свойства получаемых вспученных зерен. При повы­ шенной по сравнению с оптимальной температуре, но при кратковременном ее воздействии вспученные зерна перлита характеризуются большей прочностью и не­ большим количеством открытых на их поверхности пор. Плавный нагрев зерен при их вспучивании также спо­ собствует уменьшению количества открытых пор. Вот почему вспученный перлитовый и обсидиановый щебень имеет меньше открытых пор, чем вспученный песок. Повышенная температура в начальной стадии обжига способствует понижению объемной массы вспученного перлита, а в конечной — повышению прочности и соот­ ветственно объемной массы. Кроме того, с повышением температуры обжига, а следовательно, с уменьшением вязкости расплава вследствие возможного явления коалесненции размеры пор вспученного перлита возраста­ ют. Вспученные зерна перлита, полученные при ускорен­ ном режиме обжига и охлаждения, характеризуются увеличенным количеством открытых пор на их поверх­ ности.

Наряду с температурой на вспучиваемость перлита большое влияние оказывает как ограниченная, так и чрезмерная продолжительность обжига, которая при оптимальном интервале температур приводит к получе­ нию вспученного перлита с повышенной объемной мас­ сой: в первом случае вследствие недостаточного вспу­ чивания зерен породы, а во втором — из-за их сплав­

ления.

Для установления оптимального режима обжига пер­ лита большое значение имеет выбор обжиговой печи.

Обжигать со вспучиванием перлит можно во вращаю­ щихся и вертикальных печах, а также в печах с «кипя­ щим» слоем, различающихся по конструкции и термоди­ намическим условиям их работы. Топливо может быть жидкое и газообразное. При обжиге перлита в верти­ кальных печах жидкое топливо сжигается в форсунках или в выносной топке, а газообразное — в горелках, расположенных в нижней части печи.

Вертикальная печь состоит из загрузочной и верхней секций, топки и системы подачи топлива. Собирается она из трех или пяти соединенных по высоте металлических секций, в последней из которых (нижней) и происходит

цилиндрические. Все секции имеют двойные стенки, между которыми для охлаждения циркулирует вода или воздух. Внутреннюю поверхность печи футеруют огне­ упорным кирпичом, бетонируют жаростойким бетоном или выполняют из жаропрочной стали.

Корпус топки сварен из листовой стали и футерован изнутри теплостойкими материалами. Она имеет ци­ линдрическую форму, вверху переходящую в коническую. Футеровка топки выполняется из двух слоев кирпича: первый (нижний) из теплоизоляционного, а .второй из шамотного. Верхняя конусная часть топки образует горловину, из которой газы вследствие их избыточного давления вырываются в шахту печи и устремляются вверх.

Корпус загрузочной секции состоит из внешней и внутренней обечаек, полость между которыми служит для охлаждения воздухом последней обечайки, изготов­ ленной из нержавеющей стали (для уменьшения кор­ розии). В загрузочные патрубки, вваренные в корпус загрузочной секции, установленной под горловиной топ­ ки, навстречу газам, вырывающимся из горловины топ­ ки, подаются зерна перлитовой породы. В этой секции мелкие зерна перлита смешиваются с газами, имеющи­ ми температуру 900— 1100 °С, быстро обжигаются и вспучиваются. Вспученный перлитовый песок вместе с газами попадает в циклоны, где после очистки от га­ зов поступает в бункерные склады для хранения.

Технология переработки перлита в вертикальных пе­

чах заключается в следующем. Подготовленную породу (фракции до 2 мм, чаще до 1 —1,2 мм) загружают в печь через загрузочные воронки с разных уровней в зависи­ мости от размера зерен, что дает возможность частично регулировать время нахождения в печи различных фракций. Попадая в шахту печи, зерна перлита свободно устремляются вниз и вследствие значительного измене­ ния скорости газов задерживаются в ее конусной части, где подхватываются струей горячих газов, витают в этой струе до вспучивания, а затем уносятся газовым потоком в циклоны.

Вспученный перлитовый песок отбирают через цикло­ ны (верхний отбор). Крупность его в большинстве слу­ чаев не превышает 2 мм. В вертикальной печи можно получить также вспученные тонкие порошки, даже пуд­ ру. Отходящие газы перед циклонами охлаждаются на­ ружным воздухом; засасываемый в циклон воздух слу­ жит для разделения вспученного песка. За циклонамиклассификаторами устанавливают батарейные циклоны. Потери от уноса составляют около 1%. Из циклонов вспученный перлитовый песок поступает в бункера и далее через барабанные объемные дозаторы — в упа­ ковочные машины. Температура печи контролируется установленными на разных уровнях термопарами с по­ тенциометрами.

Параметры обжига и техническая характеристика печи

Вращающиеся прямоточные печи применяют для по­ лучения вспученного перлитового щебня и песка; мел­ кий песок вспучивается в этих печах во взвешенном состоянии, а щебень и крупные зерна песка — на футе­ ровке печи. Внутреннюю поверхность печи футеруют ог­ неупорным кирпичом на связке из жидкого стекла либо бетонируют жаростойким бетоном.

Вращающаяся печь состоит из собственно вращаю­ щегося барабана, опорной рамы, разгрузочной камеры и топки с системой горелок, а также вентиляторов.

Барабаном является круглая обечайка диаметром

Разгрузочная камера представляет собой металличе­ ский короб с боковым выходным люком для дымовых газов, нижним выходным отверстием для вспученного продукта и люком для осмотра и наблюдения.

Топочному пространству придана цилиндрическая форма. Горизонтальная ось топки по отношению к печи смещена вниз на 70 мм, что обеспечивает лучший нагрев перлита, располагающегося по нижней кромке бараба­ на. В передней части топки, рассчитанной на работу с жидким или газообразным топливом, установлены го­ релки и система для подачи воздуха. При работе на жидком топливе применяют горелки низкого и высоко­ го давления, а при работе на газообразном — высокого давления.

Удовлетворительные результаты получают при при­ менении коротких вращающихся печей, длина которых колеблется от 4 до 8 м, внутренний диаметр — от 0,7 до 1,2 м, а частота вращения не превышает 16 об/мин.

Техническая характеристика одного из возможных типов вращающейся печи следующая:

угол наклона .........................................

производительность (при объемной насыпной массе вспученного пер-

Анализ работы вращающихся печей позволяет сле­ дующим образом характеризовать основные параметры процесса:

средственно в зону наибольших температур печи. В от­ личие от вращающегося сушильного барабана, тепло­ обмен во вращающейся печи не носит характера проти­ вотока, а наоборот, направление движения перлита по поверхности барабана совпадает с направлением дви­ жения продуктов сгорания топлива.

Из разгрузочной камеры печи вспученный перлит системой пневмотранспорта, рассчитанной на производи­ тельность 1500 кг/ч, подается в бункера. Транспортный трубопровод выполнен из бесшовной трубы, переходные трубки — из 5-мм листовой стали, толщина стенок пнев­ момагистралей 6 мм. Запыленный воздух отсасывается из бункера группой циклонов системы очистки выходя­ щих из печи газов и удаляется в атмосферу.

Печь с кипящим слоем. Технология вспучивания пер­ лита в печи с кипящим слоем разработана ВНИИСТРОМ (А. И. Полинковская и др.), проверена в лабораторных и полупромышленных условиях.

Предложенный способ производства вспученного перлита обеспечивает:

возможность получения продукта заданного грануло­ метрического состава;

большую производительность ка единицу объема пе­ чей, обусловленную высокой интенсивностью теплопере­ дачи в кипящем слое;

возможность полной автоматизации процесса терми­ ческой обработки;

утилизацию тепла внутри технологического процесса. Лабораторная печь представляет собой трубчатый реактор из жаростойкой стали, снаружи футерованный легковесным (пеношамотным) кирпичом. Размеры ре­ актора: высота нижней части 300, диаметр 50 мм; высо­ та верхней части 210, диаметр 100 мм. К нижнему торцу реактора прикреплена подина в виде двойной беспровальной решетки площадью 19,6 см2. Зерна перлита, на­ ходясь в кипящем слое, совершают под влиянием аэро­ динамических сил газового потока циркуляционное движение. Печь обогревается электрическим током с по­

мощью силитовых стержней.

Полузаводская установка состоит из печи кипящего слоя, узлов загрузки сырья и выгрузки готовой продук­ ции, системы пылеулавливания и узла топливораздачи. Воздух для создания кипящего слоя подается от возду­ ходувки.

При определенных технологическом и гидродинами­ ческом режимах обеспечивается выход из печи кипяще­ го слоя вспученного продукта со стабильными свойст­ вами.

На лабораторной установке ВНИИСТРОМ были проведены исследования, подтвердившие возможность вспучивания различных вулканических пород в кипя­ щем слое (испытаны породы 20 месторождений). На опытном заводе ВНИИСТРОМ построена полупромыш­ ленная печь кипящего слоя, на которой получены песок с объемной насыпной массой 200 кг/м3 и щебень разме­ ром 5—10 мм с объемной насыпной массой 300 кг/м3 и прочностью (в цилиндре) 0,5 МПа.

В последнее время во ВНИИСТРОМ проведены опы­ ты по получению вспученного щебня в печах с кипящим слоем как из перлита, так и обсидианов. Такой метод обжига позволил обжигать сырье с коротким интерва­ лом вспучивания и получать продукт со стекловидной оплавленной поверхностью зерна с толщиной до 300 мкм.

Печь для обжига перлита выбирают исходя из на­

240 Глава V. Г1роизводство вспученного перлита

значения готового продукта. Так, при необходимости по­ лучения вспученного перлита с небольшой объемной на­ сыпной массой (до 200 кг/м3) и с большой открытой по­ ристостью или в виде материала типа фильтровального порошка целесообразны вертикальные печи. При ис­ пользовании вспученного перлитового щебня и песка в качестве заполнителей конструктивно-теплоизоляцион­ ных или конструктивных легких бетонов, когда требует­ ся материал с невысоким водопоглощением и большим количеством закрытых пор, следует применять вращаю­ щиеся печи или печи кипящего слоя. Обжиговые агре­ гаты должны работать на верхнем температурном пре­ деле интервала вспучивания, что позволит значительно расширить физико-технические свойства вспученного

вспученный песок, тогда как во вращающейся — щебень и песок. Зона вспучивания в вертикальной печи значи­ тельно более короткая, чем во вращающейся. Вследст­ вие этого при одинаковых сечениях производительность вращающихся печей выше, чем вертикальных; соответ­ ственно удельные расходы топлива в первом случае меньше. Эффект вспучивания при получении перлитово­ го песка во вращающейся печи больше, чем в вертикаль­ ной из-за трудности регулирования режима в последней.

С 1972 г. действует типовой проект предприятия по производству вспученного перлитового щебня и песка мощностью 25, 50 и 100 тыс. м3 в год, разработанный Гипростромом (Киев) по технологическим и теплотехни­ ческим параметрам ВНИИСТРОМ. При мощности 25 тыс. м3 в год вспученного перлитового щебня и песка предусмотрена одна технологическая линия с вращаю­ щейся печью; при мощности 50 тыс. м3 в год вспученно­

одна линия с вертикальной печью. При привязке проек­ та могут быть использованы указанные решения в раз­ личном сочетании, зависящем от требуемой мощности, объемной насыпной массы заполнителя и других пока­ зателей.