книги / Производство керамзита
..pdfСо склада глинистое сырье грейферным краном по дают в глинорыхлительную машину, а затем в ящичный подаватель СМ-664; подача сырья на дальнейшую пере работку регулируется подвесной заслонкой; ленточный конвейер направляет глину на дезинтеграторные вальцы СМ-150А для удаления каменистых включений и пред варительной переработки. Далее глина направляется в двухвальную глиномешалку, затем в пресс СМ-294, осна щенный съемной перфорированной решеткой с размером отверстий 10 мм. Из пресса полуфабрикат в виде беско нечных жгутов с влажностью 29% , объемом 10 т/ч по дается непосредственно через питательную трубу в двух барабанную печь конструкции ВНИИстром.
В качестве устройства для сжигания технологическо го топлива (природного газа) используется 16-струйная горелка низкого давления. Керамзитовый гравий из печи поступает в холодильник с направленным кипящим сло ем конструкции Бескудниковского комбината строитель ных материалов и ВНИИстрома. Керамзитовый гравий, получаемый обжигом в двухбарабанной печи, отличает ся высокими физико-механическими свойствами: средняя насыпная плотность 325 кг/м3, прочность при сдавлива нии в цилиндре 1,8 МПа, гранулометрический состав го товой продукции: фракции 5— 10 м м — 10, 10—20 мм — 80, 20—40 мм — 6 и 0—5 мм — 4 %.
Приведем сравнительные показатели работы техно логических линий по обычному и ступенчатому способам с предварительной тепловой подготовкой материала в запечном теплообменно-подогревательном устройстве барабанного типа с обжигом в коротких выращающихся печах (двухбарабанных) при работе на хорошовспучивающемся сырье.
Размеры, м: печей
суш.|Льных барабанов запечных подогревателей
Типовая одно- |
Одпобараб а н- |
Двухбарабан ная |
|
бараб а 11н а я |
ная печь Кун- |
печь Куйбышев |
|
печь |
Казан- |
бышевского за- |
ского завода №10, |
ского |
завода |
вода № 10 |
работающая по |
ЖБИ-1 |
|
ступенчатому спо |
|
|
|
|
собу |
2,5x40 |
2,3x28 |
3,5x19 |
|
|
|
2,5x28 |
|
|
|
2,8x28 |
|
|
|
2,2 X 14 |
|
|
оо |
оо |
|
|
X |
X CN |
|
|
— |
— |
2,5x35 |
|
|
|
|
|
Типовая одно- |
Однобараб а и- |
Двухбарабап пая |
||
|
|
|
|
|
бараб энная |
пая печь Куй |
печь Куйбышев |
||
|
|
|
|
|
печь |
Казан |
бышевского за |
ского завода №10, |
|
|
|
|
|
|
ского завода |
вода № 10 |
работающая по |
||
|
|
|
|
|
ЖБИ-1 |
|
ступенчатому спо |
||
Общий полезный объем |
|
|
собу |
||||||
288 |
733 |
357 |
|||||||
ГКЧ1.0Й уСТсНОВКИ, м8 |
|||||||||
температура, |
°С: |
|
1100 |
1100 |
1100 |
||||
вспучивания |
на |
входе |
|||||||
материала |
50 |
30 |
350—450 |
||||||
в обжиговый барабан |
|||||||||
отходящих |
|
з |
печи |
650 |
700 |
225 |
|||
газов |
|
|
|
|
|||||
Насыпная плотность |
315 |
275—375 |
325 |
||||||
гравия, кг/м3 |
|
|
|||||||
Годовая |
производитель- |
90 000 |
197000 |
165 0С0150000 |
|||||
I ость, |
м8 |
|
|
|
|
||||
Съем |
керамзитового |
|
|
|
|||||
гравия с 1 м8 |
полезно |
|
|
|
|||||
го объема установки, |
319 |
270 |
464/420 |
||||||
м8 |
|
расход |
теп |
||||||
Удельный |
|
|
|
||||||
лоты |
на |
обжиг |
керам |
7117,5 |
7955 |
4020 |
|||
зита, кДж/кг |
|
|
ус |
||||||
Уделььый |
расход |
|
|
|
|||||
ловного топлива на об |
76 |
86 |
43 |
||||||
жиг керамзита, кг/м8 |
4.3. Особенности производства особо легкого и высокопрочного керамзита
Расширение номенклатуры изделий и конструкций из керамзитобетона и успешное применение керамзитового гравия в различных других областях техники вызвало потребность в производстве заполнителя с заданными строительно-техническими свойствами: плотностью, проч ностью, размером зерен и коэффициентом их формы.
Традиционный легкий керамзит применяют для при готовления конструкционно-теплоизоляционного керам зитобетона классов В 3,5—В 5, используемого в произ водстве стеновых ограждающих конструкций, и конст рукционного керамзитобетона классов В 7,5—В 20, ис пользуемого в несущих конструкциях. Кроме того, все более растет потребность в керамзите для производства теплоизоляционных конструкций и засыпок, где решаю щее значение имеет малая плотность заполнителя, а так же высокоэффективных, высокопрочных, тонкостенных,
напряженно-армированных конструкций, с применением керамзитобетона классов В 25—В 40 и выше, где ре шающее значение имеет высокая прочность, размер и ко эффициент формы зерен керамзита.
Опыт показал, что для теплоизоляционных конструк ций и засыпок наиболее эффективен особо легкий ке рамзит с насыпной плотностью в пределах 150— 250 кг/м3, а для напряженно-армированных конструкций сравнительно тяжелый, но прочный керамзитовый гра вий с насыпной плотностью 600—900 кг/м3, прочностью 5— 10 МПа и выше.
Получение керамзита с насыпной плотностью 200—250 кг/м3 из природного сырья без при менения специальных технологических приемов воз можно лишь из редко распространенных высоковспучивающихся глин типа парсуковской и смышляевской. С другой стороны, безуспешными оказались попытки по лучить особо легкий керамзит из слабовспучивающегося сырья.
Особо легкий керамзит с насыпной плотностью 200— 250 кг/м3 может быть получен только на базе хорошовспучивающегося и в ряде случаев средневспучивающегося сырья, как правило, с применением специальных добавок и технологических приемов.
НИИкерамзитом, разработавшим технологию произ водства особого легкого керамзита из хорошо вспучи вающегося сырья с насыпной плотностью 150—200 кг/м3, рекомендована следующая технологическая схема. До бытую на карьере глину перерабатывают с помощью обычного оборудования (камневыделительные вальцы, глиномешалка, перерабатывающие дырчатые вальцы) и на кирпичеделательном прессе формуют цилиндрики, на правляемые затем в специальный барабан для окатки и опудривания порошком (огнеупорная глина, каолин, тон комолотый кварцевый песок и т. д.). Этот же барабан может быть использован для одновременной подсушки материала. Дозируемый из расходного бункера во вра щающуюся печь окатанный и опудренный материал об жигают при несколько повышенных температурах. Тон кий слой огнеупорного порошка предотвращает слипание зерен в конгломераты. После охлаждения керамзит сор тируют и складируют. При необходимости для повыше ния вспучиваемости исходного сырья применяют желези стые и органические добавки.
Действующие керамзитовые предприятия, за редким исключением, еще не выпускают керамзит, отвечающий требованиям, предъявляемым к пористым заполнителям для изготовления высокопрочных напряженно-армиро ванных конструкций.
Для получения эффективного легкого керамзита в сырье вводят добавки, повышающие вспучиваемость глин и уменьшающие насыпную плотность, что сопровождает ся одновременно значительным снижением прочности продукта и делает его непригодным для приготовления высокопрочного керамзитобетона.
Наши исследования, выполненные во ВНИИстроме, свидетельствуют о многообразии причин, влияющих на прочность керамзитового гравия, и необходимости учета при переводе заводов на производство высокопрочного керамзита всей совокупности физико-химических, техно логических и экономических факторов.
Мы установили, что основные строительно-техниче ские показатели керамзита (прочность, плотность и др.) определяются и решающим образом зависят от характе ра, структуры и строения керамзита. При этом проч ность керамзита тем выше, чем меньше общая порис тость и размер зерен заполнителя, толще и прочнее их наружная оболочка и материал стенок между пора ми, мельче и равномернее распределены поры в стекло массе, больше закрытых округлой формы пор, меньше пористость стенок пор и наружной оболочки. Практиче ское значение указанных общих закономерностей состо ит в том, что они позволяют наметить технологические основы получения высокопрочного керамзита.
Очевидно, что структура керамзита и фазовый сос тав стекломассы обусловлены свойствами исходного гли нистого сырья, методами его переработки и изготовле ния гранулированного полуфабриката, а также условия ми обжига и охлаждения, обеспечивающими надлежа щий ход и завершение физико-химических процессов об разования высокопрочного заполнителя.
Установлено, что строительно-технические свойства керамзита, в том числе прочность, в значительной степе ни обусловливаются свойствами исходного сырья, преж де всего химическим, минералогическим и грануломет рическим составами.
В настоящее время начаты исследования, результаты которых позволят с достоверностью оценить и выбирать
глинистое сырье для производства высокопрочного ке рамзита. Можно сделать предварительный вывод, что лучшим глинистым сырьем для этих целей служат тонко дисперсные средне- и слабовспучивающиеся железистые глины, содержащие 50—70 % тонкодисперсного, особен но аморфного, кремнезема, 5— 10 % оксидов железа, 15— 25 % глинозема, 2—4 % оксида кальция, 2—6 % оксида магния, 2—5 % щелочей и ограниченное количество (0,4—0,8% ) органических примесей.
Особые ограничения предъявляются и к грануломет рическому составу. Сырье, содержащее свыше 30—40 % свободного кварца и других балластных минералов с размером зерен более 10 мк, снижает прочность керам зита и непригодно для производства высокопрочного керамзитобетона.
Из-за отсутствия достоверных критериев пригодность того или иного вида сырья для производства высоко прочного керамзита следует устанавливать только по данным специальных испытаний в лабораторных и полузаводских условиях.
Направление, особенно глубина протекающих физи ко-химических процессов образования керамзита, и ха рактер образующейся структуры материала в значитель ной мере предопределяются степенью переработки и го могенизации глинистого сырья. Известно, что за редким исключением природное глинистое сырье неоднородно как по составу, так и по структуре. Его химические и ми нералогические составляющие распределены неравно мерно. При этом многие из них, например железистые, карбонатные и органические, часто находятся не в об щей массе, а располагаются на поверхности и по трещи нам структурных элементов или образуют гнезда скоп лений. Структура глинистых пород также разнообразна как по характеру, так и по плотности.
В производстве высокопрочного керамзита требуется особенно тщательная переработка и гомогенизация гли нистого сырья с разрушением природной структуры и достижением равномерного и тонкого распределения по всей массе всех химических, минералогических и грану лометрических составляющих.
Чем тШ,атеЛьнее переработано и гомогенизировано ис ходное сырье, тоньше и равномернее распределены его составляющие, тем более благоприятными будут условия для образован*1*1 однородного расплава, равномерного
распределения пор в стекломассе, больше будет мелких, округлой формы, закрытых пор, интенсивнее кристалли зация массы при изотермической выдержке в процессе охлаждения, тем однороднее структура зерен керамзита и выше их прочность.
Если в производстве легкого керамзита, где по стан дарту требуется сравнительно небольшая прочность, до пускалось упрощение технологической операции по пе реработке и гомогенизации сырья, то при получении вы сокопрочного керамзита тщательная переработка и тон
кая |
гомогенизация глинистой |
массы |
обязательны. Д ля |
этих |
целей используются |
вальцы |
грубого помола |
СМ-150А, вальцы тонкого помола с расстоянием между валками не больше 1 мм, что достигается заменой обыч ной обечайки износостойкой, бегуны мокрого помола или дырчатые перерабатывающие вальцы и глиномешалки с пароувлажнением. В ряде случаев весьма полезно перед переработкой подвергнуть глинистое сырье вылежива нию или попеременному замораживанию и оттаиванию.
В соответствии с требованиями для производства вы сокопрочных керамзитобетонных конструкций предель ный диаметр зерен керамзитового гравия не должен пре вышать 12— 15 мм. Это означает, что с учетом относи тельно слабого вспучивания исходной массы для высо
копрочного |
керамзита предельный диаметр зерен |
сухо |
го сырца в |
свою очередь не должен превышать |
10— |
12 мм. Не менее важное требование предъявляется и к форме зерен керамзита. Желательно, чтобы коэффици ент формы керамзитового гравия приближался к едини це и составлял не более 1,2— 1,3. Д ля обеспечения не обходимых размеров и округлой формы сырца исполь зуют грануляцию глинистой массы на кирпичеделательных прессах с перфорированными цилиндрами и голов кой с последующей окаткой цилиндриков в процессе сушки сырца или без таковой в специальных барабанахгрануляторах, а также грануляцию сырца на тарельча тых грануляторах. С помощью последнего механизма удается получать заданные размеры 5— 12 мм и форму гранулы. Следует, однако, отметить, что использование этого способа требует хотя и частичной, но сухой пере работки сырья для получения исходного порошка для грануляции.
Поступающий на тепловую обработку и обжиг грану лированный материал, приготовленный из хорошо пере
работанного гомогенизированного сырья, во избежание образования трещин и разрушения следует подвергать относительно более мягкой и замедленной тепловой об работке (сушке, нагреву). Поэтому обжиг керамзита це лесообразно проводить в двухбарабанных печах, позво ляющих регулировать как предварительную тепловую подготовку материала перед обжигом, так и сам обжиг со вспучиванием. Менее эффективно эти процессы осу ществляются в сушильных барабанах и однобарабанных печах или только в длинных однобарабанных вращаю щихся печах.
Существенное различие процессов предварительной тепловой подготовки материала перед вспучиванием при получении легкого и высокопрочного керамзита состоит в том, что в первом случае для максимального его вспу чивания на кривой обжига создают по возможности рез кий технологический перепад между температурой в зоне нагрева и вспучивания тогда, как во втором темпера турный переход более плавный. Объясняется это тем, что при получении высокопрочного керамзита материал вспучивается незначительно, поэтому этот процесс име ет подчиненное значение. Главное же усилие направля ется на создание условий для образования однородного расплава заданного состава и формирования равномер но-пористой структуры материала с мелкими и мель чайшими закрытыми порами.
Быстрое нагревание перед вспучиванием и кратко временный обжиг материала при повышенной темпера туре, как это практикуется в производстве керамзита легких марок, вызывают растрескивание гранул в зонах сушки и подогрева, а в зоне вспучивания — быстротеч ный процесс порообразования еще не однородного по со ставу и реологическим характеристикам расплава. Это обусловливает образование неравномерно пористой структуры с различной величиной взаимно сообщающих ся пор, окаймленных поризованными стенками различ ной толщины. В этих условиях поризованной оказывает ся и наружная оболочка зерен керамзита. Развитие про цесса в таком направлении, хотя и сопровождается ин тенсивным вспучиванием, но приводит к большой потере относительной прочности.
Для увеличения прочности керамзита необходимы как меньшая общая пористость материала, так и усло вия для спокойной поризации, когда образование равно
мерно пористой структуры не нарушается местными «вспышками», вызванными неравномерным газообразо ванием в неоднородной по составу и реологическим свой ствам среде (пиропластической массе).
В настоящее время при получении легких марок ке рамзита во вращающихся печах время пребывания ма териала в зонах сушки и нагрева составляет около 20— 30 мин, а в зоне вспучивания около 10— 15 мин. При получении же высокопрочного керамзита время предва рительной тепловой подготовки (сушка и нагрев) увели чивается до 30—50 мин, а обжиг со вспучиванием до 15—30 мин, или примерно в 1,5—2 раза. Не исключена при этом возможность рационального перераспределения основных технологических зон в печи.
Что касается оптимального состава расплава, то с учетом экспериментального и производственного опыта следует полагать, что наиболее прочные стекла дают расплавы на основе аморфного кремнезема и оксидов железа, а также щелочных земель. Как показали иссле дования, только при рациональном режиме охлаждения керамзита, предусматривающем изотермическую выдер жку его в течение 15—20 мин в пределах примерно 700— 900 °С, прочность керамзита можно увеличить в 1,25—2 раза без каких-либо добавок. Установлено при этом, что в процессе изотермической выдержки, во-первых, сни маются внутренние напряжения, действие которых обус ловливает раннее или позднее образование трещин зерен и потерю прочности и, во-вторых, образуется и накапли вается мелкокристаллическая фаза с участием катализа торов кристаллизации, в значительном количестве со держащихся в природном сырье — ТЮ2, Сг20 3 и др. (рис. 69).
При изучении структуры и фазового состава запол нителя, охлажденного с выдержкой в течение 15—20 мин при 700—800 °С, на рентгенограммах была отмечена по вышенная его кристаллизация, поэтому была специаль но исследована возможность повышения прочности ке рамзита методом катализированной кристаллизации расплава с использованием экономически приемлемых катализаторов: сульфида железа FeS, пирита FeS2, ру тила ТЮ2, оксида хрома Сг20 3 и сфалерита ZnS в ко личествах от 1 до 12 %. Данные рис. 70 свидетельствуют о значительном повышении прочности керамзита при добавке катализаторов. Так, при добавке 6 % пирита
Рис. 69. Зависимость |
прочно |
Рис. 70. |
Зависимость |
предела |
||
сти керамзита |
от температуры |
прочности |
при сжатии |
керам |
||
выдержки в |
период |
кристал |
зита из парсуковской глины от |
|||
лизации расплава, |
полученного |
вида и количества добавок |
||||
из парсуковской |
(I), |
смышля- |
|
|
|
евской (II) и кучинской (III) глины и бескудниковского суг линка (IV)
прочность керамзита из парсуковской, смышляевской и кучинской глин повышается соответственно в 2,5, 2 и 2,3 раза. Незначительное изменение прочности керамзита из бескудниковского суглинка можно объяснить повы шенной его запесоченностью (42% кварца), меньшим количеством и большей вязкостью расплава. Следует также отметить, что полученный с применением катали заторов кристаллизации керамзит отличается не только повышенным количеством мелкокристаллических фаз, но и равномерно пористой структурой. Для практического использования метода повышения прочности керамзита путем изотермической выдержки ВНИИстром предло жил модернизированный барабанный холодильник с по рогом и пересыпающими устройствами. Накапливаясь в ограниченной порогом зоне, керамзит остывает постепен но, а затем, поступая в зону с пересыпающими устрой ствами, быстро охлаждается.
Так как при производстве высокопрочного керамзита предъявляются повышенные требования к переработке сырья, размеру, форме и прочности керамзита, вызываю щим значительное увеличение насыпной плотности за полнителя, снижение вспучиваемости сырья и уменьше ние коэффициента выхода материала из печи, производ ство высокопрочного керамзита несколько дороже, чем легких марок. Однако на себестоимость высокопрочного
керамзита может оказать решающее влияние производи тельность вращающихся печей. Казалось бы, что резкое снижение вспучиваемости исходного сырья и увеличе ние насыпной плотности керамзита должны сопровож даться соответствующим снижением коэффициента вы хода из печи в единицу времени готового продукта и сокращением ее производительности. Однако анализ специфических условий обжига высокопрочного керам зита дает основание утверждать, что резкого снижения
производительности вращающихся печей |
при переходе |
на обжиг высокопрочного керамзита не |
произойдет. |
Дело в том, что в производстве легких марок керам зита, стремясь получить максимальное вспучивание ма териала, его обжигают при температурах, близких к тем пературе его слипания в конгломераты. При этом из-за опасности агломерации зерен коэффициент заполнения печей, как правило, не превышает 4—5 %.
При производстве же высокопрочного керамзита с относительно большой насыпной плотностью нет необ ходимости в интенсивной поризации материала, поэтому температура обжига может быть несколько понижена и опасность слипания зерен в конгломераты исчезнет. В этих условиях появится возможность в 2—3 раза увели чить коэффициент загрузки печи, что может полностью компенсировать снижение производительности из-за уменьшения коэффициента выхода материала и увели чения продолжительности как тепловой обработки, так и обжига.
ГЛАВА 5. ПЕРСПЕКТИВНЫ Е МЕТОДЫ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМЗИТОВЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ
5.1. Вспучивание глинистого сырья на керамзит
впечах кипящего слоя
Впоследнее время в некоторых отраслях промыш ленности, особенно цветной металлургии, п°лучил разви тие метод обжига материалов в кипящем слое. Этот ме тод успешно опробован также в производстве цемент ного клинкера, извести и нового заполнителя легких бе тонов — перлита.