Описание технологического процесса

3.2. Описание технологического процесса.

Сущность технологического процесса производства ке­рамзита состоит в обжиге глиняных гранул по оптимально­му режиму. Для вспучивания глиняной гранулы нужно, чтобы активное газовыделение совпало по времени с пере­ходом глины в пиропластическое состояние. Между тем в обычных условиях газообразование при обжиге глин проис­ходит в основном при более низких температурах, чем их пиропластическое размягчение. Например, температура диссоциации карбоната магния — до 600°С, карбоната кальция — до 950 °С, дегидратация глинистых минералов происходит в основном при температуре до 800 °С, а выго­рание органических примесей еще ранее, реакции восстановления окислов железа развиваются при температуре по­рядка 900 °С, тогда как в пиропластическое состояние гли­ны переходят при температурах, как правило, выше 1100 °С.

 Схема вращающейся печи для производства керамзита:

/—загрузка сырцовых гранул; 2— вращающаяся печь; 3— форсунка; 4— вспученный керамзитовый гравий; 5—поток го­рячих газов

В связи с этим при обжиге сырцовых гранул в произ­водстве керамзита необходим быстрый подъем температу­ры, так как при медленном обжиге значительная часть газов выходит из глины до ее размягчения и в результате получаются сравнительно плотные маловспученные грану­лы. Но чтобы быстро нагреть гранулу до температуры вспучивания, ее сначала нужно подготовить, т. е. высушить и подогреть. В данном случае интенсифицировать процесс нельзя, так как при слишком быстром нагреве в резуль­тате усадочных и температурных деформаций, а также быстрого парообразования гранулы могут потрескаться или разрушиться (взорваться).

Оптимальным считается ступенчатый режим термообра­ботки по С. П. Онацкому: с постепенным нагревом сырцо­вых гранул до 200—600 °С (в зависимости от особенностей сырья) и последующим быстрым нагревом до температуры вспучивания (примерно 1200 °С).

Обжиг осуществляется во вращающихся печах (рис.), представляющих собой цилиндрические металлические барабаны диаметром до 2,5—5 м и длиной до 40— 75 м, футерованные изнутри огнеупорным кирпичом. Печи устанавливаются с уклоном примерно 3% и медленно вращаются вокруг своей оси. Благодаря этому сырцовые гранулы, подаваемые в верхний конец печи, при ее вращении, постепенно передвигаются к другому концу барабана, где установлена форсунка для сжигания газообразного или жидкого топлива. Таким образом, вращающаяся печь ра­ботает по принципу противотока: сырцовые гранулы пере­мещаются навстречу потоку горячих газов, подогреваются и, наконец, попав в зону непосредственного воздействия огненного факела форсунки, вспучиваются. Среднее время пребывания гранул в печи — примерно 45 мин.

Чтобы обеспечить оптимальный режим термообработки, зону вспучивания печи, непосредственно примыкающую к форсунке, иногда отделяют от остальной части (зоны под­готовки) кольцевым порогом. Применяют также двухбарабанные печи, в которых зоны подготовки и вспучивания представлены двумя сопряженными барабанами, вращаю­щимися с разными скоростями.

В двухбарабанной печи удается создать оптимальный для каждого вида сырья режим термообработки. Промыш­ленный опыт показал, что при этом улучшается качество керамзита, значительно увеличивается его выход, а так­же сокращается удельный расход топлива. В связи с тем, что хорошо вспучивающегося глинистого сырья для произ­водства керамзита сравнительно мало, при использовании средне- и слабовспучивающегося сырья необходимо стре­миться к оптимизации режима термообработки.

Из зарубежного опыта известно, что для получения за­полнителей типа керамзита из сырья (промышленных от­ходов), отличающегося особой чувствительностью к режи­му обжига, используют трехбарабанные вращающиеся пе­чи или три-четыре последовательно располагаемые печи, в которых обеспечиваются не только оптимальные скорость и длительность нагрева на каждом этапе термообработки, но и различная газовая среда.

Значение характера газовой среды в производстве ке­рамзита обусловлено происходящими при обжиге химиче­скими реакциями. В восстановительной среде окись железа Fe2O3 переходит в закись FeO, что является не только од­ним из источников газообразования, но и важнейшим фак­тором перехода глины в пиропластическое состояние. Вну­три гранул восстановительная среда обеспечивается за счет присутствия органических примесей или добавок, но при окислительной среде в печи (при большом избытке возду­ха) органические примеси и добавки могут преждевремен­но выгореть. Поэтому окислительная газовая среда на ста­дии термоподготовки, как правило, нежелательна, хотя имеется и другая точка зрения, согласно которой целесо­образно получать высокопрочный керамзитовый гравий с невспученной плотной корочкой. Такая корочка толщиной до 3 мм образуется (по предложению Северного филиала ВНИИСТ) при выгорании органических примесей в поверх­ностном слое гранул, обжигаемых в окислительной среде.

По мнению автора, при производстве керамзита следует стремиться к повышению коэффициента вспучивания сырья, так как невспучивающегося или маловспучивающегося гли­нистого сырья для получения высокопрочного заполнителя имеется много, а хорошо вспучивающегося не хватает. С этой точки зрения наличие плотной корочки значительной толщины на керамзитовом гравии свидетельствует о недо­использовании способности сырья к вспучиванию и умень­шении выхода продукции.

В восстановительной среде зоны вспучивания печи мо­жет произойти оплавление поверхности гранул, поэтому газовая среда здесь должна быть слабоокислительной. При этом во вспучивающихся гранулах поддерживается вос­становительная среда, обеспечивающая пиропластическое состояние массы и газовыделение, а поверхность гранул не оплавляется.

Характер газовой среды косвенно, через окисное или закисное состояние железистых примесей, отражается на цвете керамзита. Красновато-бурая поверхность гранул го­ворит об окислительной среде (Fe2O3), темно-серая, почти черная окраска в изломе,— о восстановительной (FeO),

Различают четыре основные технологические схемы подготовки сырцовых гранул, или четыре способа произ­водства керамзита: сухой, пластический, порошково-пластический и мокрый.

Сухой способ используют при наличии камнеподобного глинистого сырья (плотные сухие глинистые породы, глинистые сланцы). Он наиболее прост: сырье дробится и направляется во вращающуюся печь. Предварительно не­обходимо отсеять мелочь и слишком крупные куски, напра­вив последние на дополнительное дробление. Этот способ оправдывает себя, если исходная порода однородна, не содержит вредных включений и характеризуется достаточ­но высоким коэффициентом вспучивания.

Наибольшее распространение получил пластиче­ский способ. Рыхлое глинистое сырье по этому способу перерабатывается в увлажненном состоянии в вальцах, глиномешалках и других агрегатах (как в производстве кирпича). Затем из пластичной глиномассы на дырчатых вальцах или ленточных шнековых прессах формуются сырцовые гранулы в виде цилиндриков, которые при даль­нейшей транспортировке или при специальной обработке окатываются, округляются.

Качество сырцовых гранул во многом определяет ка­чество готового керамзита. Поэтому целесообразна тща­тельная переработка глинистого сырья и формование плот­ных гранул одинакового размера. Размер гранул задается исходя из требуемой крупности керамзитового гравия и установленного для данного сырья коэффициента вспучи­вания.

Гранулы с влажностью примерно 20% могут сразу на­правляться во вращающуюся печь или, что выгоднее, пред­варительно подсушиваться в сушильных барабанах, в дру­гих теплообменных устройствах с использованием тепла отходящих дымовых газов вращающейся печи. При подаче в печь подсушенных гранул ее производительность может быть повышена.

Таким образом, производство керамзита по пластиче­скому способу сложнее, чем по сухому, более энергоемко, требует значительных капиталовложений, но, с другой сто­роны, переработка глинистого сырья с разрушением его естественной структуры, усреднение, гомогенизация, а так­же возможность улучшения его добавками позволяют уве­личить коэффициент вспучивания.

Порошково-пластический способ отличает­ся от пластического тем, что вначале помолом сухого глинистого сырья получают порошок, а потом из этого по­рошка при добавлении воды получают пластичную глино-массу, из которой формуют гранулы, как описано выше. Не­обходимость помола связана с дополнительными затрата­ми. Кроме того, если сырье недостаточно сухое, требуется его сушка перед помолом. Но в ряде случаев этот способ подготовки сырья целесообразен: если сырье неоднородно по составу, то в порошкообразном состоянии его легче пе­ремешать и гомогенизировать; если требуется вводить до­бавки, то при помоле их легче равномерно распределить; если в сырье есть вредные включения зерен известняка, гипса, то в размолотом и распределенном по всему объему состоянии они уже не опасны; если такая тщательная переработка сырья приводит к улучшению вспучивания, то повышенный выход керамзита и его более высокое качест­во оправдывают произведенные затраты.

Мокрый (шликерный) способ заключается в разве­дении глины в воде в специальных больших емкостях — глиноболтушках. Влажность получаемой пульпы (шлике­ра, шлама) примерно 50%. Пульпа насосами подается в шламбассейны и оттуда — во вращающиеся печи. В этом случае в части вращающейся печи устраивается завеса из подвешенных цепей. Цепи служат теплообменником: они нагреваются уходящими из печи газами и подсушивают пульпу, затем разбивают подсыхающую «кашу» на грану­лы, которые окатываются, окончательно высыхают, нагре­ваются и вспучиваются. Недостаток этого способа — по­вышенный расход топлива, связанный с большой начальной влажностью шликера. Преимуществами являются дости­жение однородности сырьевой пульпы, возможность и про­стота введения и тщательного распределения добавок, простота удаления из сырья каменистых включений и зерен известняка. Этот способ рекомендуется при высокой карь­ерной влажности глины, когда она выше формовочной (при пластическом формовании гранул). Он может быть приме­нен также в сочетании с гидромеханизированной добычей глины и подачей ее на завод в виде пульпы по трубам вместо применяемой сейчас разработки экскаваторами с перевозкой автотранспортом.

Керамзит, получаемый по любому из описанных выше способов, после обжига необходимо охладить. Установле­но, что от скорости охлаждения зависят прочностные свой­ства керамзита. При слишком быстром охлаждении керамзита его зерна могут растрескаться или же в них сохранятся остаточные напряжения, которые могут про­явиться в бетоне. С другой стороны, и при слишком мед­ленном охлаждении керамзита сразу после вспучивания возможно снижение его качества из-за смятия размягчен­ных гранул, а также в связи с окислительными процессами, в результате которых FeO переходит в Fe2O3, что сопро­вождается деструкцией и снижением прочности.

Сразу после вспучивания желательно быстрое охлаж­дение керамзита до температуры 800—900 °С для закреп­ления структуры и предотвращения окисления закисного железа. Затем рекомендуется медленное охлаждение до температуры 600—700 °С в течение 20 мин для обеспечений затвердевания стеклофазы без больших термических на­пряжений, а также формирования в ней кристаллических минералов, повышающих прочность керамзита. Далее возможно сравнительно быстрое охлаждение керамзита в те­чение нескольких минут.

Первый этап охлаждения керамзита осуществляется еще в пределах вращающейся печи поступающим в нее воздухом. Затем керамзит охлаждается воздухом в бара­банных, слоевых холодильниках, аэрожелобах.

Для фракционирования керамзитового гравия исполь­зуют грохоты, преимущественно барабанные — цилиндри­ческие или многогранные (бураты).

Внутризаводской транспорт керамзита — конвейерный (ленточные транспортеры), иногда пневматический (по­током воздуха по трубам). При пневмотранспорте возмож­но повреждение поверхности гранул и их дробление. Поэто­му этот удобный и во многих отношениях эффективный вид транспорта керамзита не получил широкого распростра­нения.

Фракционированный керамзит поступает на склад го­товой продукции бункерного или силосного типа.

Способы получения.

Вспучивание глинистого сырья на керамзит в печах кипящего слоя.

В последнее время в некоторых отраслях промыш­ленности, особенно цветной металлургии, получил разви­тие метод обжига материалов в кипящем слое. Этот ме­тод успешно опробован также в производстве цемент­ного клинкера, извести и нового заполнителя легких бе­тонов — перлита. Кипящий слой образуется тогда, когда через слой ма­териала надлежащей крупности зерен проходит восхо­дящий поток газа со скоростью, достаточно высокой, что­бы нарушить неподвижность и создать интенсивное тур­булентное движение, напоминающее кипение жидкости. При этом скорость газового потока должна быть проме­жуточной между минимальной скоростью, при которой зерна как бы теряют массу (скорость витания), и ско­ростью, при которой они выносятся из рабочей камеры аппарата (взвешенное состояние).

Внутри кипящего слоя можно сжигать твердое, жидкое и газообразное топливо или подавать для обжига теплоноситель извне. Поверхность контакта зерен обжи­гаемого материала и теплоносителя достигает в кипящем слое максимальной величины, вследствие чего коэффи­циент теплопередачи отличается весьма высокими пока­зателями—около 209 Вт/м 2 с).

Увеличение поверхности контакта способствует уско­рению тепло- и массообмена, а непрерывное перемеши­вание частиц материала обеспечивает выравнивание температуры в слое, что позволяет проводить процесс быстро и в небольших рабочих объемах. Процессы в ки­пящем слое легко регулируются и поддаются автомати­зации. Как показала практика, в кипящем слое можно обрабатывать зерна твердых материалов размером от долей миллиметра до 10 мм при различной влажности, так как влага, попадающая в кипящий слой, почти мгно­венно испаряется.

Наряду с большими достоинствами метод кипящего слоя обладает и рядом недостатков. Так, интенсивное движение частиц в слое и взаимное их перемещение не позволяют предсказать положения частицы в какой-ли­бо промежуток времени. Это означает, что часть посту­пающих в камеру свежих частиц может скорее выйти из слоя, чем это требуется, и перегревается, что для ряда технологических процессов неприемлемо. Другой недо­статок метода вытекает из условий взаимного соударе­ния частиц и ударов их о стенки камеры, что приводит к истиранию материала и накоплению пыли, а также преждевременному износу аппарата.

Печи для обжига в кипящем слое имеют самую раз­нообразную конструкцию. Они подразделяются на одно- и многокамерные. Каждая печь состоит из камеры, свода, пода, устройств для загрузки и выгрузки материала и газоходов.

Места загрузки и выгрузки материала могут быть расположены сверху, снизу или сбоку печи, но всегда друг против друга. Наиболее существенной частью печи является под, представляющий собой устройство для равномерного распределения газа (воздуха), поступаю­щего в печь, по нижнему горизонтальному сечению слоя. Каждая рабочая камера печи в горизонтальном сечении может быть выполнена в форме квадрата, прямоуголь­ника, круга и т. д.

Циркуляционный способ

Кипящий слой псевдоожиженного зернистого мате­риала восходящими вверх газовыми потоками является не единственным его состоянием в этих условиях. Так, если в камеру 1 (рис. 1) на решетку 3 через патрубок 4 засыпать гранулированный материал, то он образует плотный слой с определенной межзерновой пустотно-стью. При подаче через этот слой восходящего потока газа с постепенно увеличивающейся скоростью материал сперва будет оставаться неподвижным, а сопротивление слоя будет расти с увеличением скорости газа. Когда же сила сопротивления фильтрации- газа сравняется с ве­сом слоя зернистого материала, то дальнейший рост гид­равлического сопротивления прекращается и увеличение скорости газового потока приводит к расширению слоя. При этом слой взвешивается, увеличивается в объеме, частицы приобретают подвижность. Поверхность слоя в этом случае выравнивается, и если в стенке камеры сде­лать отверстие 2, то через него будет вытекать струя материала. Это и послужило основанием назвать слой зернистого материала со свойствами текучести—псевдоожиженным. При дальнейшем увеличении скорости газа через псевдоожиженный слой будут прорываться пузырь­ки, слой начнет интенсивно перемешиваться и бурлить, напоминая кипящую жидкость, что послужило основа­нием назвать его в этом состоянии кипящим слоем. Ха­рактерным состоянием кипящего слоя является его от­носительная плотность, при которой зерна не отрывают­ся в пространство для витания.

Новое увеличение скорости газа сопровождается вы­носом зерен материала из кипящего слоя.

Рис.1 Схематическое изобра­жение фонтанирующего слоя

1 — корпус; 2 — центральный фон­тан; 3 — решетка; 4 — патрубок для подвода газа;

 5 — конус материала;

Происходящая таким образом циркуляция частиц— подъем в фонтане центральной части слоя и опускание в периферийной — отражает новое состояние материала, получившего название фонтанирующего слоя. Цирку­ляция частиц здесь более интенсивна, чем в обычных псевдоожиженных слоях.

В Советском Союзе устройства с фонтанирующим слоем появились значительно раньше, чем за рубежом. Они использовались при сушке хлопка, зерна, торфа, в топочной технике и т. д. Большой интерес представляет и обжиг керамзита в фонтанирующем слое. В последние годы в ФРГ были проведены успешные опыты и предло­жен для практики новый циркуляционный способ про­изводства керамзита с обжигом в фонтанирующем слое.

Построенная в 1965 г. фирмой «Деннерт» в г. Хенге близ Нюрнберга установка производительностью 400м³ керамзитового гравия в сутки с использованием метода обжига заполнителя в фонтанирующем слое характери­зуется следующими особенностями.

Сырьем для производства керамзита служит тонкодисперсная легкоплавкая глина с карьерной влажностью 13—15%. При указанной влажности глина сравнитель­но плотная и может подвергаться тонкому дроблению без замазывания механизмов. Ее химический состав ха­рактеризуется содержанием (в %): SiO2—49,10; Fe2О3— 7,98; А1203— 21,89; MnO—0,11; CaO—3,58; MgO—1,57; SO2—1,85; R20—2,86 и ППП—11,06.

На карьере глину добывают многоковшовым экска­ватором на гусеничном ходу. Параллельно фронту добы­чи глины установлен ленточный конвейер длиной 150 м. Предварительно глину, доставляемую с карьера. измельчают на валковой дробилке. Затем она поступает в ящичный подаватель, проходит через металлический желоб с электромагнитом для очистки от металлических включений и поступает в ударно-отражательную диско­вую мельницу, где тонко измельчается и гомогенизирует­ся при естественной влажности. Далее тонкоизмельченная глина непрерывным потоком направляется в тарель­чатый гранулятор, где к ней добавляют 2—4 % воды и специальную добавку, способствующую образованию шаровидной формы гранул. По ленточному конвейеру гранулы поступают в сушильный противоточный барабан длиной 10 и диаметром 1,5 м.

После выхода из сушильного барабана от материала отделяются мелкие и крупные фракции, которые направ­ляются обратно для повторной переработки в ударно-отражательную дисковую мельницу, а гранулы разме­ром от 1 до 12 мм, нагретые в сушильном барабане до 200 °С, конвейером подаются в промежуточный бун­кер объемом 5 м³.

При рассмотренной системе подготовки перерабаты­ваться может также глина и с влажностью выше 20 °/о. В этом случае мельница, тарельчатый гранулятор и су­шильный барабан имеют соответственно большие размеры и постоянно загружаются с избытком. Избыточный материал автоматически отводится обратно в мельницу. Здесь сухой материал смешивается с влажным сырьем и перерабатывается по схеме.

Печная установка состоит из бункера объемом 5 м³, загрузочного шлюза, камеры обжига, специальной горел­ки и затвора. Установка работает периодически с загруз­кой каждые 40 с.

Из бункера сухие гранулы поступают в объемный дозатор, откуда они периодически загружаются в печь, где обжигаются в фонтанирующем слое (рис.3).

 

Рис.3 Схема печи с фонта­нирующим слоем

1— отходящие газы;

2—загрузка;

3 — выгрузка

В печи гранулы захватываются идущим вверх пото­ком газов и поднимаются вверх до тех пор, пока сила газового потока не станет меньше силы тяжести обжи­гаемого материала, который попадает вниз, затем снова захватывается и поднимается потоком газа и т. д. Цир­кулируя таким образом в течение 40 с, гранулы вспучи­ваются. Затем подача топлива прекращается, открыва­ется затвор и в течение 4 с вспученный материал выгру­жается. Обожженный материал отгружается конвейе­ром на сортировку, а новая партия гранулированного материала поступает в печь на вспучивание.

Вследствие теплового удара зерна керамзита имеют твердую прочную оболочку, значительно увеличивающую прочность зерна. При этом вследствие равномерной теп­ловой обработки мелкие и крупные гранулы одинаково хорошо вспучиваются. Печь футерована огнеупорным легковесным теплоизоляционным материалом. Наружная температура стены не превышает 50 °С, т. е. потери теп­лоты через излучение малы.

Высота обжиговой печи 10 м, внутренний диаметр в свету 2,5 м. За исключением затвора и шлюза подвиж­ных деталей печь не имеет. Отработанные дымовые газы из печи поступают в сушильный барабан и после выхо­да из него обеспыливаются в циклонах.

В противоположность классическому способу произ­водства керамзита во вращающихся печах циркуляци­онный способ позволяет пускать и останавливать всю установку в любое время без опасности для печи и футе­ровки, а также без больших теплопотерь. На растопку полностью остывшей установки требуется 60 мин, а час­тично остывшей— 15 мин.

Управление всей установкой автоматизировано. Про­должительность загрузки и разгрузки печи контролируется реле времени. Изменение продолжительности или температуры обжига вызывает изменение насыпной плот­ности обжигаемого материала и наоборот. Зона обжига контролируется телевизионной камерой, а работа печи регулируется с пульта управления. Печь в настоящее время работает на легком моторном масле, но может также работать на природном газе и мазуте. Расход теп­лоты на обжиг 1 кг керамзита в фонтанирующем слое составляет всего 3990 кДж, а расход электроэнергии 15 кВт/т. Выпускаемый керамзитовый гравий с насып­ной плотностью 500 кг/м3 характеризуется повышенной прочностью и используется для приготовления высоко-прочного керамзитобетона при изготовлении напряжен­но-армированных конструкций.

Схема производства керамзитового гравия с обжигом по циркуляционному способу показана на рис. 4

Рис.4 Технологическая схе­ма производства керамзитово­го гравия по циркуляционному способу

1 — многоковшовый экскаватор; 2 — валковая дробилка; 3 — ящичный подаватель (100 м³); 4 — ударно-от­ражательная дисковая мельница; 5 — тарельчатый гранулятор; 6 — шнек для отвода пыли; 7 — цик­лонный пылеулавливатель; 8 — су­шильный барабан; 9 — ковшовый элеватор; 10 — запасной бункер (5 м³), 11 —загрузочный шлюз;

12 — печь с фонтанирующим слоем.

Вспучивание глинистого сырья на керамзит вибрационным методом

Новизна метода, названного вибрационным, состоит в применении для обжига керамзитового гравия специ­альной комбинированной установки, выполняющей сле­дующие технологические функции: сушку гранулирован­ного материала, предварительный его подогрев, вспучивание и охлаждение обожженного продукта.

Существенная особенность вибрационного способа из­готовления керамзитового гравия—приготовление гра­нулированного глинистого сырца шаровидной формы и примерно одинакового размера, что легко достигается на тарельчатом грануляторе.

Технологический процесс изготовления керамзитово­го гравия по вибрационному способу характеризуется следующей последовательностью. Исходная глина в при­родном состоянии или после ее подсушки до 15%-ной влажности измельчается в порошок с максимальным размером зерен около 0,2 мм и подается в тарельчатый гранулятор, где при добавке 2—4 % воды формуются шаровидной формы гранулы примерно одинакового размера. Для лучшего склеивания порошкообразного ма­териала применяют специальную химическую добавку.

Одинаковый размер гранул при формовании достига­ется правильно отрегулированным положением тарелки, скоростью ее вращения и дозированием воды.

Вибрационная установка работает по следующей схе­ме. Полученный на тарельчатом грануляторе однородный по размеру зерен материал по загрузочной трубе пода­ется в сушильную камеру установки (рис. 5), откуда под действием силы тяжести поток материала поступа­ет в шахту предварительного нагрева. В шахте проис­ходит теплообмен между материалом и восходящими по­токами топочных газов, поступающих из камеры го­рения.

Рис.5 Установка для произ­водства керамзита по вибраци­онному методу (ФРГ)

1—загрузка; 2 — шахта для подо­грева; 3 — вибростол;4— выгрузка

Установку для вспучивания загружают через загру­зочный желоб, работу кото­рого регулируют с помощью электромагнитных импульсов

 Гранулированный мате­риал проходит горизонталь­ную область зоны вспучивания в течение примерно 1 мин. Зона обогревается не­посредственно c помощью двух пар форсунок, работа­ющих на жидком топли­ве. Температура в зоне вспучивания поддерживает­ся на уровне около 1100°С. Вибрирующая поверхность транспортера на качающей­ся рамес воздушным охлаждением защищена от воздействия высоких температур огнеупорной футеровкой. Материал движется по инерционному столу спокойным потоком.

 Горячие, вспученные зерна скатываются на охлаждающий желоб.

Достоинством установки является то, что она объеди­няет в одной конструкции устройства для сушки, подогрева, вспучивания и охлаж­дения. Это делает ее весьма энергетически экономичной. Расход теплоты на 1 кг керамзита составляет около 2940 кДж, а электроэнергии—около 14,5 кВт-ч на 1 т. Конструктивные размеры печи производительностью 50 т керамзита в сутки следующие: площадь основания 24 м², высота 10 м.

Вспучивание глинистого сырья на керамзит в электрическом поле высокой частоты

 

Применение метода кипящего слоя позволило устра­нить ряд недостатков классической технологии произ­водства керамзита с обжигом во вращающихся печах, однако многие из них, особенно обусловленные нерацио­нальным топливосжиганием и подводом теплоты к час­тицам материала, остались нерешенными.

Глинистые гранулы различных размеров и формы как в отдельности, так и в слое в разные перио­ды обжига имеют различную влажность, плотность, теплопроводность и температуропроводность. Поэтому они нагреваются и вспучиваются неравномерно, что при­водит к преждевременному перегреву одних и недожогу других, а показатели насыпной плотности и прочности керамзита характеризуются нередко большим разбросом.

Тодес О. М., Гринбаум М. Б., Станякин В. М., Черем-ский А. Л. и др. предложили и исследовали новый метод получения керамзита с обжигом в электрическом поле высокой частоты, в значительной мере лишенный указан­ных недостатков. Способ основан на использовании то­ков высокой частоты для внутреннего диэлектрического нагрева зерен глинистого материала до температуры вспучивания и выделения теплоты при поддержании эк­зотермических реакций в температурном интервале поро­образования.

Воздействие поляризации в высокочастотном поле на глинистый материал приводит к интенсификации реак­ций газовыделения, что исключает необходимость ввода ряда добавок, стимулирующих вспучивание.

Тепловой высокочастотный удар обеспечивает также перемещение ряда реакций газовыделения в область вы­соких температур, когда материал приводится в пиропластическое состояние с оптимальной для вспучивания вязкостью. Особое преимущество диэлектрического на­грева состоит в определенной его избирательности, что делает процесс обжига стабильным и не зависимым от плотности, размера формы, теплопроводности и темпера­туропроводности зерен материала.

Рациональное аппаратурное оформление конструкции установки, сочетающей в себе высокочастотный нагрев в кипящем слое с эффективным использованием теплоты отходящего газа и керамзита в двух движущихся слоях, показано на рис. 6.

Рис. 6. Схема модели печи кипящего слоя с обжигом в электри­ческом поле токов высокой частоты и распределения температуры газов и материала по высоте

 

Гранулированный материал равномерно подается из бункера 1 питателем 2 через патрубок 3 в движущийся слой 4. В этом слое материал прогревается за счет отхо­дящих газов, направляемых через патрубок 13. Далее материал через отверстия решетки 5, регулируемые шибером 12, поступает в кипящий слои 6 на решетку 10. Кипящий слой, в котором частицы поддерживаются в псевдоожиженном состоянии, нагревается до температу­ры вспучивания токами высокой частоты через пластины высокочастотного конденсатора 11, и вспученный материал через патрубок 7 отводится в зону слоя 9, где ох­лаждается воздухом, поступающим из паукообразного распределителя 8, и отводится на транспортер.

На основе проведенных исследований осуществляет­ся отработка технологических и электрических парамет­ров установок полигонного и стационарного типов.

 

Производство керамзита по ступенчатому способу в кольцевой печи с вращающимся подом

 

Отмечая известные, серьезные недостатки распрост­раненных однобарабанных вращающихся печей для про­изводства керамзита: нестабильность выпуска заполни­теля по прочности и плотности; сложность обжига сла­бовспучивающихся с малым интервалом вспучивания глин; невозможность создания в них требуемого ступен­чатого режима термообработки гранул на керамзит;

большой унос мелочи и т. д.,—Р. Б. Оганесян, Н. А.Тетруашвили и В. А. Мещеряков предложили использовать для этих целей модернизированную кольцевую печь с вращающимся подом, широко распространенную в ме­таллургической промышленности2.

В общем виде технологическая схема производства керамзита на указанной линии предусматривает формов­ку сырцовых гранул на ленточном кирпичеделательном прессе, сушку в сушильном барабане с окаткой в нем гранул, подогрев полуфабриката в слоевом подогрева­теле примерно до 200—250° С с последующим вспучиванием гранул в кольцевой печи на непрерывно вращаю­щемся поде при однослойной его загрузке, охлаждение, сортировку и складирование заполнителя.

Обжиговый агрегат технологической линии включает слоевой подогреватель, кольцевую обжиговую печь и хо­лодильник-аэрожелоб.

Кольцевая печь (рис. 7) состоит из стационарных стен толщиной 750 мм и свода с теплоизоляционной засыпкой—700 мм, вращающегося пода (включая метал­лическую платформу, футеровку толщиной 500 мм, коль­цевой рольганг), гидрозатвора. Средний диаметр коль­цевой печи 11,25, ширина 2,4, высота от поверхности пода до замка свода 0,81 м. Длина зоны обжига (от узла за­грузки до узла выгрузки керамзита) 28 м, в том числе зоны расположения горелок—19 м.

Рис.7 Схема кольцевой печи для обжига керамзита

1. — труба дымовая; 2 — кладка печи; 3 — газооборудование; 4 — футеровка кольцевого пода; 5—выгружатель; 6—подготовитель слоевой; 7 — венти­ляционная установка слоевого подготовителя; 8 — автоматика; 9 — установ­ка дымовых вентиляторов и рекуператора; 10—под кольцевой с приводом; 11 — каркас печи.

 Кольцевой канал заканчивается дымоотборной шахтой, из которой дымо­вые газы по борову подаются в слоевой подогреватель и далее дымососом направляются в трубу. Часть дымо­вых газов поступает в сушильный барабан.

На участках газопровода предусмотрены поворотные заслонки для автоматического регулирования расхода природного газа. Керамзит с поверхности футеровки по­да удаляется выгружателем. Частота вращения пода пе­чи изменяется плавно в широких пределах с помощью регулируемого асинхронного электропривода. Контроль и управление процессом обжига, управление работой оборудования печи осуществляется со щита КИП.

Нельзя не отметить, что значительное число зерен, обжигаемых в монослое, имеет приплюснутую, а не округлую или гравелистую форму, что противоречит требованиям к размеру и форме легких заполнителей бетона.

Авторы все еще продолжают сравнивать расход топлива с од­нобарабанными вращающимися печами. Между тем расход топли­ва на обжиг следует сравнивать не с однобарабанными, а двухба­рабанными печами или им подобными, где к настоящему времени расход теплоты не превышает 2500—3360 кДж/кг, или в 2—3 раза меньше, чем в однобарабанных.