Керамзит. Керамзит тепл мат. 1 Характеристика продукции и ее номенклатура 2 Сырьевые материалы
 Скачать 183.9 Kb.
|
|
Содержание
  Введение Перед промышленностью строительных материалов стоят задачи значительного увеличения объема производства высокоэффективных строительных изделий, в том числе сборных легкобетонных, крупноблочных, панельных и объемных конструкций, применение которых в строительстве дает большой экономический эффект. В решении таких задач основную роль играют заводы по производству искусственных пористых заполнителей. В настоящее время промышленностью освоено производство ряда искусственных пористых заполнителей. К ним относится: керамзитовый гравий, щебень и песок; аглопоритовые гравий, щебень и песок; щебень и песок из пористого металлургического шлака (шлаковая пемза); песок и щебень перлитовые вспученные; шунгизитовый гравий; глинозольный керамзит; гравий и щебень из кремнистых пород. На основе этих заполнителей получены легкие бетоны: теплоизоляционные (перлитобетон и керамзитобетон из легких разновидностей керамзита); конструкционно-теплоизоляционные (перлитобетон, керамзитобетон, легкие бетоны на основе шунгизита, глинозольного керамзита, вспученных кремнистых пород). Из бетонов на перечисленных заполнителях можно изготовить практически всю номенклатуру строительных конструкций, выпускаемых нашей промышленностью. Вспучивание глины при обжиге известно с незапамятных времен. Самопроизвольное вспучивание нередко наблюдается в керамическом производстве - образование пузырей, вздутий и других пороков изделий. В результате вспучивания получается легкий поризованный материал с мелкоячеистой структурой, обладающей малой плотностью при значительной прочности и высокими теплозащитными свойствами. Вспучивание глин при обжиге связано с двумя процессами: газовыделением и переходом глины в пластическое состояние. Источниками газовыделения являются реакции восстановления оксидов железа при их взаимодействии с органическими примесями, окисление 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 выделяющими газами [1]. В отличие от плотных, пористых и пустотелых керамических материалов и изделий, вырабатываемых из глин, вспученный при обжиге глинистых пород материал ячеистого строения называют керамзитом. Термин керамзит обозначает не какой-либо вид готового материала или изделия, а вспученную при обжиге глинистых пород массу ячеистого строения. Название же готовых видов материала образуется по общепринятому в технике словосочетанию материал -готовый продукт. Например, стальная проволока, стальной рельс, в рассматриваемом случае - керамзитовый гравий, керамзитовый песок, керамзитовые блоки, керамзитовый щебень и т. д. Длительный опыт освоения керамзита показал, что методы его получения, а также области использования его технических свойств могут быть самыми разнообразными. С развитием науки и техники они непрерывно совершенствуются и расширяются. Так, если в период зарождения промышленности керамзита вспучивания глин вели в горнах периодического действия и туннельных печах и на решетках с принудительным прососом воздуха, то в настоящее время предложены и внедряются новые перспективы методы вспучивания: в двухбарабанных печах, в кипящем слое, в кольцевых, шахтных и других печах. В последние десятилетия в производство керамзитового гравия наряду с классическими легкоплавкими глинистыми породами вовлекаются различные отходы углеобогащения, золы и шлаки тепловых электростанций, а также трепела, диатомиты т. д. Вместе с тем, несмотря на очевидные успехи в организации производства и применении керамзита, технический уровень действующих керамзитовых предприятий и качество выпускаемой ими продукции, особенно в последнее десятилетие, далеко не отвечают возросшим требованиям современной строительной индустрии. 1 Характеристика продукции и ее номенклатура Согласно ГОСТ 9759-83 предусмотрены следующие фракции керамзитового гравия по крупности зерен: 5... 10, 10...20, и 20...40мм. В каждой фракции допускается до 10% более крупных зерен по сравнению с номинальными размерами. Из-за невысокой эффективности грохочения материала в барабанных грохотах трудно добиться более тщательного разделения керамзита на фракции. По насыпной плотности керамзитовый гравий подразделяется на 8 марок: М250...600, причем к М250 относится керамзитовый гравий с насыпной плотностью до 250 кг/м3, к М300 - до 300 кг/м3 и т. д. Насыпную плотность определяют по фракциям в мерных сосудах. Чем крупнее фракция керамзитового гравия, тем, как правило, меньше насыпная плотность, поскольку крупные фракции содержат наиболее вспученные гранулы. Для каждой марки по насыпной плотности стандарт устанавливает требования к прочности керамзитового гравия при сдавливании в цилиндре. По заказам потребителей для приготовления конструкционных легких бетонов стандарт допускает выпуск керамзитного гравия так же М700 и 800 с прочностью при сдавливании в цилиндре соответственно не менее 3,3 и 4,5 МПа. Стандартная методика предусматривает свободную засыпку керамзитового гравия в цилиндр а затем сдавливание его с уменьшением первоначального объема на 20%. Под действием нагрузки прежде всего происходит уплотнение гравия за счет некоторого смещения зерен и их более компактной укладки. Основываясь на опытных данных, можно полагать, что за счет более плотной укладки керамзитового гравия достигается уменьшение объема свободной засыпки в среднем на 7%. Следовательно, остальные 13% уменьшение объема приходятся на смятие зерен. Если первоначальная высота зерна Д, то после смятия она уменьшается на 13%. Из этих соображений в ГОСТ 9757-83 «Заполнители пористые неорганические для легких бетонов. Общие технические условия» предусмотрена маркировка пористых заполнителей не только по насыпной плотности, но и по прочности, причем для керамзита и подобного ему пористого гравия числа, определяющие марку по прочности, в среднем в 4,5 раза превышают показатели прочности, полученные при испытании сдавливанием в цилиндре. Маркировка по прочности позволяет сразу наметить область рационального применения того или иного керамзита в бетонах соответствующих марок. Более точнее данные получают при испытании заполнителя в бетоне [2]. Для быстрого определения прочности отдельных зерен керамзитового гравия в СибЗНИИЭП разработан метод испытания их гидростатическим давлением в жидкости (масле), в НИИкерамзите – аналогичный метод объемного сжатия гидропластмассой. В зависимости от особенностей сырья и технологии производства действительная прочность керамзита может отличаться от расчетной, но предварительная ориентировочная ее оценка все же дает представление о возможности и целесообразности использования данного керамзита для получения бетона требуемых классов по прочности. Приведенные числовые значения расчетной прочности керамзитового гравия показывают, что этот пористый заполнитель может быть достаточно прочным для высокопрочных легких конструкционных бетонов, несмотря на низкие показатели прочности при стандартном испытании. Зерна керамзитового гравия могут иметь шарообразную или вытянутую форму, что зависит от формы сырцовых гранул. По стандарту среднее значение коэффициента должно быть не более 1,5, зерна с коэффициентом формы более 2,5 в керамзитовом гравии первой категории качества таких зерен допускается не более 15% по массе. Содержание расколотых зерен в керамзитовом гравии допускается не более 10... 15% по массе в зависимости от категории качества. Керамзитовый гравий должен выдерживать не менее 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии с потерей массы данной фракции не более 8%. При испытании кипячением потеря массы не должна превышать 5%. Таким испытанием выявляется наличие опасных известняковых включений - «дутиков». Ограничивается водопоглощение (не более 20...30% по массе за 1ч в зависимости от марки), содержание водорастворимых сернистых и сернокислых соединений. Эти и другие требования стандарта обеспечивают стойкость и долговечность керамзита. По данным исследователей, изучавших качество керамзита на многих предприятиях, керамзит везде неоднороден. Очевидно, это предопределенно самой технологией получения керамзитового гравия, когда каждая гранула вспучивается по-разному при неоднородности сырья и непостоянстве температурных условий в печи. В результате керамзитовый гравий - это совокупность неодинаковых вспученных гранул различной плотности и прочности. Для получения однородности керамзита есть два пути: - первый путь состоит в совершенствовании технологии производства, усреднение сырья, более тщательно его переработке и грануляции, стабилизации режимов термоподготовки, обжига и охлаждения, улучшения фракционирования. - второй путь - разделение готовой продукции на фракции не только по крупности, но и по плотности зерен. Применительно к керамзитовому гравию термин «обогащение» означает разделение его на классы по плотности зерен. Более легкий будет богаче, хорошо вспученными зернами, более тяжелый - богаче менее вспученными, зато более прочными зернами. Считается, что керамзитовый гравий и другие пористые заполнители подлежат обогащению только в условиях сухой сепарации, что их нельзя увлажнять, поскольку по ГОСТ 9759-83 влажность поставляемого керамзитового гравия должна быть не более 2%. Однако это ограничение касается поставляемого гравия, а при использовании его можно увлажнять, как того требует технология. В технологии легких бетонов нередко рекомендуется предварительно увлажнять пористые заполнители, чтобы уменьшить поглощение ими воды из бетонной смеси [3]. Сырьевые материалы Сырьем для производства керамзита служат глинистые породы, относящиеся в основном к осадочным горным. Для производства керамзита наиболее пригодны монтмориллонитовые и гидрослюдистые глины, содержащие не более 30% кварца. Основной критерий пригодности глинистого сырья для производства керамзита - способность вспучиваться при термической обработке в пределах 1050-1250°С и образовывать при этом материал, имеющий ячеистое строение с плотностью в куске в пределах 200-1350 кг/м3. Различают слабо-, средне- и хорошовспучивающиеся глинистые породы с коэффициентом вспучивания соответственно до 2,5; 2,5 - 4,5 и Кв свыше 4,5; чем выше коэффициент вспучивания сырья, тем меньше плотность керамзита, и тем более ценно это сырью для производства керамзита. При отсутствии хорошо- и средневспучивающих глинистых пород для производства керамзита, используемого в конструктивно-теплоизоляционных бетонах, сырьем могут служить слабовспучивающиеся глинистые породы с железистыми, органическими и другими добавками. Установить ценность керамзитового сырья по какому-либо одному признаку весьма затруднительно, поэтому в большинстве случаев определяют ряд свойств: генезис, внешний вид, минералогический, химический и гранулометрический состав, огнеупорность, интервал вспучивания, содержание свободного керамзита засоренность крупнозернистыми (камневидными и карбонатными) включениями, а также структурно-механические свойства, большинство из которых оказывает прямое и притом весьма существенное влияние на основные критерии керамзитового сырья - плотность и коэффициент вспучивания. Физико-механические и важнейшие технологические свойства глинистого сырья в основном определяется его вещественным, минералогическим, гранулометрическим и химическим составами. Вещественный состав. По вещественному составу легкоплавкие глинистые породы делят на следующие группы. К супесям относят мелкообломочные горные породы с содержанием частиц глинистых минералов 3-10%. Супеси занимают промежуточное положение между песками и суглинками. Они непластичны, обладают слабой связующей способностью и при некоторой оптимальной влажности комкаются. Для производства керамзитового гравия они не пригодны. Суглинки - тонкообломочные глинистые породы различного химико-минералогического состава и генетического происхождения с содержанием частиц глинистых минералов 10-30%. По ряду основных свойств они занимают промежуточное положение между глинами и суглинками. Суглинки обладают средней пластичностью и слабой связующей способностью [4]. Лессовидные глины и суглинки - пылевидные глинистые породы с преобладанием частиц размером 0,05-0,001мм, от которых зависят основные свойства этих пород. Содержание карбоната кальция в лессах обычно превышает 10%. Поэтому из-за возможного оплавления и деформации при обжиге заполнителя они в чистом виде без добавок других пород не пригодны для производства керамзита во вращающихся печах. Сланцы - обширная группа метаморфических пород разного состава с характерной сланцеватой текстурой, обусловленной параллельным расположением чешуйчатых и таблитчатых минералов. По минералогическому составу сланцы подразделяют на глинистые, кремнистые, хлоритовые, шунгитовые и др. Аргиллиты- глины, затвердевшие в результате природного прессования, дегидратации, перекристаллизации и цементации. Основную массу аргиллитовых пород составляют глинистые минералы - гидрослюда, монтмориллонит, каолинит, хлориты с примесью кварца, полевых шпатов, слюд и т. д. Они также содержат до 50-80% кремнезема, до 20% и более глинозема и незначительное количество щелочей. Трепел - высокопористая, слабо сцементированная, рыхлая, осадочная порода. Основной оксид породы – SiO2 (70-90%). Диатомиты - легкая, рыхлая, слабосцементированная порода, состоящая преимущественно из микроскопических кремнистых панцирей одноклеточных диатомитовых водорослей. Опока - осадочная кремнистая горная порода с полураковым изломом, на 90% состоящая из мелкозернистого аморфного водного кремнезема с примесями глинистых веществ, карбонатов, кварца, полевого шпата, вулканического стекла, органических остатков и др. Минералогический состав. Глинистые горные породы -механическая смесь различных глинообразующих минералов и сопутствующих примесей. Мономинеральные глины в природе встречаются редко. Поэтому минеральный тип глины обычно характеризуют преобладающим в рассматриваемой породе глинообразующим минералом. С появлением новых методов исследования, главным образом рентгеноструктурного и термографического анализов, было установлено, что основу большинства глинистых пород составляют различные глинистые материалы, находящиеся не в аморфном, а в кристаллическом состоянии, и что именно эти минералы те или другие основные свойства глинистым породам. Наиболее распространенны минералы монтмориллонита, гидрослюд или иллита, хлорита, каолинита и вермикулита. Гранулометрический состав. Все минералы, входящие в состав полиминеральных легкоплавких глин, можно подразделить на первичные и вторичные. К первичным относят минералы, входившие в состав минеральных пород, подвергшихся выветриванию: кварц, полевые шпаты, слюды, роговые обманки, авгиты, граниты, эпидот, турмалин, рутил, циркон, апатит, кальцит, доломит, серпентин, ставролит, титанит, магнетит, бетит, ангидрит, амфиболы и многие др. К вторичным - минералы, образовавшиеся в процессе выветривания, переотложения и преобразования различных пород, в первую очередь глинообразующие минералы группы монтмориллонита, гидрослюд, гидрохлорида, вермикулита, каолинита, а также водные оксиды алюминия, оксиды и гидроксиды железа, и многие другие. Первичные материалы в глинах, как правило, более прочны и химически устойчивы, чем вторичные, что проявляется в том, что первичные минералы сосредотачиваются главным образом в более крупных фракциях глинистого сырья размером более 0,001мм, тогда как вторичные минералы составляют основу самых тонкодисперсных фракций. Частицы крупнее 0,01мм представлены в глинах преимущественно кварцем при незначительном содержании слюды, полевых шпатов и некоторых других первичных минералов. Химический состав легкоплавких пород обусловлен их минералогическим составом, количеством и составом примесей и так же разнообразен, как и минералогический состав. В легкоплавких глинистых породах, как показали исследования, состав основных составляющих, определяемых химическим анализом, варьируется в весьма широких пределах: SiO2 - 48-80%; А12O3 - 7-27%; Fе2O3 и FeO - 0,5-13,5%; CaO- 0,5-20%; MgO- 0,3-12%; К2О и Na2О- 0,5-7,5%. В ряде случаев природное глинистое сырье может быть улучшено введением добавок. Например коэффициент вспучивания можно повысить, добавив в глину примерно 1% мазута, солярового масла и других органических веществ, железистые добавки, в частности отходы производства серной кислоты из спирта - пиритные огарки. Если золы и шлаки вводятся в больших дозах, сопоставимых с расходом глинистого сырья, то получаемый керамзит обычно называют глинозольным или глиношлаковым. Чаще всего добавки вводятся в сравнительно небольших дозах, и основным сырьем для производства керамзитового гравия остаются глинистые породы. Для расширения температурного интервала вспучивания используют такой прием, как опудривание сырцовых глиняных гранул порошком огнеупорной глины, мелким кварцевым песком или иным тугоплавким порошком, что позволяет повысить температуру обжига и при этом избежать оплавление гранул. Химический, минералогический и гранулометрический составы легкоплавких глинистых пород в решающей степени влияют на их вспучивание и образование ячеистой структуры керамзита. Химический состав глинистых пород оказывает значительное влияние на процесс вспучивания главным образом потому, что он обуславливает образование пиропластической массы при обжиге с оптимальной для порообразования вязкостью в пределах определенного интервала температур (50-200°С). Однако, каким бы благоприятным не было сочетание химических составляющих, создающих необходимые реологические условия для порообразования размягченной массы, этого не достаточно, чтобы произошло само вспучивание. Химический состав вспучивающихся глинистых пород колеблется в широких пределах. Поэтому важно установить пределы содержания каждого из компонентов и их соотношения для вспучивающегося и невспучивающегося глинистого сырья, а для сырья, обладающего различной вспучиваемостью. 3 Технологическая схема Основное оборудование керамзитовых предприятий оборудование для обжига. В настоящие время наиболее распространен метод обжига керамзитового гравия в одно- и двухбарабанных вращающихся печах; кроме того, осваивается промышленное производство керамзитового гравия и песка в печах кипящего слоя. Достоинство вращающихся печей как аппаратов для вспучивания глинистых пород - возможность получать заполнителей, зерновой состав, которого в основном соответствует нормативным требованиям. Другое важное достоинство вращающихся печей состоит в том, что зерна материала в них вспучиваются в свободном объеме, не ограниченном стенками или неподвижной массой таких же зерен. Поэтому процесс может быть очень интенсивным, что позволяет получать 500 кг/м3 при коэффициенте выхода 2-3. К недостаткам вращающихся печей помимо их низкой тепловой экономичности относится трудность обжига в них слабо- и средневспучивающихся глинистых пород с малым интервалом вспучивания. При обжиге керамзитового гравия во вращающихся печах важнейшим признаком для типизации керамзитового производства служат применяемые способы переработки сырья и приготовление полуфабриката. Опыт показал, что какого-либо универсального метода переработки глин и их грануляции в полуфабрикатах, пригодный для вспучивания, не существует. Более того способы изготовления полуфабриката, его размеры, форма, влажность и другие параметры могут и должны изменятся в зависимости от свойств употребляемого сырья. Решающее значение при выборе способов изготовления полуфабриката имеют физические, главным образом структурно-механические свойства глинистых пород: плотность, однородность, влажность, пластичность, структура и т.д. Выбор способа переработки сырья определяется свойствами исходного сырья, а качество заполнителя зависит от режима термической обработки, при котором создаются оптимальные условия вспучивания подготовленных сырцовых гранул (зерен). Различают четыре основных технологических схемы подготовки. 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 глиномассу, 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 [5]. 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. 3.1 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. 3.2 Циркуляционный способ Кипящий слой псевдоожиженного зернистого материала восходящими вверх газовыми потоками является не единственным его состоянием в этих условиях. Так, если в камеру 1 рисунок 1 на решетку 3 через патрубок 4 засыпать гранулированный материал, то он образует плотный слой с определенной межзерновой пустотностью. 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. |