Курсовой проект Заполнители бетона. заполнители мой КП. Изм. Лист докум. Подпись Дата Лист
 Скачать 1.24 Mb.
|
|
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 2.1. СЫРЬЕ И ТОПЛИВО Для производства глинозольного керамзита применяют золу, добываемую в золоотвалах от пылевидного сжигания торфа, бурого и каменных углей, и легкоплавкие глинистые породы. Золы, пригодные для производства глинозольного керамзита, содержат Si0 2 33-57% и АС увеличением содержания золы и ее удельной поверхности возрастает прочность керамзита и увеличивается его средняя плотность. Дисперсность золы должна составлять не менее 1000 см 2 /г, содержание угля не более 10%, СаО — не более 10%, сернистых и сернокислых соединений — не более 5%. Максимальная температура плавления золы равна 1380 С. Максимально допустимое содержание остатков топлива в золе, пригодной для производства глинозольного керамзита, не должно превышать 17%. При избыточном количестве углерода гранулы оплавляются, и качество заполнителя ухудшается. При использовании золы в качестве добавки к глине увеличивается количество органических примесей в сырье и повышается его вспучиваемость. Вспучивание глины при обжиге связано с двумя процессами газовыделением и переходом глины в пиропластическое состояние. Источниками газовыделения являются реакции восстановления оксидов железа при их взаимодействии с органическими примесями, окисления этих Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 13 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 примесей, дегидратации гидрослюд и других водосодержащих глинистых минералов, диссоциации карбонатов и т. д. В пиропластическое состояние глипы переходят, когда при высокой температуре в них образуется жидкая фаза (расплав, в результате чего глина размягчается, приобретает способность к пластической деформации, в тоже время становится газонепроницаемой и вспучивается выделяющимися газами Глинистые породы отличаются сложностью минералогического состава и, кроме глинистых минералов (каолинита, монтмориллонита, гидрослюды и др) содержат кварц, полевые шпаты, карбонаты, железистые, органические принеси. Глинистые минералы слагают глинистое вещество — наиболее дисперсную часть глинистых пород (частицы мельче 0,005 мм. Собственно глинами называют глинистые породы, содержащие более 30% глинистого вещества. Для производства керамзита наиболее пригодны монтмориллонитовые и гидрослюдистые глины, содержащие не более 30% кварца. Общее содержание должно быть не более 70%, АО не менее 12% (желательно около 120%), Fe 2 O 3 + FeO — до 10%, органических примесей -1-2%. Пригодность того или иного глинистого сырья для производства керамзита устанавливают специальным исследованием его свойств. Важнейшее из требований к сырью - вспучивание при обжиге. Вспучиваемость характеризуется коэффициентом вспучивания C K B V V k (1) где К — объем вспученной гранулы керамзита Vc — объем сухой сырцовой гранулы до обжига. Второе требование к сырью (в значительной степени связанное с первым) — легкоплавкость. Температура обжига должна быть не выше Си при этом переход значительной части наиболее мелких глинистых частиц в расплав должен обеспечить достаточное размягчение и вязкость массы. Иначе образующиеся при обжиге глины газы, не удерживаемые массой, свободно выйдут, не вспучив материал Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 14 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 Третье из важнейших требований — необходимый интервал вспучивания. Так называют разницу между предельно возможной температурой обжига и температурой начала вспучивания данного сырья. За температуру начала вспучивания принимают ту температуру, при которой уже получается керамзит с плотностью гранулы 0,95 г/см3. Предельно возможной температурой обжига считается температура начала оплавления поверхности гранул. Для расширения температурного интервала вспучивания используют такой прием, как опудривание сырцовых глиняных гранул порошком огнеупорной глины, что позволяет повысить температуру обжига и при этом избежать оплавления гранул. Глинистые породы должны отвечать следующим основным требованиям требования ГОСТа 25264-82 к химическому, физическому составу глинистого сырья - вспучиваться при температуре не ниже 1250 С при интервале вспучивания не ниже 50 С - содержать песчаных и пылеватых частиц не более 30%, а отдельных окислов – FeO+Fe 2 O 3 не менее 4 - 6%, СаО не более 5-6%, МgО 4%, SiO 2 50-65%, Al 2 O 3 10- 25% и свободного кремнезема не более 25%; - должны отсутствовать частицы карбонатов кальция и магния крупнее 0,2 мм - содержать органические примеси в пределах 1-2%, однако в некоторых случаях недостаток их может быть восполнен соответствующими жидкими добавками (нефтяные продукты и отходы. Этими и другими необходимыми качествами обладают далеко не все глинистые породы. На некоторых керамзитовых предприятиях страны стечением времени иссякли ресурсы местных вспучивающихся глин и приходится завозить сырье из отдаленных месторождений, что, естественно, увеличивает себестоимость керамзита. Отдельные предприятия работают на маловспучивающемся глинистом сырье, получая керамзит невысокого качества (сравнительно тяжелый) и при этом с высокой себестоимостью Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 15 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 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 или других органических веществ (если в глине мало органических примесей, железистые добавки, в частности отход производства серной кислоты из пирита — пиритные огарки (если в сырье мало оксидов железа. Подобные добавки также используют для снижения температуры вспучивания. Для обжига керамзита применяют газообразное или жидкое топливо первое, главным образом, в виде природного или городского газа с теплотой сгорания около 21000 – 35700 кДж/м 3 , второе в виде мазута и иногда солярового масла с теплотой сгорания около 37800 – 420000 кДж/кг. Жидкое топливо сперва подогревают в мазутохранилищах до 45 – С, что на 5 - С превышает температуру его застывания, а перед поступлением в печь - в питательных баках до 75 - С. [3] Важнейший фактор, характеризующий сжигание топлива, - объемная скорость горения во вращающейся печи, представляющая собой ее тепловое напряжение, определяемое как частое отделения тепловой мощности печи на объем топочного пространства. В среднем она равна 1260000 кДж/(м 3 ∙ч). Чем больше объем топочного пространства, где происходит сгорание топлива, тем ниже объемная скорость горения, и наоборот. Для сжигания мазута применяют комбинированные воздушно-механические мазутные форсунки. В данной курсовой работе выбрано газообразное топливо, так как при использовании газообразного топлива легче поддерживать необходимую температуру и характер пламени, что отражается впоследствии на качество выпускаемого керамзита 2.2. СОСТАВ СЫРЬЕВОЙ МАССЫ Сырьевая смесь для производства керамзита включает, мас.% : глину 20 – 90% и минеральную добавку 10 - 80%. Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 16 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 Кремнезем (𝑆𝑖𝑂 2 ) и глинозем ( 𝐴𝑙 2 𝑂 3 ). В высоковспучивающихся глинистых породах содержится 50-60% 𝑆𝑖𝑂 2 и 16-24% 𝐴𝑙 2 𝑂 3 . Содержание < 16% и > 60% ухудшает вспучивание. Окислы железа (𝐹𝑒 2 𝑂 3 , 𝐹𝑒𝑂) в высоковспучивающихся глинах содержатся в количестве 6-10%. Большее содержание допустимо, меньшее – ухудшает вспучивание. Окись кальция (𝐶𝑎𝑂) уменьшает интервал размягчения глин ив больших количествах приводит к слипанию гранул при обжиге. В умеренных количествах до 3-4%) снижает температуру плавления глинистого сырья и увеличивает прочность керамзитового гравия. Частицы известняка () размером более 1 мм приводят к разрушению керамзитового гравия (образованию “дутика”). Окись магния (𝑀𝑔𝑂) в количестве 3-4% свидетельствует о гидрослюдистом или монтмориллонитовом характере глинистой породы и хорошей ее вспучиваемости. Щелочные окислы (𝑁𝑎 2 𝑂, 𝐾 2 𝑂) снижает температуру плавления и увеличивает интервал размягчения в хорошем керамзитовом сырье содержатся в количестве 2,5-5%, допустимо меньшее содержание. Органические примеси (гумусовые вещества животного и растительного происхождения, микрофлора, частично связанная в органоминеральные соединения) при обжиге восстанавливают окислы железа, вызывая образование газообразной фазы в размягченном сырье. Содержатся в количестве 1-2%, при меньшем содержании необходимо вводить искусственные добавки. Потеряв весе при прокаливании (п.п.п.) в глинистых породах достигает 7- 10% свидетельствует о наличии карбонатов, органических примесей и химически связанной воды. Чем больше п.п.п. (при умеренном содержании карбонатов, тем лучше вспучивается глина Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 17 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 Таблица 1. Требования ГОСТа 25264-90 к химическому составу глинистого сырья Наименование химических состовляющих сырья Содержание, % по массе Диоксид кремния ( SiO 2 ) не более Сумма оксидов алюминия и титана (Al 2 O 3 +FiO 2 ) Сумма оксидов железа (FeO+Fe 2 O 3 ) Оксид кальция (СаО), не более Оксид магния ( MgO), не более Сумма соединений серы в пересчете на SO 3 , не более Сумма оксидов калия и натрия ( Na 2 O+K 2 O) Органическое вещество, не более 70 10 - 25 2,5 - 12 6,0 4,0 1,5 1,5 - 6,0 3 Таблица 2. Химический состав глин керамзитовых заводов Наименование завода Содержание окислов повесу Si O 2 Al 2 O 3 + Ti O 2 Fe 2 O 3 C aO M gO Na 2 O + K 2 O SO 3 п. п. п Лианозовский Волжский Безымянский Бабушкинский Шелепихинский Кряжский Бескудниковский Батракский 61,3 52,3 51,3 54 54,7 52 64,8 55,6 17,6 21,7 21,3 22,9 22 21,6 17 20,7 6,2 9,2 8,7 6,5 6,2 7,8 6,1 8,7 2,9 2,7 3,2 3,7 4,2 4,1 1,3 1,2 1,8 3,9 3,9 1,1 1,1 3,7 1,9 2,3 2,8 4,1 4 2,7 2,6 3,3 2,3 3,3 0,4 0,1 0,2 0,8 0,6 0,6 0,5 0,5 6,8 6,2 7,6 9,9 9,2 6,6 6,3 7,7 2.3. ВЫБОР СПОСОБА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА Выбор способа переработки сырья определяется свойствами исходного сырья, а качество заполнителя зависит от режима термической обработки, при котором создаются оптимальные условия вспучивания подготовительных сырцовых гранул (зерен. [3] Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 18 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 Различают четыре основные технологические схемы подготовки сырцовых гранул, или четыре способа производства керамзита сухой, шликерный (мокрый, порошково-пластический и пластический. 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. Влажность сырцовой крошки не должна превышать 9%. Глиняная крошка должна иметь коэффициент формы ф не более 1,5.[1] Шликерный способ переработки сырья заключается в приготовлении шлама, из которого в процессе обжига во вращающейся печи формуются гранулы керамзита. Применяется при наличии хорошо размокаемых глин преимущественно с высокой склонностью к вспучиванию. При слабовспучивающемся сырье в шлам вводят органические и железистые добавки. Шлам готовят обычными методами, опробованными в цементной промышленности в горизонтальных лопастных или пропеллерных мешалках или в бегунках мокрого помола. Приготовленный шлам поступает в шламбассейны, откуда направляется непосредственно или через питательный бачок в печь. При шликерном способе производства нарушается природная слоистая структура глины, что повышает ее вспучиваемость. Способ особенно эффективен при гидравлической добыче глины. Порошково-пластический способ состоит в помоле сухого глинистого сырья в порошок, из которого далее при добавлении воды получают пластичную глиномассу, из которой формуют гранулы. Необходимость помола связана с дополнительными затратами. Кроме того, если сырье недостаточно сухое, требуется его сушка перед помолом. Нов ряде случаев этот способ подготовки сырья целесообразен если сырье неоднородно по составу, тов порошкообразном состоянии его легче перемешать и гомогенизировать если требуется вводить добавки, то при помоле их легче равномерно распределить если в сырье есть Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 19 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 вредные включения зерен известняка, гипса, тов размолотом и распределенном по всему объему состоянии они уже неопасны если такая тщательная переработка сырья приводит к улучшению вспучивания, то повышенный выход керамзита и его более высокое качество оправдывают произведенные затраты. [1] В данной курсовой работе разработана технология производства керамзитового песка по пластическому способу. Технологическая схема производства включает следующие производственные операции добычу глинистого сырья на карьере и доставку его к месту производства переработку глинистого сырья и приготовление исходного полуфабриката (гранул обжиг и охлаждение керамзита дробление керамзитового гравия сортировку заполнителя складирование и транспортирование готового продукта. [3] 2.4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА Технологическая схема производства глинозольного керамзита по пластическому способу включает следующие производственные операции Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 20 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 Рис. Технологическая схема производства керамзитового песка по пластическому способу. 2.5. ОПИСАНИЕ СХЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА Технологическая схема производства глинозольного керамзита пластическим способом подготовки сырья на заводе представлена выше. Данный способ применяют при наличии увлажненных рыхлых пластичных глинистых пород. Добыча глинистого сырья на карьере и доставка его к месту производства Переработка глинистого сырья и приготовление гранул Вода Обжиг и охлаждение Дробление керамзитового гравия Сортировка заполнителя Складирование и транспортирование готового продукта Добавки Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 21 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 Допускает введение в глиняную массу добавок, в том числе жидких, улучшающих свойства керамзита. Доувлажнение глины осуществляют в глиномешалках (в зимнее время целесообразно пользоваться глиномешалками с паропрогревом), формование гранул – на дырчатых вальцах. Полученные гранулы направляют непосредственно в печь или подвергают предварительной сушке. К гранулам предъявляются следующие требования они должны иметь округлую форму с ф не более 1,8, ровную поверхность трещины и неровности поверхности в виде драконова зуба не допускаются. При переработке неоднородных глинистых пород необходимо разрушить их природную структуру, гомогенизировать сырье и изготовить полуфабрикат гранулы) размером от 5(7) до 20 мм. Перерабатывают сырье и приготовляют сырье с помощью глиномешалки и дырчатых вальцов. При высокопластичном сырье устанавливают дополнительные перерабатывающие вальцы. Удаление из глины каменистых включений размером более 20 мм производят камневыделительной валковой дробилкой. Из плотных высокопластичных глин камни выделяются трудно ив этих случаях устанавливать камневыделительные валковые дробилки нецелесообразно Сушка сырцовых гранул (ее выделение в отдельную технологическую операцию необязательно) может производиться во вращающейся печи для обжига или в отдельном сушильном агрегате. Это связано стем, что режимы сушки гранул небольших размеров (6 - 14 мм) не оказывают решающего влияния на качество получаемого керамзитового песка При совмещении сушки и обжига водной вращающейся печи ее работа непосредственно зависит от поступления сырцовых гранул с формующего оборудования, которое, также как и печь, должно работать непрерывно. С технологической точки зрения для бесперебойного питания печей целесообразно иметь необходимый запас сырцовых гранул, которые не слипались бы при хранении. С этой целью производят предварительную подсушку гранул в сушильном барабане, за счет чего увеличивается их прочность и предотвращается возможность слипания между собой. Кроме этого при вращении барабана гранулы Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 22 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 окатываются и трещины в них, которые могут возникнуть при формовании, закрываются. На заводах большое распространение получили сушильные барабаны диаметром 2,2 им, длиной 14 м, которые для улучшения тепло- и массообмена дополнительно оборудуют теплообменниками (трубчатыми, ячейковыми и др Обжиг глиняных гранул по оптимальному режиму является основной технологической операцией в производстве керамзита. Для вспучивания глиняной гранулы нужно, чтобы активное газовыделение совпало повремени 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 С, карбоната кальция — до 950 С, дегидратация глинистых минералов происходит в основном при температуре до С, а выгорание органических примесей еще ранее, реакции восстановления оксидов железа развиваются при температуре порядка С, тогда как в пиропластическое состояние глины переходят при температурах, как правило, выше СВ 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 ив результате получаются сравнительно плотные маловспученные гранулы. Но чтобы быстро нагреть гранулу до температуры вспучивания, ее сначала нужно подготовить, те. 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 с постепенным нагревом сырцовых гранул до 200 - Св зависимости от особенностей сырья) и последующим быстрым нагревом до температуры вспучивания (примерно С. Обжиг осуществляется во вращающихся печах, которые в зависимости от конструкции подразделяются на однобарабанные, в том числе с запечными теплообменниками, и двухбарабанные.[1] Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 23 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 Наибольшее распространение получили однобарабанные вращающиеся печи диаметром 2,5 ми длиной 40 м, представляющие собой цилиндрический металлический барабан, футерованный внутри 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 газовая горелка или 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 — около 1 ч Чтобы обеспечить оптимальный режим термообработки, зону вспучивания печи, непосредственно примыкающую к форсунке, иногда отделяют от остальной части (зоны подготовки) кольцевым порогом. Аналогичный эффект достигается, когда барабан вращающейся печи имеет уширение в зоне вспучивания или уширения с обоих концов и суженную среднюю часть — талию Так как вспучивание гранул происходит при достижении глиной пиропластического состояния, то даже незначительные отклонения от заданных параметров производства могут привести к слипанию гранул между собой или их прилипанию к футеровке печи (образование «спеков» или «приваров»). Как указано выше, эффективным приемом в производстве керамзита является опудривание гранул огнеупорными порошками. Оно осуществляется либо по свежеформованным сырцовым гранулам в специальном барабане для опудривания, либо непосредственно во вращающейся печи перед зоной вспучивания, куда огнеупорный порошок подается специальным устройством. Опудривание гранул позволяет повысить стабильность процесса производства, а в ряде случаев и температуру обжига, что ведет к снижению насыпной плотности керамзита и к увеличению производительности печей При обжиге керамзита в двухбарабанных печах зоны подготовки и вспучивания представлены двумя сопряженными барабанами, вращающимися с разными скоростями. Барабан тепловой подготовки (меньшего диаметра) и барабан Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 24 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 вспучивания (большего диаметра) располагаются или по одной оси — так, что первый несколько входит во второй, или на разных уровнях — соединенные между собой промежуточной пересыпной камерой. Положение каждого барабана на роликоопорах в процессе эксплуатации должно быть строго фиксированным, особенно в первом случае, стем, чтобы не допускать разуплотнения стыков и повышения нагрузок на ролики. Барабаны тепловой подготовки имеют диаметр 2,5 - 3 ми длину 20 - 35 м, а барабаны вспучивания соответственном им. Каждый барабан имеет самостоятельный привод, обеспечивающий вращение его с регулируемой скоростью. Скорости вращения барабанов подбирают так, чтобы в барабане вспучивания пересыпающиеся гранулы подвигались в 1,5 - 2 раза быстрее, чем в барабане предварительной тепловой подготовки. В двухбарабанной печи удается создать оптимальный для каждого вида сырья режим термообработки. Промышленный опыт показал, что при этом улучшается качество керамзита, увеличивается его выхода также сокращается удельный расход топлива В связи стем, что хорошо вспучивающегося глинистого сырья для производства глинозольного керамзита сравнительно мало, при использовании средне- и слабовспучивающегося сырья необходимо стремиться к оптимизации режима термообработки Однако, как правило, при производстве глинозольного 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 Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 25 2021 ИВГПУ ИРК ПСКз-41 КП 5 От скорости охлаждения керамзита зависят его прочностные свойства. При слишком быстром охлаждении керамзита его зерна могут растрескиваться или же в них сохраняются 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. Сразу после вспучивания желательно быстрое охлаждение керамзита до температуры 800 - С для закрепления структуры и предотвращения окисления закисного железа. Затем рекомендуется медленное охлаждение до температуры 600 - Св течение 20 мин для обеспечения 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, холодильниках-аэрожелобах. Для сортировки (фракционирования) керамзитового песка используют грохоты, преимущественно барабанные — цилиндрические или многогранные (бураты. [1,2] Внутризаводской транспорт глинозольного 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 глинозольный керамзит поступает на склад готовой продукции бункерного или силосного типа |