Производство керамзита

1.Введение: Керамзит представляет собой легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия, реже в виде щебня, получаемый при обжиге легкоплавких глинистых пород, способных всучиваться при быстром нагревании их до температуры 1050 – 1300 С в течение 25–45 мин. Качество керамзитового гравия характеризуется размером его зерен, объемным весом и прочностью. В зависимости от размера зерен керамзитовый гравий делят на следующие фракции: 5 – 10, 10 – 20 и 20 – 40 мм, зерна менее 5 мм относят к керамзитовому песку. В зависимости от объемного насыпного веса (в кг/м3) гравий делят на марки от 150 до 800. Водопоглощение керамзитового гравия 8–20 %, морозостойкость должна быть не менее 25 циклов.
Керамзит применяют в качестве пористого заполнителя для легких бетонов, а также в качестве теплоизоляционного материала в виде засыпок. Керамзитовый гравий — частицы округлой формы с оплавленной поверхностью и порами внутри. Керамзит получают главным образом в виде керамзито­вого гравия. Зерна его имеют округлую форму. Структура пористая, ячеистая. На поверхности его часто имеется бо­лее плотная корочка. Цвет керамзитового гравия обычно темно-бурый, в изломе — почти черный. Его получают вспучиванием при обжиге легкоплавких глин во вращающих печах. Такой гравий с размерами зерен 5 – 40 мм морозоустойчив, огнестоек, не впитывает воду и не содержит вредных для цемента примесей. Керамзитовый гравий используют в качестве заполнителя при изготовлении легкобетонных конструкций. Керамзитовый щебень — заполнитель для легких бетонов произвольной формы, преимущественно угловатой с размерами зерен от 5 до 40 мм, получаемый путем дробления крупных кусков вспученной массы керамзита. Некоторые глины при обжиге вспучиваются. Например, при производстве глиняного кирпича один из видов бра­ка— пережог — иногда сопровождается вспучиванием. Это явление использовано для получения из глин пористого ма­териала — керамзита. Вспучивание глины при обжиге связано с двумя про­цессами: газовыделением и переходом глины в пиропластическое состояние. Источниками газовыделения являются реакции восста­новления окислов железа при их взаимодействии с органи­ческими примесями, окисления 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 выделяющимися газами. Для изготовления керамзитобетонных изделий нужен не только керамзитовый гравий, но и мелкий пористый заполнитель. Керамзитовый песок — заполнитель для легких бетонов и растворов с размером частиц от 0,14 до 5 мм получают при обжиге глинистой мелочи во вращающих и шахтных печах или же дроблением более крупных кусков керамзита. Производство керамзитового песка по обычной техно­логии во вращающейся печи неэффективно. Некоторая примесь песчаной фракции получается при производстве керамзитового гравия за счет разрушения части гранул в процессе термообработки, однако он сравнительно тяжелый, так как мелкие частицы глинистого сырья практически не вспучиваются (резервы газообразования исчерпываются раньше, чем глина переходит в пиропластическое состоя­ние). Кроме того, в зоне высоких температур мелкие гра­нулы разогреваются сильнее крупных, при этом, возможно, их оплавление и налипание на зерна гравия. На многих предприятиях керамзитовый песок получают дроблением керамзитового гравия, преимущественно в вал­ковых дробилках. Себестоимость дробленого керамзитового песка высока не только в связи с дополнительными затра­тами на дробление, но главным образом потому, что выход песка всегда меньше объема дробимого гравия. Коэффи­циент выхода песка составляет 0,4—0,7, т. е. в среднем из 1 м3 гравия получают только около 0,5 м3 дробленого керамзитого песка. При этом почти вдвое возрастает его на­сыпная плотность. В настоящее время при получении керамзитового песка лучшей считают технологию его обжига в кипящем слое. В вертикальную печь загружается глиняная крошка крупностью до 3 или 5 мм, получаемая дроблением под­сушенной глины или специально приготовленных по пла­стическому способу и затем высушенных гранул. Через ре­шетчатый (пористый) под печи снизу под давлением по­дают воздух и газообразное топливо (или же горячие газы из выносной топки). При определенной скорости подачи газов слой глиняной крошки разрыхляется, приходит в псевдоожиженное состояние, а при ее увеличении как бы кипит. Газообразное топливо сгорает непосредственно в кипящем слое. Благодаря интенсификации теплообмена в кипящем слое происходит быстрый и равномерный нагрев материала. Частицы глины обжигаются и вспучиваются примерно за 1,5 мин. Перед подачей в печь обжига глиня­ная крошка подогревается в кипящем слое реактора тер­моподготовки примерно до 300 °С, а готовый песок после обжига охлаждается в кипящем слое холодильного устрой­ства. Насыпная плотность получаемого керамзитового пе­ска— 500—700 кг/м3. К зерновому составу керамзитового песка предъявляются требования, аналогичные требова­ниям к природному песку, но крупных фракций в нем дол­жно быть больше. Проблему получения керамзитового песка, достаточно эффективного по свойствам и себестоимости, нельзя счи­тать полностью решенной. Часто при получении керамзитобетона в качестве мелкого заполнителя применяют вспу­ченный перлит, а также природный песок. Сырье. Сырьем для производства керамзита служат глинистые породы, относящиеся в основном к осадочным горным. Некоторые камнеподобные глинистые породы — глинистые сланцы, аргиллиты — относятся к метаморфическим. 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 монт-мориллонитовые и гидрослюдистые глины, содержащие не более 30% кварца. Общее содержание SiO2 должно быть не более 70%, А12О3 — не менее 12% (желательно около 120%), Fe2O3 + 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 где VК — 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 1250°С, и 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.
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. Применение. Наиболее широкое применение керамзитобетон находит в качестве стенового материала. В ряде районов страны стеновые панели из керамзитобетона стали основой массо­вого индустриального строительства. Особенно эффектив­но применение для стеновых панелей хорошо вспученного легкого керамзитового гравия марок 300, 400, до 500 (по насыпной плотности). Плотность конструкционно-теплоизоляционного керам­зитобетона для однослойных стеновых панелей, как прави­ло, составляет 900—1100 кг/м3, предел прочности при сжа­тии — 5—7,5 МПа. Такой бетон в конструкции выполняет одновременно несущую и теплоизоляционную функции. В двух- или трехслойных стеновых панелях требуемую не­сущую способность может обеспечить слой (или два слоя) конструкционного керамзитобетона, а теплозащитную — слой крупнопористого теплоизоляционного керамзитобето­на плотностью 500—600 кг/м3. Исследования, проведенные в Белорусском политехни­ческом институте (С.М.Ицкович, Г.Т.Широкий и др.), Алма-Атинском НИИстромпроекте (М.3.Вайнштейн, В.П.Грицай и др.), Уралниистромпроекте (Г.В.Геммер-линг, А.Н.Чернов и др.), показали, что переход от одно­слойной конструкции панелей к двух- или трехслойной с разделением несущей и теплозащитной функций стен и возложением их на соответствующие слои конструкционно­го и теплоизоляционного керамзитобетона повышает каче­ство и надежность панелей, снижает их материалоемкость. Теплоизоляционный крупнопористый керамзитобетон - самый легкий бетон, который можно получить на данном заполнителе. Его плотность при минимальном расходе це­мента лишь немного больше насыпной плотности керамзи­тового гравия. На керамзите марок 700, 800 получают конструкцион­ные легкие бетоны с пределом прочности при сжатии 20, 30, 40 МПа, используемые для производства панелей пере­крытий и покрытий, в мостостроении, где особенно важно снизить массу конструкций. 2.Номенклатура В ГОСТ 9759—76 предусматриваются следующие фрак­ции керамзитового гравия по крупности зерен: 5—10, 10— 20 и 20—40 мм. В каждой фракции допускается до 5% бо­лее мелких и до 5% более крупных зерен по сравнению с номинальными размерами. Из-за невысокой эффективности грохочения материала в барабанных грохотах трудно добиться разделения керамзита на фракции в пре­делах установленных допусков. По насыпной плотности керамзитовый гравий подраз­деляется на 10 марок: от 250 до 800, причем к марке 250 относится керамзитовый гравий с насыпной плотностью до 250 кг/м3, к марке 300 — 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 и соответствующие им марки по прочности (табл.). Маркировка по прочности позволяет сразу наметить область рационального применения того или иного керам­зита в бетонах соответствующих марок. Более точные дан­ные получают при испытании заполнителя в бетоне Требования к прочности керамзитового гравия Марка по насыпной плотности Высшая категория качества Первая категория качества Марка по прочности Предел прочности при сдавливании в цилинд­ре, МПа, не менее Марка по прочности Предел прочности при сдавливании в цилиндре, МПа, не менее 250 П35 0,8 П25 0,6 300 П50 1 П35 0,8 350 П75 1,5 П50 1 400 П75 1,8 П50 1,2 450 П100 2,1 П75 1,5 500 П125 2,5 П75 1,8 550 П150 3,3 П100 2,1 600 П150 3,5 П125 2,5 700 П200 4,5 П150 3,3 800 П250 5,5 П200 4,5 Прочность пористого заполни­теля - важный показатель его качества. Стандартизована лишь одна методика опреде­ления прочности пористых заполнителей вне бетона — сдавливанием зерен в цилиндре стальным пуансоном на заданную глубину. Фиксируемая при этом величина напряжения принимается за условную прочность заполни­теля. Эта методика имеет принципиальные не­достатки, главный из которых — зависимость показателя прочности от формы зерен и пустотности смеси. Это настолько искажает дей­ствительную прочность заполнителя, что ли­шает возможности сравнивать между собой различные пористые заполнители и даже за­полнители одного вида, но разных заводов. Методика определения прочности керамзи­тового гравия основана на испытании од­ноосным сжатием на прессе отдельных гранул керамзита. Предварительно гранулу стачива­ют с двух сторон для получения параллельных опорных плоскостей. При этом она приобрета­ет вид бочонка высотой 0,6—0,7 диаметра. Чем больше количество испытанных гранул, тем точнее характеристика средней прочности. Чтобы получить более или менее надежную характеристику средней прочности керамзита, достаточно десятка гранул.
Испытание керамзитового гра­вия в цилиндре дает лишь условную относительную харак­теристику его прочности, причем сильно заниженную. Установлено, что дей­ствительная прочность керамзита, определенная при испы­тании в бетоне, в 4-5 раз превышает стандартную харак­теристику. К такому же выводу на основе опытных данных пришли В. Г. Довжик, В. А. Дорф, М. 3. Вайнштейн и дру­гие исследователи.
Стандартная методика предусматривает свободную засыпку керамзитового гравия в цилиндр и 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% уменьшения объема приходятся на смятие зерен (рис.1).Если первоначальная высота зер­на D, то после смятия она уменьшается на 13%. Рис. 1. Схема сдав­ливания зерен керам­зита при испытании Рис.2. Схема укладки зерен керамзита Высококачественный керамзит, обладаю­щий высокой прочностью, как правило, харак­теризуется относительно меньшими, замкну­тыми и равномерно распределенными порами. В нем достаточно стекла для связывания час­тичек в плотный и прочный материал, образу­ющий стенки пор. При распиливании гранул сохраняются кромки, хорошо видна корочка. Поверхность распила так как материал мал Водопоглощение заполнителя выражается в процентах от веса сухого мате­риала. Этот показатель для некоторых видов пористых заполнителей нормируется (напри­мер, в ГОСТ 9759—71). Однако более нагляд­ное представление о структурных особенностях заполнителей дает показатель объемного водопоглощения. Поверхностные оплавленные корочки на зернах керамзита в начальный период (даже при меньшей объемной массе в зерне и большей пористости) имеют почти в два раза ниже объемное водопоглощение, чем зерна щебня. Поэтому необходима технология гравиеподобных заполнителей с поверхностной оплавленной корочкой из перлитового сырья, шлаковых расплавов и других попутных про­дуктов промышленности (золы ТЭС, отходы углеобогащения). Поверхностная корочка керамзита в первое время способна задержать проникновение во­ды вглубь зерна (это время соизмеримо со временем от изготовления легкобетонной сме­си до ее укладки). Заполнители, лишенные корочки, поглоща­ют воду сразу, и в дальнейшем количество ее мало изменяется Между водопоглощением и прочностью зе­рен в ряде случаев существует тесная корре­ляционная связь. Чем больше водопоглощение, тем ниже прочность пористых заполнителей. В этом проявляется дефектность структуры ма­териала. Например, для керамзитового гра­вия коэффициент корреля­ции составляет 0,46. Эта связь выявляется более отчетливо, чем связь прочности и объем­ной массы керамзита (коэффициент корреля­ции 0,29). Для снижения водопоглощения предпринимаются попытки предварительной гидрофоби-зации пористых заполнителей. Пока они не привели к существенным положительным ре­зультатам из-за невозможности получить не­расслаивающуюся бетонную смесь при одно­временном сохранении эффекта гидрофобизации. Особенности деформативных свойств предопределяются пористой структурой заполнителей. Это, прежде всего, отно­сится к модулю упругости, который существен­но ниже, чем у плотных заполнителей Собственные деформации (усадка, набуха­ние) искусственных пористых заполнителей, как правило, невелики. Они на один порядок ниже деформаций цементного камня. При исследованиях деформаций керамзита все образцы при насыщении водой дают набу­хание, а при высушивании — усадку, но вели­чина деформаций разная. После первого цик­ла половина образцов показывает остаточное расширение, после второго — три четверти, что свидетельствует об изменении структуры ке­рамзита. Средняя величина усадки после пер­вого цикла 0,14 мм/м, после второго — 0,15 мм/м. Учитывая, что гравий в бетоне на­сыщается и высушивается в меньшей степени, реальные деформации керамзита в бетоне со­ставляют лишь часть этих величин. Пористые заполнители оказывают сдержи­вающее влияние на деформации усадки (и ползучести) цементного камня в бетоне, в ре­зультате чего легкий бетон имеет меньшую деформативность, чем цементный камень. Другие важные свойства пористых заполни­телей, влияющие на качество легкого бетона— морозостойкость и стойкость против распада (силикатного и железистого), а также содер­жание водорастворимых сернистых и серно­кислых соединений. Эти показатели регламен­тированы стандартами. Искусственные пористые заполнители, как правило, морозостойки в пределах требований стандартов. Недостаточная морозостой­кость некоторых видов заполнителей вне бетона не всегда свидетельствует о том, что легкий бетон на их основе также неморозо­стоек, особенно если речь идет о требуемом количестве циклов 25—35. Заполнители лег­ких бетонов, предназначенных для тяжелых условий эксплуатации, не всегда удовлетворя­ют требованиям по морозостойкости и потому должны тщательно исследоваться. На теплопроводность пористых за­полнителей, как и других пористых тел, влия­ют количество и качество (размеры) воздуш­ных пор, а также влажность. Заметное влия­ние оказывает фазовый состав материала. Аномалия в коэффициенте теплопроводности связана с наличием стекло­видной фазы. Чем больше стекла, тем коэффи­циент теплопроводности для заполнителя од­ной и той же плотности ниже. С целью стиму­лирования выпуска заполнителей с лучшими теплоизоляционными свойствами для бетонов ограждающих конструкций предлагают нор­мировать содержание шлакового стекла (на­пример, для высококачественной шлаковой пемзы 60—80%) . Искусственные пористые пески — это в ос­новном продукты дробления пористых куско­вых материалов (шлаковая пемза, аглопорит) и гранул (керамзит). Специально изготовлен­ные вспученные пески (перлитовый, керамзи­товый) пока не занимают доминирующего по­ложения. Большое преимущество дробленых песков — возможность их производства в комплексе с производством щебня. Однако это обстоятель­ство обусловливает и существенные недостат­ки в качестве песка. Являясь попутным про­дуктом при дроблении материала на щебень, песок в ряде случаев не соответствует требуе­мому гранулометрическому составу для про­изводства легкого бетона. Очень часто песок излишне крупный, не содержит в достаточном количестве наиболее ценной для обеспечения связности и подвижности бетонной смеси фрак­ции размером менее 0,6 мм Насыпная объемная масса пористых песков еще в меньшей степени, чем крупных заполни­телей, характеризует их истинную «легкость». Малая объемная масса песка часто достига­ется за счет не внутризерновой, а междузер­новой пористости вследствие специфики зернового состава (преобладание зерен одинакового размера). При введении в бетонную смесь та­кой песок не облегчает бетон, а лишь повы­шает его водопотребность. Очевидно, для улуч­шения качества пористого песка необходим специальный технологический передел дробле­ния материала на песок заданной грануломет­рии, а не попутное получение песка при дроб­лении на щебень.
Производство дробленого керамзитового песка, особенно при преобладании в нем круп­ных фракций, нельзя признать рациональным. Крупные фракции (размером 1,2—5 мм) дроб­леного песка мало улучшают удобоукладываемость смеси, но вызывают повышение ее объ­емной массы из-за наличия открытых пор и повышенной пустотности. Вспученный (в печах «кипящего слоя») керамзитовый песок про­изводится пока в небольшом количестве. По физико-техническим показателям он лучше дробленого песка. Прежде всего меньше его водопоглощение.
Характеристика вспученных и дробленых песков по фракциям: 50% составляет фракция 1,2—5 мм. Поэтому в легком бетоне приходится снижать расход ке­рамзитового гравия, что нерационально (заме­нять гравий песком). С уменьшением объемной массы пористых заполнителей (насыпной и в зерне) их пори­стость и водопоглощение увеличиваются. Однако водопоглощение, отнесенное к пористости зерен, уменьшается, что указывает на увеличе­ние «закрытой» пористости у более легких ма- териалов. Свойства легкого бетона. Удобоукладываемость легких бетонных смесей оценивают теми же методами, которые применяют для бетон­ных смесей на плотных заполнителях. Подбор количества воды затворения по заданному показателю удобоукладываемости затруднен тем, что последний зависит от характера применяемого пористого заполнителя. Основы теории легких бетонов, а также общий метод подбора оптимального количества воды затворения для легкобетонной смеси разработаны Н. А. Поповым. Этот метод основан на зависимости прочности и коэффициента выхода легкого бетона от расхода воды Кривая зависимости прочности от расхода воды имеет две ветви. Левая (восходящая) показывает, что прочность бетона при повышении расхода воды постепенно возрастает. Это объясняется увели­чением удобоукладываемости бетонной смеси и плотности бетона. Правая (нисходящая) ветвь кривой свидетельствует о том, что после достижения наибольшего уплотнения смеси (т. е. минимального коэффициента выхода) увеличение расхода воды приводит к возра­станию объема пор, образованных не связанной цементом водой, и к понижению прочности бетона. В легком бетоне отчетливо проявляется вредное влияние как недостатка, так и избытка воды затворения. Наиболее важной (наряду с прочностью) характеристикой лег­кого бетона является объемная масса. В зависимости от объемной массы и назначения легкие бетоны подразделяют на сле­дующие группы: теплоизоля­ционные с объемной массой 500 кг/м3 и менее; конструк­ционно - теплоизоляционные (для ограждающих конструк­ций — стен, покрытий зда­ний) с объемной массой до 1400 кг/м3; конструкционные с объемной массой 1400— 1800 кг/м3. Объемная масса легкого бетона в значительной степе­ни определяется объемной массой пористого заполни­теля. Установлены следующие проектные марки легкого бетона по прочности на сжатие: М25, 35, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350 и 400. Легкобетонные камни для стен обычно имеют марку 25 и 35, крупные стеновые панели и блоки изготовляют из легкого бетона марок М50, 75 и 100. Конструкционные легкие бетоны марок 150—400 получают при­меняя портландцемент марок 300—600. Крупным заполнителем слу­жит керамзитовый гравий, аглопоритовый щебень или шлаковая пемза, в качестве мелкого заполнителя часто применяют кварцевый песок. Объемная масса конструкционных легких бетонов с кварце­вым песком доходит до 1700—1800 кг/м3, но все же она на 600— 700 кг/м3 меньше, чем у тяжелого бетона, поэтому коэффициент конструктивного качества, равный отношению прочности к объем­ной массе, у легкого бетона выше примерно в 1,4 (при одинаковой прочности). В силу этого конструкционный легкий бетон особенно выгодно применять взамен тяжелого бетона в железобетонных конструкциях больших пролетов (фермы, пролетное строение мостов и т. п.), где особенно эффективно снижение собственной массы кон­струкции. Уменьшение нагрузок от собственной массы позволяет сократить расход арматурной стали на 15—30 %. Деформативные свойства легких и тяжелых бетонов сильно раз­личаются. Легкие бетоны на пористых заполнителях более трещиностойки, так как их предельная растяжимость выше, чем равно­прочного тяжелого бетона. Однако следует учитывать и такие осо­бенности легких бетонов, как большие усадка и ползучесть по срав­нению с тяжелым бетоном. Теплопроводность легкого бетона зависит в основном от объем­ной массы и влажности. Увеличение влажности бетона на 1 % повышает коэффициент теп­лопроводности на 0,01—0,03 Вт/(м-К). В зависимости от объемной массы и теплопроводности толщина наружной стены из легкого бетона может быть от 22 до 50 см. Долговечность бетона зависит от его морозостойкости. Для ограждающих конструкций обычно применяют легкие бетоны, вы­держивающие 15—35 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Однако для стен влажных промышленных помещений, в осо­бенности в районах с суровым климатом, требуются более морозо­стойкие легкие бетоны. Требования по морозостойкости еще более повышаются, если конструкционный легкий бетон предназначен для гидротехнических сооружений, мостовых и других конструкций. В этих случаях нужен легкий бетон с марками по морозостойкости МрзбО, 75, 100, 150, 200, 300, 400 и 500. Возможность получения легких бетонов с высокой морозостой­костью и малой водопроницаемостью значительно расширяет обла­сти их применения. Бетоны на пористых заполнителях уже успешно используют в мостостроении, в гидротехническом строительстве и даже в судостроении. В слабоагрессивных и среднеагрессивных средах легкобетонные конструкции можно применять без специальной защиты при усло­вии, если показатель проницаемости легкого бетона не отличается от соответствующей характеристики тяжелого бетона, эксплуатируе­мого в данной агрессивной среде. Применение же легких бетонов в сильноагрессивной среде разрешается лишь после опытной про­верки. Легкий бетон для несущих армированных конструкций должен быть плотным, т. е. иметь плотную структуру, при которой межзер­новые пустоты крупного заполнителя были бы полностью заполнены цементным раствором. В плотном легком бетоне защита арматуры от коррозии не нужна. Водостойкость плотных легких бетонов на цементе существенно не отличается от водостойкости тяжелых бетонов. Обычно умень­шение прочности легких бетонов от их кратковременного насыщения водой не превышает 15 %. В воде легкие бетоны набухают больше, чем равнопрочные тяжелые бетоны. Водонепроницаемость конструкционных легких бетонов высокая. По данным Г. И. Горчакова и К. М. Каца, керамзитобетон с расхо­дом цемента 300—350 кг/м3 не пропускал воду даже при давлении 2 МПа. Малая водопроницаемость плотных легких бетонов подтвер­ждается долголетней эксплуатацией гидротехнических сооружений в Армении и Грузии, а также испытанием напорных труб. Харак­терно, что со временем водонепроницаемость легких бетонов повы­шается. Дальнейшее уменьшение объемной массы легких бетонов без ухуд­шения их основных свойств возможно путем образования в цемент­ном камне мелких замкнутых пор. Для поризации цементного камня, являющегося самой тяжелой составной частью легкого бетона, используют небольшие количества пенообразующих или газообра­зующих веществ. Мелкие и равномерно распределенные поры в це­ментном камне не понижают прочность, но уменьшают объемную массу и теплопроводность легкого бетона. Кроме того, поризация цементного камня в легком бетоне позволяет обойтись без пори­стого песка.
Легкий бетон является эффективным универсальным материалом и его применение быстро возрастает. Однородность. По данным С. Ф. Бугрима, В. Л. Пржецлавского, В. П. Петрова и других исследователей, изучавших качество ке­рамзита на многих предприятиях, керамзит везде неоднороден. Очевидно, это предопределено 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 неодинаково вспученных гранул различной плотности и прочности.
Применяя такой неоднородный заполнитель, невозможно получить однородный по качеству бетон. Чтобы конструк­ции были достаточно надежны по прочности, надо учесть минимальную статистически вероятную прочность заполнителя, а при расчете массы и теплопроводности — принять возможную максимальную его плотность. Если заполни­тель неоднороден, то расчетные характеристики бетона и эффективность его применения в конструкциях тем самым занижаются. Для повышения однородности керамзита есть два пути. Первый состоит в совершенствовании технологии произ­водства, усреднении сырья, более тщательной его перера­ботке и грануляции, стабилизации режимов термоподго­товки, обжига и охлаждения, улучшении фракционирова­ния. В институте НИИКерамзит проведены исследования основных факторов, влияющих на однородность керамзи­тового гравия на всех этапах его производства, и разрабо­таны соответствующие рекомендации. Второй путь — разделение готовой продукции на фрак­ции не только по крупности, но и по плотности зерен. Обогащение. 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. А. А. Эльконюк и другие (НИИКерамзит) установили возможность сепарации керамзитового гравия в кипящем слое без промежуточного утяжелителя. В этом случае утя­желителем служит сам керамзитовый гравий. Он непре­рывно поступает в классификационную камеру сепаратора, через решетчатое дно которой вентилятором подается по­ток воздуха. При определенной скорости подачи воздуха создается режим псевдоожижения, и керамзитовый гравий расслаивается: сравнительно тяжелые зерна опускаются вниз, а легкие сосредоточиваются в верхней части слоя, откуда и отбираются отдельно. Если сравнить два описанных выше способа сепара­ции — с промежуточным утяжелителем и без него, то в первом случае эффективность сепарации абсолютная (в среде определенной плотности легкое зерно всплывет, а тяжелое потонет), а во втором она зависит от крупности, зернового состава, формы зерен и других факторов, не свя­занных непосредственно с плотностью. Поэтому при раз­делении без промежуточного утяжелителя в легком классе с некоторой вероятностью могут оказаться и тяжелые зер­на, в тяжелом классе — легкие. Все же, по данным А. А. Эльконюка, коэффициенты вариации насыпной плотности сепарированного легкого и тяжелого керамзита в два раза меньше коэффициента вариации исходного. При этом без промежуточного утяжелителя упрощаются технология сепарации и аппаратурное оформление процесса. Считается, что керамзитовый гравий и другие пористые заполнители подлежат обогащению только в условиях су­хой сепарации, что их нельзя увлажнять, поскольку, на­пример, по ГОСТ 9759—76 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. В связи с этим, по мнению автора, в ряде случаев целе­сообразно проводить сепарацию керамзитового гравия в воде. Предложенный сепаратор представляет собой ванну с водой, снабженную двумя скребковыми транспортерами, один из которых убирает со дна ванны тонущий керамзит, другой — всплывающий. Керамзит, подаваемый на сепара­цию, находится в воде не более 5 с. Вода — подходящая среда для разделения керамзита по плотности зерен на два класса Таким образом, для повышения однородности керамзита есть два пути: первый состоит в совершенствовании техно­логии производства, усреднении сырья и т. д.; второй — в разделении готовой продукции по плотности зерен. Первый путь малоперспективен, т.к. улучшение переработки сырья, оптимизация ре­жимов термообработки и другие подобные мероприятия повысят качество керамзита, но однородность его тем не менее останется невысокой: каждая гранула вспучивается по-своему, добиться идентичности гранул невозможно, и условия их вспучивания в печи не могут быть одинаковыми. При этом осуществление мероприятий по более тщатель­ной переработке сырья, оптимизации режимов требует до­полнительных затрат и, возможно, уменьшит выход про­дукции. Поэтому предлагается другой путь: в производстве ке­рамзита на первом этапе исходить из одного критерия — давать больше продукции при минимальных затратах, а затем уже путем сепарации готового керамзитового гравия по плотности зерен получать кондиционную продукцию разных классов по свойствам и назначению. Это реальный путь повышения качества керамзита, сочетающийся с уве­личением объема его производства и снижением себестои­мости. Схема 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 четыреосновные 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. 3.3. Режим работы цеха. Отправными данными для расчета технологического оборудования, потоков сырья и т.п. является режим работы цеха, Режим работы устанавливают в соответствии с трудовым законода­тельством по нормам технологического проектирования предприятий вяжу­щих веществ» При назначении режима работы цеха необходимо стремиться обеспе­чить возможно более полное использование оборудования /основных фон­дов/ и принимать наибольшее количество рабочих смен в сутки Завод по производству керамзитового гравия будет иметь два цеха основного производ­ства: цех обжига и цех помола. Цеха помола чаще работают по режиму прерывной недели в три смены. При этом при трехсменной работе в неделю с одним выходным днем в каждую восьмую неделю расчетное коли­чество рабочих суток в году принимают равным - 253 рабочим дням (5 дней в неделю по 23 ч) в утреннюю и вечернюю смену по 7,5 ч с обеденным перерывом 0,5 ч и в ночную смену 7 ч без обеденного перерыва и 52 субботних дня с одной сменой по 8 ч. Расчетный годовой фонд времени работу технологического оборудова­ния в часах, на основании которого рассчитывается производственная мощность предприятия в целом и отдельных линий установок, определяют по формуле где Вр—расчетный годовой фонд времени работы технологического оборудования, ч; Ср—расчетное количество рабочих суток в году; Ч--количество рабочих часов в году; Ки--среднегодовой коэффициент использования технологического оборудования, При прерывной рабочей неделе с двумя выходными днями при трехсменной работе Ки принимается равным 0,876. Годовой фонд работы оборудования составляет — при трехсменной работе - 253 дн х 23 ч + 52 дн х В ч = б235 ч. Расчетный фонд рабочего времени составит =6235 х 0,876 = 5462 ч. 3.4. Расчет производительности, грузопотоков и определение расхода сырьевых материалов. Производство заполнителей для бетона связано с переработкой и транспортировкой больших количеств материалов. При этом объем перерабатываемых материалов изменяется в связи с неизбежными потерями технологического (обжиг, сушка) и механического (унос, распыл) характера. Учет изменений, происходящих в перерабатываемых материалах на всех стадиях производственного процесса, необходим для определения расхода сырьвых материалов и для расчета и подбора оборудования. Определение количества материалов, проходящих через отдельные технологические операции, называют расчетом грузопотоков. Расчет ведут, исходяиз программы производства, начиная со склада готовой продукции к складам сырья. Размеры технологических потерь определяют по нормативным денным. Размеры механических потерь во многом зависят от организации производственного процесса и применяемого оборудования и принимаются на основании опыта аналогичных предприятий. В проекте могут быть приняты следующие размеры механических потерь: 1. Потери при дроблении – 1% 2. Потери при транспортировке дробленого материала – 1% 3. Потери при помоле - 1 % 4. Потери при транспортировке тонкомолотых материалов – 0,5%, Расчет грузопотоков цеха по производству керамзитового гравия Сырье для керамзитового гравия является: глина– 95%, вода--4%, добавка химическая (лигносульфанаты) --1% Для производства керамзитового гравия вибрационным методом используем сухое глинистое сырье однородное по составу и практически не содержащее вредных включений с насыпной плотностью в естественном состоянии 1500 кг/м3. Для получения шаровидных форм гранул добавляем 4% воды на стадии гранулирования. Для лучшего склеивания порошкообразного материала применяется специальная химическая добавка – лигносульфанаты с насыпной плотностью 700кг/м3 в количестве 1%. Сортировка вспучееного материала осущуствляется в барабанных грохотах, где керамзит делится на следующие фракции:5-10, 10-20, 20-40. В зависимости от объемного насыпного веса получаем гравий марки 500. Выпускаемый керамзитовый гравий с насыпной плотностью 500 кг/м3 характеризуется повышенной прочностью и используется для приготовления высоковспучиваемого керамзитобетона при изготовлении напряженно- армированных конструкций. Работа цеха в три смены по прерывной неделе. Производительность цеха по массе: 50 т гравия в сутки или 2,08 т в час, или 11360,96 т в год. по объему: 100 м3/сутки или 4,16 м3/час, или 22721,92 м3/год. 1) При грохочении потери состовят 1%. Следовательно на помол должно поступить: В год Пг=11360,96·1,01=11474,57т. В час 2) При транспортировании керамзитового гравия на сортировку теряется 1% Следовательно должно поступить: В год Пг=11474,57·1,01=11589,32т. В час Пч=2,10·1,01=2,12т 3)Потеря в комбинированной установке-1%; Потеря за счет остаточной влажности глины – 15%. Потеря за счет добавленной воды при гранулировании – 4%. Таким образом суммарные потери составят: Пг=11589,32·120=13769,48т Пч=2,12·1,2=2,52т 4)Потеря при поступлении в тарельчатый гранулятор- 1%; Пг=13769,48·1,01=13907,17т Пч=2,52·1,01=2,545т 5)В тарельчатый гранулятор поступает 3 отдозированных и раздельно подготовленных компонента в заданном соотношении. Количество каждого материала, поступающего в гранулятор должно составлять:
глина– 95% т ГЧ=2,545·0,95=2,42т вода--4% т ВЧ=2,545·0,04=0,10т добавка (лигносульфанаты)-1% ДГ=13907,17·0.01=139,07т
ДЧ=2,545·0,01=0,025т 6)При помоле теряется I % материалов, следовательно на помол должно поступить Гг=13211,81·1,01=13343,93т Гч=2,545·1,01=2,57т 7) При транспортировании теряется 0,5% Следовательно перед мельницей в бункера поступит: Гг=13343,93·1,005=13410,65т Гч=2,57·1,005=2,58т 8)При сушке глины имеющей влажность 20% и остаточную влажность 15% теряется 5% и 0,5% за счет уноса с дымовыми газами, всего потери составляют 5,5%. Поэтому в сушильный барабан должно поступать глины: ГГ=13410,65·1,055=14148,23т ГЧ=2,58·1,055=2,72т 9)При транспортировании дробленного материала теряется 0,5%, следовательно должно поступать: ГГ=14148,24·1,005=14218,98т ГЧ=2,72·1,005=2,73т 10)При дроблении глинистого материала теряется 1%, следовательно в дробилку должно поступать: ГГ=14218,98·1,01=14361,17т ГЧ=2,73·1,01=2,75т 11)При транспортировании со склада теряется 0,5%, следовательно со склада должно поступать: ГГ=14361,17·1,005=14432,98т ГЧ=2,75·1,005=2,76т Расчет грузопотоков (расчет сырьевых материалов) при производстве керамзитового гравия. Наименование грузопотоков % потерь В год, т В час, т В час, м³ Поступает на склад готовой продукции _ 11360,96 2,08 4,16 Поступает на грохочение 1 11474,57 2,10 4,20 Выходит из комбинированной установки 1 11589,32 2,12 4,24 Выходит из тарельчатого гранулятора 1 13769,48 2,52 5,04 Поступает в тарельчатый гранулятор: Глина 1 13211,81 2,42 1,61 Вода 556,29 0,10 0,10 Добавка 139,07 0,025 0,04 Выходит из мельницы 1 13343,93 2,57 1,71 Транспортирование. Поступает в бункера мельницы 0,5 13410,65 2,58 1,72 Поступает в сушильный барабан 5+0,5 14148,24 2,72 1,81 Транспортир-е дробл. материала в бункер перед суш. барабаном 0,5 14218,98 2,73 1,82 Поступает на дробление 1 14361,17 2,75 1,83 Транспортирование со склада 0,5 14432,98 2,76 1,84 При подборе оборудования в ряде случаев необходимо знать расход материалов (м3/ч), поэтому полученные значения расхода материалов (т/ч) целесообразно выразить в м3/ч, разделив каждый результат (т/ч) на насыпную плотность данного материала. Глина=1500 кг/м3=1,5 т/м3; Керамзит =500 кг/м3 =0,5т/м3; Добавка (лигносульфанаты)=0,7 т/м3; Вода=1000 кг/м3=1,0 т/м3. Для получения керамзита 11360,96 т/год (22721,92 м3/год) требуется: По массе: глины –13211,81 т/год; По объему: глины –8807,87 м3/год; воды –556,29 т/год; воды –556,29 м3/год; добавки –139,07 т/год; добавки –198,67 м3/год; 3.5. Расчет основного технологического оборудования. Расчет расходных бункеров. Бункера – саморазгружающиеся емкости для приемки и хранения сыпучих материалов – устанавливают над технологическим оборудованием для обеспечения его непрерывной работы. Обычно бункера рассчитывают на 1,5-2-часовой запас материала. Форма и размеры бункеров не стандартизированы и принимаются в зависимости от физических свойств хранимых материалов, требуемого запаса, способов загрузки и выгрузки, компановки оборудования и пр. Наибольшее применение нашли бункера прямоугольного поперечного сечения. Обычно верхняя часть бункера имеет вертикальные стенки, высота которых не должна превышать более чем в 1,5 раза размеры бункера в плане, нижнюю часть его выполняют в виде усеченной пирамиды с симметричными или лучше с несимметричными наклонными стенками. Для полного опорожнения бункера угол наклона стенок пирамидальной части должен на 10-15° превышать угол естественного откоса загружаемого материала в покое и угол трения о его стенки. Ребро двухгранного уг­ла между наклонными стенками должно иметь угол наклона к горизонту не менее 45°, а при хранении влажного материала с большим содержанием мелких фракций - не менее 50° . Размеры выходного отверстия бункера дол­жны превышать в 4-5 раз максимальные размеры кусков хранимого матери-яла и быть не менее 800мм. Требуемый геометрический объем бункера определяют по формуле где ПЧ -- расход материала, м3/ч; n=2- запас материала η - коэффициент заполнения, принимается равным 0,85 - 0,9. Определим требуемый геометрический объем бункера №1: ;
Определим требуемый геометрический объем бункера №2: ; Определим требуемый геометрический объем бункера №3: ; Определим требуемый геометрический объем бункера №4:
. Выбор дробильного оборудования. Выбор типа и мощности дробилок зависит от физических свойств перерабатываемого материала, требуемой степени дробления и производительности. Учитывают размеры максималь­ных кусков материала, поступающего на дробление, его прочность и сопротивляемость дроблению. Максимальный размер кусков материала не должен превышать 0,80-0,85 ширины загрузочной щели дробилки. На дробление поступает глины 1,83 м3/ч, следовательно принимаем валковую дробилку СМ-12, предназначенную для среднего дробления; Мощность эл.двигателя-20 кВт; Производительность-8-25 м3/ч; L=2,2; b=1,6 м; h=0,8 м; Масса-3,4 т. Расчет помольного оборудования. Помол глины и других материалов проводят сухим способом по открытому и замкнутому циклу. Последний предпочтителен в тех случаях, когда необходимо получить мтериал с высокой удельной поверхностью, а также когда измельчаемый материал отличается склонно­стью к агрегации /например, негашеная известь/ или измельчаемые компоненты сильно различаются по размалываемости. Для классификации продукта при помоле по замкнутому циклу применяют центробежные и воздушно-проходные сепараторы. Последние обычно используют при помоле сырья с одновременной сушкой его горячими газами от обжиговых печей. Выбор мельницы по потребности цеха по помолу(т/ч) производят по данным (табл.3.II прил.З затем проверяют ее фактическую производительность по формуле(1). Если производительность мельницы не совпадает с требуемой, то подбирается по расчету мельница, которая дает необходимую производительность. Q-производительность мельницы по сухому материалу, т/ч; V- внутренний полезный объем мельницы, =50% от геометрического объема, м3;=> V=0,5·4,05=2,025м3 Р=12,3 т - масса мелющих тел, т; k- поправочный коэффициент принимается равным 1,1 - 2,2 при помоле по замкнутому циклу; b=0,038…0,04 -удельная производительность мельницы т/квт·ч полезной мощности; q=0,91 - поправочный коэффициент на тонкость помола (остаток на сите № 0,08). Производительность мельницы не совпадает с требуемой, поэтому подбирается по расчету мельница, которая дает необходимую производительность. Принимаем мельницу 1,5×1,6 с внутренним диаметром барабана = 1500мм; длиной барабана = 1690мм; мощностью двигателя = 55 кВт; производительностью = 6 т/ч; массой мелющих тел = 12,3 т Расчет сушильных устройств. При влажности измельчаемых материалов более 2% сухой помолих значительно затрудняется; влажный материал налипает на мелющие тела и броневую футеровку, замазывает проходные отверстия межкамерных перегородок, что резко снижает производительность мельниц. Поэтому осуществляют помол с одновременной сушкой или предварительно материал высушивают в специальных сушильных аппаратах. При производстве керамзитовых материалов наиболее широко применяют сушильные барабаны. Сушильная производительность мельниц, сушильных барабанов и других установок определяется количеством испаряемой влаги. Ее обычно характеризуют удельным паронапряжением (количеством воды, испарямой 1м3 рабочего объема сушильного барабана, мельницы и т.п. за 1 ч). При расчете сушильных барабанов, шаровых мельниц, используемых для одновременного помола и сушки, удельную паронапряженносгьА принимают равной: при сушке глины - 20 - 40 кг/м3· ч; Исходяиз заданной производительности (количества воды, которую нужно удалить из материала за 1ч, кг) требуемый внутренний объем сушильного барабана рассчитывают по формуле: где W-количество влаги, удаляемой из материала за 1ч, кг; А - удельное паронапряжение, кг/м3·ч; - масса материала, поступающего в барабан, т/ч; - масса материала, выходящего из барабана, т/ч; - начальная относительная влажность материала; % - конечная относительная влажность материала; % W=5% A = 35% кг/м3 = 2,72 = 20% = 2,58 = 15% Принимаем сушильный барабан объемом 15,4 м3; Типа СМ; Размерами 1,4×10; Производительностью 700 кг/ч; Мощностью электродвигателя 6,0 кВт Расход тепла на сушку, количество теплоносителя и его температуру устанавливают теплоэнергетическими расчетами. Теоретически удельный расход тепла в сушильных барабанах и мельницах на испарение I кг воды составляет 2690 кДж. На практике эта величина достигает 3500 .5000 кДж из-за потерь с отходящими газами. Расчет пылеосадительных систем. Обеспыливание отходящих газов и аспирационного воздуха необходимо для уменьшения загрязнения пылью окружающей местности, создания нормальных санитарных условий в производственных помещениях, а также для повышения эффективности производства: возврат пыли сокращает расход сырья, топлива и электроэнергии. Санитарными нормами на проектирование промышленных предприятий регламентированы предельно допустимые концентрации пили в воздухе рабочих помещений до 1-10 мг/м3; в отходящих газах, выбрасываемых в атмосферу до 30 – 100 мг/м3. Наиболее жесткие требования предъявляютсятся к очистке воздуха и газов от пыли, содержащей двуокись кремния. Для создания нормальных условий труда цехи по производству вяжущих веществ обеспечивают системами искусственной и естественной вентиляции, герметизируют места, где происходит пылевыделение, осуществляют отсос /аспирацию/ воздуха от источников пылеобразовония /бункеров, течек, дробильно-помольных установок, элеваторов и т.п./ Очистку отходящих газов и аспирационного воздуха до предельно допустимых концентраций осуществляют в одно-, двух-, трех- и более ступенчатых пылеочистных установках. На первой ступени пылеочистки обычно устанавливают циклоны, на второй - батерейные циклоны и на последней – рукавные фильтры и электрофильтры. Запыленность газов, выходящих из пылеулавливающих аппаратов при осуществлении в них подсоса воздуха или при утечке газов /работа под давлением/ определяют по формуле:
Пылеосадительная камера: ZВХ=30 г/м3; =0,1-0,2%;
Циклон: ZВХ=25,15 г/м3; =0,8-0,85%; Рукавный фильтр: ZВХ=2,65 г/м3; =0,95-0,98%; Электрофильтр: ZВХ=0,06 г/м3; =0,96-0,99%; Где ZВХ и ZВЫХ - запыленность газов до и после пылеулавливающего аппарата, г/м3; -степень очистки (коэффициент полезного действия пылеосадительного аппарата,%) Циклоны, батарейные циклоны, рукавные фильтры и электрофильтры подбирают по производительности, характеризуемой количеством газа и воздуха, м3, которые можно очистить в них за Iч, Количество аспирационного воздуха, отсасываемого от мельниц: S-площадь свободного сечения барабана мельницы, равная 50 % от номинальной, м2;=> S=50%·1,77=0,89 м2 ; V- скорость отсасываемого воздуха в мельнице, м/с при нормальном аспирационном режиме составляет 0,6-0,7 м/с. Количество аспирационного воздуха, отсасываемого от сушильного барабана: S=50%·1,54=0,77 м2 ; По величине VВОЗ подбирают пылеосадительные аппараты, пользуясь данными прил.З. Так как количества аспирационного воздуха для мельницы и для сушильного барабана численно близки, то пылеосадительные приборы будут тех же типов. Вентилятор: ВМ-12; Мощность 12 кВт; Масса 1900 кг; Производительность 8000 м3/ч; Циклон: НИИО газ.серии НЦ 15; Диаметром 600 см; Производительность 2,5-4,1 м3/ч; Объем бункера 0,33 м3; Масса 515 кг; Рукавный фильтр РВ1 Площадь фильтр. поверхности 50 м2; Производительность 3600 м3/ч; Мощность электродвигателя 2,4 кВт; Габаритные размеры: длина 1,8 м; ширина 3,5 м; высота 5,8 м; масса 2,4 т; Электрофильтр: ДГПН-32-3; Производительность по газу 173000 м3/ч; Допускаемая максимальная температура газов 250°С; Ориентировочно количество газов, отсасываемых из сушильных барабанов и мельниц, на I кг испаряемой влаги можно определить, исходя из уравнения: Учитывая температуру газов, отходящих из сушильного устройства, а также дополнительный подсос воздуха в газоходах, принимаемый равным 50% от объема теплоносителя общий объем выходящих газов на 1кг испаряемой влаги составит: Где Q=3000…6000 кДж/кг; С=1,31…1,47 кДж/Н·м3/град.; t1=200-600°C; t2=150-200°C; Где Q - количество тепла, затрачиваемое на испарение I кг влаги из материала, кг ; С -средняя объемная теплоемкость газов, кДж/н·м3/град.; t1 и t2-температура газов, соответственно при входе и выходе из сушильного барабана или мельницы, ОС; 1,5 - коэффициент, учитывающий подсос воздуха. Общий объем аспирационного воздуха, отсасываемогоиз сушильного барабана, определяют по формуле: Где - количество влажного материала, кг/ч; - количество сухого материала, кг/ч.; =2720 кг; =2580 кг; Характеристика ковшовых элеваторов. Количество поступаемого материала в элеватор №1 равно 1,83 м3/ч; Количество поступаемого материала в элеватор №2 равно 5,04 м3/ч; Количество поступаемого материала в элеватор №3 равно 4,20 м3/ч Отсюда следует, что принимаем элеваторы: Производительность -10 м3/ч; Мощность электродвигателя -3-4 кВт; Характеристика ленточного конвейера. Количество поступаемого материала в ленточный конвейер равно 1,84 м3/ч; Отсюда следует, что принимаем ленточный конвейер: Тип №1; Производительность -5…12 м3/ч; Мощность электродвигателя -2,3 кВт; Ширина ленты -300 мм. Характеристика тарельчатого гранулятора. Тарельчатый гранулятор имеет установленный вращающийся диск с бортами. Подаваемый на диск материал опрыскивают каплями воды и из увлажненной до 12-15% муки образуются шарики. Затем при вращении диска шарики окатываются, на них налипают новые порции материала и получаются крупные гранулы. Накапливаясь в нижней части тарелки, они пересыпаются, затем через ее борт и поступают в бункер. Количество поступаемого материала в тарельчатый гранулятор равно 5,04 м3/ч. Отсюда следует, что принимаем тарельчатый гранулятор: Производительность -10 м3/ч; Мощность электродвигателя -2,2 кВт; Масса-1,29 т; Габ. Размеры: Длина-2,31 м; Ширина-1,27 м; Высота-1,34 м; Диаметр тарелки-1000 мм. 3.6. Расчет потребности в энергетических ресурсах. К энергетическим ресурсам относят топливо, пар, электроэнергию и сжатый воздух, необходимые для выполнения технологических операций. Потребность в технологическом паре, сжатом воздухе и т.п. опре­деляют по укрупненным показателям на единицу готовой продукции цехе по нормам технологического проектирования предприятий промышленности вяжущих веществ, типовым проектам и показателям, полученным на передовых предприятиях, выпускающих аналогичную продукцию. Расход электроэнергии устанавливают расчетным путем, исходя из технических характеристик основного и транспортного оборудования. Расчет расхода электроэнергии для каждой группы электродвигателей рекомендуется вести по форме табл. 3.3. табл. 3.3 Расход электроэнергии № п/п. Основное оборудование и его наименование с электродвигателем. Кол-во единиц оборудования Мощность эл. двигателей, кВт Коэффициент использования во времени Коэффициент загружения по мощности Часовой расход эл. Энергии с учетом коэффициента использования и загрузки по мощности, кВтч Единицы Общая 1 Дозатор 4 − − − − − 2 Конвейер ленточный 1 2,3 2,3 0,8 0,04 0,09 3 Элеватор 3 4,1 12,3 0,8 0.13 1,60 4 Тарельчатый гранулятор 1 2,2 2,2 0,8 0,13 0,29 5 Скребковый транспортер 2 4,1 9,2 0,4 0,9 8,28 6 Комбинир. установка 1 14,5 14,5 0,8 0,31 4,50 7 мельница шаровая 1 55 55 0,8 0,32 17,6 8 циклон 2 − − − − − 9 рукавный фильтр 2 2,4 4,8 0,8 0,6 2,88 10 электрофильтр 2 − − − − − 11 вентилятор аспирационный 2 12 24 0,8 0,1·10-4 0,24·10-3 12 дозатор 4 − − − − − 13 Барабанный грохот 1 − − − − − 14 Валковая дробилка 1 20 20 0,8 0,063 1,26 В данном ориентировочном расчете коэффициент использования двигателя во времени отражает отношение времени фактической работы оборудования в смену к продолжительности смены. В случаях, когда определение фактического коэффициента использо­вания во времени затруднено, его величина может быть принята следующей по группам оборудования (при работе в течение смены):
- оборудование технологическое непрерывно действующее (шаровые мельницы, дробилки, вентиляторы и т.д.)-0,8-0,9; - оборудование периодического действия (дозаторы)- 0,5 - 0,6; - оборудование транспортное (элеваторы)- 0,8 - 0,9; - оборудование транспортное и грузоподъемное повторно-кратковременного режима (транспортер)-0,3-0,4; Коэффициент нагрузки по мощности отражает использование мощности двигателя установленного при данном оборудовании в зависимости от степени его загрузки в период работы. Если оборудование загружается полностью в соответствии с технической производительностью и двигатель работает на полную мощность, то он равен 1, а если полностью не используется, то он будет меньше единицы. Величину этого коэффициента условно можно определить по формуле: Шаровая мельница: ; Вентиляторы: Валковая дробилка: Конвейер ленточный: Скребковый транспортер: Элеватор: Тарельчатый гранулятор: Комбинированная установка: ПТ = 2,08 т/ч = 4,16 м3/ч Сушильный барабан: ПТ = 0,7 т/ч = 0,46 м3/ч где КЭМ - коэффициент загрузки мощности двигателя; Пф и Пт - производительности оборудования (фактическая и техни­ческая); α коэффициент, зависящий от степени использования производительности оборудования (табл. 3.4)., Коэффициент загрузки во времени технологического и транспортного оборудования, связанного между собой без промежуточных емкостей, применяется одинаковый для всех машин. Например, питатели непрерывного действия, мельница, винтовой конвейер, ведущий выдачу измельченного продукта, имеют одинаковое время работы. Часовой расход электроэнергии (кВт· ч) получают умножением общей мощности каждой машины (графа 4 или 5 табл.3) на коэффициент загрузки и использования во времени (графы 6 и 7). Расход электроэнергии в смену, в сутки и в год устанавливают умножением соответствующего количества рабочих часов в смену, сутки, год. Удельный расход электроэнергии подсчитывается по формуле: Элеватор: Конвейер ленточный: Сушильный барабан: Валковая дробилка: Мельница шаровая: Рукавный фильтр: Вентилятор аспирационный: Скребковый транспортер: Тарельчатый гранулятор: Комбинированная установка: КВт/ч Где ЭУД - удельный расход электроэнергиина товарную единицу продукции; - ЭЧ - часовой расход электроэнергии (см, табл, 3.3) Полученные результаты по расчету потребности в энергетических ресурсах (топливо, электроэнергия) цеха, сводятся в табл 3.5. табл 3.5. Потребность цеха в энергетических ресурсах. Наименование энергетических ресурсов Единица измерения Расходы в час в смену в сутки в год Энергия кВт 76,75 614 1842 478536,25 Топливо кг 208,86 1670,88 5012,64 1302242,1 Расчет топлива. Расход теплоты на 1 кг керамзита составляет около 2940 кДж. Глина: Удаляемая влага - 5%; В сушильный барабан поступает -2,72 т/ч; => 2,72·5%=0,136 т/ч (136 кг/ч) воды удаляется из глины в сушильном барабане; Составим пропорцию: 2940 кДж - 1 кг Х - 136 кг; выделяется за 1час при сушке глины; Qн = 8530 ккал/Н·м3; Расход топлива в сушильном барабане будет равен Керамзит: Удаляемая влага - 19%; В комбинированную установку поступает сырья -2,52 т/ч; => 2,52·19%=0,47 т/ч (470 кг/ч) воды удаляется при сушке в комбинированной установке; Составим пропорцию: 2940 кДж - 1 кг Х - 470 кг; выделяется за 1час при вспучивании глины; Qн = 8530 ккал/Н·м3; Расход топлива в комбинированной установке будет равен Общий расход топлива в час составит: 46,87+161,99=208,86 кг/ч 4. Охрана труда На рабочем месте должны быть предусмотрены меры защиты от возможного воздействия опасных и вредных факторов производства. Уровни этих факторов не должны превышать предельных значений, оговоренных правовыми, техническими и санитарно-техническими нормами. Эти нормативные документы обязывают к созданию на рабочем месте условий труда, при которых влияние опасных и вредных факторов на работающих либо устранено совсем, либо находится в допустимых пределах. Помещение должно соответствовать ряду требований, оговоренных соответствующими нормативными документами. К ним относятся: а)"Санитарно-технические нормы и правила", утверждённые Минздравом. Например, санитарно-технические нормы и правила допустимых уровней звука.
б) "Строительные нормы и правила", утверждённые Госстроем. в)"Санитарные нормы проектирования промышленных зданий", утверждённые Минздравом . г) "Правила установки электроустановок ". д) "Противопожарные нормы проектирования промышленных предприятий".
При анализе технологического процесса следует предусмотреть влияние всех возможных опасных и вредных факторов, и в случае необходимости предусмотреть мероприятия по ограничению воздействия этих факторов, согласно перечисленным выше и другим нормативам. С точки зрения влияния опасных и вредных факторов при работе можно выделить следующие: - недостаточная освещённость рабочего места ; - неблагоприятные метеорологические условия ; - воздействие шума ; - воздействие электрического тока вследствие неисправности аппаратуры ; - нерациональное расположение оборудования и неправильная организация рабочего места . В соответствии с этим важно предусмотреть следующие мероприятия по устранению или уменьшению влияния вредных факторов производства : - создание необходимой освещённости рабочего места ; - звукоизоляция помещения на основе расчета звукопонижения акустической изоляции; - создание надёжного заземления аппаратуры и периодическая проверка исправности аппаратуры и заземления; - создание системы кондиционирования воздуха для уменьшения влияния нагрева аппаратуры; - создание и реализация научно-обоснованной планировки размещения оборудования; - аттестация рабочих мест и их организация с учётом удобств работающего. Причём создание необходимой освещённости и акустической изоляции рабочего места проводится на основе расчётов. Все остальные мероприятия не требуют точных количественных расчётов, а требуют лишь качественных выводов. Одним из основных вопросов охраны труда является организация рационального освещения производственных помещений и рабочих мест. Правильно спроектированное и выполненное производственное освещение улучшает условия зрительной работы, снижает утомляемость, способствует повышению производительности труда, благотворно влияет на производственную среду, оказывая положительное психологическое воздействие на работающего, повышает безопасность труда и снижает травматизм. В условиях современного производства важным фактором улучшения условий труда в целом является оптимизация количественных и качественных характеристик освещения рабочих мест. Особое значение оптимизация зрительной работы приобретает в современном производстве радиотехнического и электронного профиля в связи с интенсификацией труда и тенденцией к микроминиатюризации радиоэлектронной аппаратуры. Значительная часть технологических процессов в этих производствах связана с работами наивысшей точности и, следовательно, характеризуется высокой степенью напряжённости зрительной работы. Решение вопроса рационального освещения производственных помещений и рабочих мест улучшает условия зрительной работы, ослабляет зрительное и нервное утомление, способствует повышению внимания и улучшению координационной деятельности. Хорошее освещение усиливает деятельность дыхательных органов, способствуя увеличению поглощения кислорода. Напряжённая зрительная работа вследствие нерационального освещения может явиться причиной функциональных нарушений в зрительном анализаторе и привести к расстройству зрения, а в тяжёлых случаях - и к полной потере.Усталость органов зрения зависит от степени напряжённости процессов, сопровождающих зрительное восприятие. Радиоэлектронные производства в очень широкой мере в своих технологиях используют химические, термические, электрохимические, механические и др. процессы, сопровождающиеся выделением в рабочую зону производств различных веществ в виде влаги, аэрозолей и пыли, а также избытков тепла. Эти факторы могут оказать вредное влияние на здоровье работающих, поэтому задача обеспечения оптимальных параметров воздушной среды в рабочей зоне для радиоэлектронной промышленности имеет большое значение. Поскольку количество воздуха потребует огромных затрат электроэнергии и материальных средств, целесообразно применить систему местных отсосов, что значительно снизит воздухообмен. При удалении вредностей непосредственно у места их выделения достигается наибольший эффект действия вентиляции, т.к. при этом не происходит загрязнения больших объёмов воздуха и можно удалить малыми объёмами воздуха выделяемые вредности. При наличии местных отсосов объём приточного воздуха принимается равным объёму вытяжки (минус 5% для исключения возможности перетекания загрязнённого воздуха в соседние помещения). При большой насыщенности предприятий сложными механизмами и установками по добыче и перера­ботке сырья, обжигу сырьевых смесей и измельчению материала, пе­ремещению, складированию и отгрузке огромных масс материалов, наличию большого количества электродвигателей особое внимание при проектировании заводов и их эксплуатации должно уделяться созданию благоприятных и безопасных условий для работы трудя­щихся. Охрану труда следует осуществлять в полном соответствии с «Правилами по технике безопасности и производственной санита­рии на предприятиях». Поступающие на предприятия рабочие должны допускаться к работе только после обучения их безопасным приемам работы и инструктажа по технике безопасности. Ежеквартально необходимо проводить дополнительный инструктаж и ежегодно повторное обучение по технике безопасности непосредственно на рабочем месте. На действующих предприятиях необходимо оградить движущие­ся части всех механизмов и двигателей, а также электроустановки, приямки, люки, площадки и т. п. Должны быть заземлены электро­двигатели и электрическая аппаратура. Обслуживание дробилок, мельниц, печей, силосов, транспорти­рующий и погрузочно-разгрузочных механизмов должно осуществ­ляться в соответствии с правилами безопасной работы у каждой установки. 5. Охрана окружающей среды. Большое внимание следует уделять обеспыливанию воздуха и отходящих газов печей и сушильных установок для создания нор­мальных санитарно-гигиенических условий труда. В соответствии с санитарными нормами проектирования промышленных предприятий концентрация в воздухе пыли не должна превышать 0,04 мг/м3. Содержание в воздухе СО не допускается более 0,03, сероводорода — более 0,02 мг/м3. В воз­духе, выбрасываемом в атмосферу, концентрация пыли не должна быть более 0,06 г/м3. При нормальной эксплуатации пылеочистных систем содержание пыли в выбрасываемом воздухе составляет 0,04— 0,06 г/м3. Для создания нормальных условий труда все помещения заводов надо обеспечивать системами искусственной и естест­венной вентиляции. Этому в большой мере способствует герметизация тех мест, где происходит пылевыделение, а также отсос воздуха из бункеров, печек, дробильно-помольных механизмов, элеваторов и т.п. В зависимости от мощности и величины различных механизмов и интенсивности пылевыделения рекомендуются следующие объемы воздуха (м3/ч), отсасываемого от:
дробилок …………………………… .…. 4000—8000 элеваторов ………………………………. 1200—2700 бункеров ………………… ……………… 500—1000 мест погрузки материалов … ………… 300—3500 упаковочных машин………… .………………… 5000
Воздух, отбираемый из мельниц, очищают с помо­щью рукавных или электрофильтров. Перед ними при значительной концентрации пыли в аспирируемом воздухе необходимо устанав­ливать циклоны. Важно не допускать просасывание через 1 м2 ткани фильтров более 60—70 м3 воздуха в 1 ч. Для очистки воздуха, от­сасываемого из камер сырьевых мельниц, обычно устанавливают циклон и электрофильтр, соединенные последовательно. Воздух из сепаратора мельниц и головок элеваторов для очистки пропускается через рукавный фильтр. Отходящие газы печей необходимо очищать для пре­дотвращения загрязнения окружающей среды. Для этого устанав­ливают электрофильтры. Если же отходящие газы содержат значи­тельное количество пыли (более 25—30 г/м3), то их сначала пропускают через батарею циклонов. Шум, возникающий при работе многих механизмов на заводах, характеризуется зачастую высокой интенсивностью, превышающей допустимую норму (90 дБ). Особенно неблагоприят­ны в этом отношении условия работы персонала в помещениях молотковых дробилок, сырьевых мельниц, компрессоров, где уровень звукового давления достигает 95—105 дБ, а иногда и более. К числу мероприятий по снижению шума у рабочих мест от­носят применение демпфирующих прокладок между внутренней стенкой мельничных барабанов и бронефутеровочными плитами, за­мену в сырьевых шаровых мельницах стальных плит резиновыми. При этом звуковое давление снижается на 5—12 дБ. Укрытие мель­ниц и дробилок шумоизолирующими кожухами, облицовка источни­ков шума звукопоглощающими материалами также дает хороший эффект (снижение на 10—12 дБ). Проектирование защиты окружающей среды от шумовых воздействий включает следующее: выявление источников шума, выбор расчетных точек и определение в них предполагаемых уровней шума, определение требований по снижению звукового давления, выбор и разработка необ­ходимых мероприятий по снижению шума до требуемых уровней в соответствии со СНиП П-12-77. Мероприятия по охране окружающей среды одновременно с обеспече­нном чистоты и охраны здоровья людей и животных должны быть выполнены с минимальными затратами. Очистка газов от аэрозолей. Методы очистки по их основному принципу можно разделить на механическую очистку, электроста­тическую очистку и очистку с помощью звуковой и ультразвуко­вой коагуляции. Механическая очистка газов включает сухие и мок­рые методы. К сухим методам относятся: 1) гравитационное осаж­дение; 2) инерционное и центробежное пылеулавливание; 3) филь­трация. В большинстве промышленных газоочистительных уста­новок комбинируется несколько приемов очистки от аэрозолей, причем конструкции очистных аппаратов весьма многочисленны. Инерционное осаждение основано на стремлении взве­шенных частиц сохранять первоначальное направление движения при изменении направления газового потока. Среди инерционных аппаратов наиболее часто применяют жалюзийные пылеуловители с большим числом щелей (жалюзи). Газы обеспыливаются, выхо­дя через щели и меняя при этом направление движения, скорость газа на входе в аппарат составляет 10-15 м/с. Гидравлическое сопротивление аппарата 100 - 400 Па (10 - 40 мм вод. ст.). Части­цы пыли с d Центробежные методы очистки газов основаны на действии центробежной силы, возникающей при вращении очи­щаемого газового потока в очистном аппарате или при вращении частей самого аппарата. В качестве центробежных аппаратов пылеочистки применяют циклоны различных типов: батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители (ротоклоны) и др. Цикло­ны наиболее часто применяют в промышленности для осаждения твердых аэрозолей. Газовый поток подается в цилиндрическую часть циклона тангенциально, описывает спираль по направлению к дну конической части и затем устремляется вверх через турбулизованное ядро потока у оси циклона на выход. Циклоны харак­теризуются высокой производительностью по газу, простотой уст­ройства, надежностью в работе. Степень очистки от пыли зависит от размеров частиц. Циклоны широко применяют при грубой и средней очистке газа от аэрозолей. Другим типом цент­робежного пылеуловителя служит ротоклон, состоящий из ротора и вентилятора, помещенного в осадительный кожух. Лопасти вен­тилятора, вращаясь, направляют пыль в канал, который ведет в приемник пыли. Фильтрация основана на прохождении очищаемого газа через различные фильтрующие ткани (хлопок, шерсть, химические волокна, стекловолокно и др.) или через другие фильтрующие материалы (керамика, металлокерамика, пористые перегородки из пластмассы и др.). Наиболее часто для фильтрации применяют специально изготовленные волокнистые материалы — стекловолок­но, шерсть или хлопок с асбестом, асбоцеллюлозу. В зависимости от фильтрующего материала различают тканевые фильтры (в том числе рукавные), волокнистые, из зернистых материалов (керами­ка, металлокерамика, пористые пластмассы). Тканевые филь­тры, чаще всего рукавные, применяются при температуре очища­емого газа не выше 60-65°С. В зависимости от гранулометрического состава пылей и начальной запыленности степень очистки составляет 85-99%. Гидравлическое сопротивление фильтра DР около 1000 Па; расход энергии ~ 1 кВт*ч на 1000 м3 очищаемого газа. Для непрерывной очистки ткани продувают воздушными струями, которые создаются различными устройствами – сопла­ми, расположенными против каждого рукава, движущимися на­ружными продувочными кольцами и др. Сейчас применяют авто­матическое управление рукавными фильтрами с продувкой их импульсами сжатого воздуха. Волокнистые фильтры, имеющие поры, равномерно рас­пределенные между тонкими волокнами, работают с высокой эф­фективностью; На фильтрах из стекловолокнистых материалов возможна очи­стка агрессивных газов при температуре до 275°С. Для тонкой очистки газов при повышенных температурах применяют фильт­ры из керамики, тонковолокнистой ваты из нержавеющей стали, обладающие высокой прочностью и устойчивостью к переменным нагрузкам; однако их гидравлическое сопротивление велико – 1000 Па. Фильтрация – весьма распространенный прием тонкой очистки газов. Ее преимущества – сравнительная низкая стоимость обо­рудования (за исключением металлокерамических фильтров) и высокая эффективность тонкой очистки. Недостатки фильтрации высокое гидравлическое сопротивление и быстрое забивание филь­трующего материала пылью. Мокрая очистка газов от аэрозолей основана на промывке газа жидкостью (обычной водой) при возможно более развитой поверхности контакта жидкости с частицами аэрозоля и возможно более интенсивном перемешивании очищаемого газа с жидкостью. Этот универсальный метод очистки газов от частиц пыли, дыма и тумана любых размеров является наиболее распро­страненным приемом заключительной стадии механической очист­ки, в особенности для газов, подлежащих охлаждению. В аппара­тах мокрой очистки применяют различные приемы развития по­верхности соприкосновения жидкости и газа.
Электростатическая очистка газов служит уни­версальным средством, пригодным для любых аэрозолей, вклю­чая туманы кислот, и при любых размерах частиц. Метод осно­ван на ионизации и зарядке частиц аэрозоля при прохождении газа через электрическое поле высокого напряжения, создаваемое коронирующими электродами. Осаждение частиц происходит на заземленных осадительных электродах. Промышленные электро­фильтры состоят из ряда заземленных пластин или труб, через которые пропускается очищаемый газ. Между осадительными электродами подвешены проволочные коронирующие электроды, к которым подводится напряжение 25–100 кВ. Теоретическое вы­ражение для степени улавливания аэрозолей в трубчатых элек­трофильтрах имеет вид
Очистка газов от парообразных и газообразных примесей.Газы в промышленности обычно загрязнены вредны­ми примесями, поэтому очистка широко применяется на заводах и предприятиях для технологических и санитарных (экологических) целей. Промышленные способы очистки газовых выбросов от газо- и парообразных токсичных примесей можно разделить на три основные группы: 1) абсорбция жидкостями; 2) адсорбция твердыми поглотителями ; 3) каталитическая очистка. В мень­ших масштабах применяются термические методы сжигания (или дожигания) горючих загрязнений, способ химического взаимодей­ствия примесей с сухими поглотителями и окисление примесей озоном. Абсорбция жидкостями применяется в промышленно­сти для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и дру­гих сернистых соединений, оксидов азота, паров кислот (НСl, HF, H2SO4), диоксида и оксида углерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители и др.). Абсорбционные методы служат для технологической и сани­тарной очистки газов. Они основаны на избирательной раствори­мости газо- и парообразных примесей в жидкости (физическая абсорбция) или на избирательном извлечении примесей химичес­кими реакциями с активным компонентом поглотителя (хемосорбция). Абсорбционная очистка -- непрерывный и, как правило, циклический процесс, так как поглощение примесей обычно сопро­вождается регенерацией поглотительного раствора и его возвра­щением в начале цикла очистки. При физической абсорбции (и в некоторых хемосорбционных процессах) регенерацию абсорбента проводят нагреванием и снижением давления, в результате чего происходит десорбция поглощенной газовой примеси и ее концен­трированно . Показатели абсорбционной очистки: степень очистки (КПД) и коэффициент массопередачи k зависят от растворимости газа в абсорбенте, технологического ре­жима в реакторе (w, Т, р) и от других факторов, например от равновесия и скорости химических реакций при хемосорбции. В хемосорбционных процессах, где в жидкой фазе происходят химические реакции, коэффициент массопередачи увеличивается по сравнению с физической абсорбцией. Большинство хемосорбционных процессов газоочистки обратимы, т. е. при повышении температуры поглотительного раствора химические соединения, образовавшиеся при хемосорбции, разлагаются с регенерацией активных компонентов поглотительного раствора и с десорбцией поглощенной из газа примеси. Этот прием положен в основу реге­нерации хемосорбентов в циклических системах газоочистки. Хемосорбция в особенности применима для тонкой очистки газов при сравнительно небольшой начальной концентрации примесей. Наиболее надежным и самым экономичным способом охраны биосферы от вредных газовых выбросов является переход к без­отходному производству, или к безотходным технологиям. Термин «безотходная технология» впервые предложен академиком Н.Н. Семеновым. Под ним подразумевается создание оптимальных технологических систем с замкнутыми материальными и энергетическими потоками. Такое производство не должно иметь сточных вод, вредных выбросов в атмосферу и твердых отходов и не должно потреблять воду из природных водоемов. Конечно же, понятие «безотходное производство» имеет несколько условный характер; это идеальная модель производства, так как в реальных условиях нельзя полностью ликвидировать отходы и избавиться от влияния производства на окружающую среду. Точнее следует называть такие системы малоотходными, дающими минимальные выбросы, при которых ущерб природным экосистемам будет минимален. В настоящее время определилось несколько основных направлений охраны биосферы, которые в конечном счете ведут к созданию безотходных технологий: 1) разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количества отходов; 2) создание бессточных технологических систем и водооборотных циклов на базе наиболее эффективных методов очистки сточных вод; 3) переработка отходов производства и потребления в качестве вторичного сырья; 4) создание территориально-промышленных комплексов с замкнутой структурой материльных потоков сырья и отходов внутри комплекса. Разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количества отходов, является основным направлением технического прогресса. 6.Технико-экономические показатели Производство керамзита связано с одновременным уменьшением удель­ного расхода топливно-энергетических ресурсов на его производство. Основные пути для решения этой задачи следующие: совершенство­вание структуры производства; рост производительности труда, на 24—26 % для получения за этот счет примерно 90 % общего при­роста продукции; более эффективное использование сырья, топлива, электрической энергии, а также производственных мощностей и ос­новных фондов; повышение рентабельности работы предприятия. Для этого необходимо создавать и внедрять принципиально новые орудия труда и технологические процессы, превосходящие по своим технико-экономическим показателям лучшие отечественные и миро­вые достижения. Общественная производительность труда определяется затрата­ми как живого труда на данном предприятии, так и овеществленно­го в материалах, машинах, зданиях и сооружениях, используемых при производстве той или иной продукции. Обобщающим показате­лем общественной производительности труда является себестоимость продукции. На лучших предприятиях годовая выработка на одного рабочего достигает 3000 т при затратах труда менее 1 чел.·ч/т. По этому показателю передовые заводы стоят на уровне лучших до­стижений мировой техники. Такой большой подъем производительности труда, общей эф­фективности производства и качества цемента достигается комплек­сом организационно-технических мероприятий, направленных на мо­дернизацию оборудования и перевооружение предприятий новой вы­сокопроизводительной техникой. При этом основное внимание уделяется увеличению выпуска цемента за счет реконструкции и расширения действующих заводов. Сооружение новых предприятий предусматривается преимущественно в районах, где нет аналогичных заводов. Это должно способствовать ликвидации перевозок керамзита на большие расстояния.
Новые предприятия строятся с годовой мощностью 2,4— 3,6 млн. т и более. Такая концентрация производства способствует большому повышению эффективности производства. При этом яв­ляется обязательным определение оптимальной мощности нового предприятия на основе технико-экономических расчетов с учетом конкретных условий производства и потребления керамзита в наме­ченном месте строительства завода.
Структура средней себестоимости кекрамзита слагается из следую­щих элементов (%): Основные и вспомогательные материалы ……………………. 23—24 Топливо………………………………………………………… 24—26 Электроэнергия ………………………………… 13 Зарплата с начислениями…………………………………… … 4—5 Расходы на содержание и эксплуатацию оборудова­ния…… . 24—26 Прочие расходы……………………………………………… 8—10 Анализ структуры себестоимости приводит к выводу, что для дальнейшего снижения себестоимости необходимо принять все меры, обеспечивающие экономию прошлого труда наряду с со­кращением живого труда. В первую очередь это может быть до­стигнуто за счет резкого сокращения расхода топлива, в частности благодаря широкому внедрению сухого способа производства це­мента, а также более полного использования теплоты отходящих га­зов печей. Значительные возможности снижения себестоимости име­ются в дальнейшей рационализации использования основных и вспомогательных материалов. Здесь целесообразно и широкое при­менение вместо природного сырья различных дешевых промышлен­ных отходов (шлаков, зол, нефелинового шлама и т. п.), и внедре­ние мельниц самоизмельчения, сокращающих расход электроэнер­гии и мелющих тел. Особое внимание должно быть уделено мероприятиям по рез­кому сокращению потерь исходного сырья и готового материала на всех ста­диях производства. Требуется дальнейшее совершенствование мето­дов и устройства для пылеулавливания и оснащение последними всех пылевыделяющих установок. Необходимость внедрения высокоэффективных установок для очистки промышленных выбросов диктуется причинами социального и экономического порядка. Она непосредственно связана со здоровь­ем людей и охраной окружающей среды от пылегазовых выбросов в атмосферу. Экономическую сторону проблемы хорошо иллюстрируют следующие данные А. Я. Овчаренко. Ущерб, обусловленный безвозвратным уносом сырья и готового продукта с отходящими газами и аспирационным воздухом, а также отсутствием утилизации уловленной пыли, оценивается примерно в 17—18 млн. руб. в год. Ущерб, вызываемый отрицательным действием пылевого фактора на основ­ные фонды предприятия (сверхнормативная замена оборудования вследствие его ускоренного износа, дополнительный его ремонт, по­тери производства вследствие более частого выхода оборудования из работы и др.), оценивается приблизительно в 1,5 раза больше. Потери вследствие неудовлетворительных условий труда и за­грязнения воздушной среды на предприятиях (повышенная заболевае­мость, снижение производительности труда и эффективности исполь­зования оборудования, текучесть кадров и др.) оценивается приблизительно в 2 раза больше. В целом это составляет около 100 млн. руб. в год (или 6—7 % общих издержек на изго­товление). Но загрязнение атмосферы наносит ущерб в размере при­мерно 2 руб. на 1 т и сопряженным отраслям, а не только производствам. Приведенные данные в полной мере подчеркивают важность проблемы организации на предприятиях тщательной очистки всех пылегазовых выбросов в атмосферу. Можно также отметить, что фондоотдача обеспыливающих аппаратов приблизительно в два раза выше соответствующего показателя основных фондов производства. Эффективность труда рабочих основного производства цемента значительно снижается в связи с наличием большого числа обслужи­вающего персонала, связанного с выполнением погрузочно-разгрузочных и ремонтных работ, а также с контролем производства. Уменьшению этих диспропорций служит комплексная механизация и автоматизация производственных процессов и их контроля. Большому увеличению производительности труда и улучшению качества продукции способствует организация на предприятиях ав­томатических систем управления (АСУ) с применением ЭВМ. По­следние обеспечивают получение, переработку и хранение больших объемов информации о производственной деятельности предприятия, выработку оптимальных управляющих воздействий и передачу их в виде рекомендаций соответствующим операторам. На предприятиях находят также применение автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) и производством (АСУП). Работы по автоматизации предприятий промышленности строи­тельных материалов выполняет Всесоюзное научно-производственное объединение Союзавтоматстром, которое включает следующие подсистемы: оперативного управления участком приготовления сырьевой смеси оптимального состава по технологическому или экономическому критерию; контро­ля и управления процессом обжига с расчетом оптималь­ных затрат тепла, управления подачей топлива в печь, а также тягой и подачей сырья в печь; контроля и управления помолом; управления отделениями помола и отгрузки материала с выда­чей оптимальных решений по отгрузке; автоматизации обработки на­рядов на выдачу продукции и документов текущего планирования сбыта, потребности в железнодорожных вагонах, учета отгружен­ного материала. Производительность труда на предприятиях решающим образом зависит от правильного сочетания моральных и материальных стиму­лов труда, научной его организации (НОТ), а также от организации социалистического соревнования за экономное расходование мате­риалов, топлива, энергии, за безупречное обслуживание механизмов и высокое качество продукции. В организации этой важной стороны деятельности предприятий, в разработке рациональных мероприятий по планированию произ­водства и экономическому стимулированию трудящихся большую роль должен выполнять инженерно-технический персонал. В последние годы на предприятиях широко распростра­няется практика организации комплексных систем управления Ка­чеством продукции, а также составления планов технико-экономи­ческого и социального развития коллективов. В них ставятся на разрешение к заданным срокам проблемы дальнейшего значительного повышения эффективности общественного производства, качества продукции, культурного и материального уровня жизни рабочих и служащих и улучшения их бытовых условий. Планы технико-эконо­мического и социального развития составляются руководством и об­щественными организациями предприятий с самым широким привле­чением всех членов коллектива. В планах предусматривается повы­шение технического и общеобразовательного уровня рабочих, инженерно-технического персонала и служащих, что непосредствен­но благоприятно отражается на производительности их труда. В пла­нах уделяется большое внимание задачам НОТ, комплексной меха­низации и автоматизации производственных процессов, мероприятиям по охране труда и улучшению условий труда, промышленной сани­тарии и эстетики. В планы включаются мероприятия, связанные с улучшением жилищных и бытовых условий трудящихся (строитель­ство жилых домов, яслей, клубов, физкультурных и санитарно-курортных комплексов и т. п.).
Важно подчеркнуть, что мероприятия по планам технико-эконо­мического и социального развития коллективов предприятий осуществляются преимущественно за счет фондов, образуемых в соответ­ствии с системой планирования и экономического стимулирования. В повышение эффективности производства и применения керамзита в строительстве призвана внести свой большой вклад наука. В частности, должны быть продолжены исследования таких важ­нейших проблем, как разработка составов и технологии, обеспечивающих интенсивное твердение бетонов и достижение ими требуемой прочности при обычных температурах в течение 8-24 ч и возможность извлечения изделий из форм через 3-4 ч.
Современное производство керамзита характеризуется большой капиталоемкостью, необходимостью возведения больших зданий и сооружений, а также высокими металло- и энергоемкостью и малой интенсивностью тепловых процессов в установках для обжига. Так, капиталовложения при организации современных предприятий до­стигают примерно 60 руб. на 1т готовой мощности. На 1 т полу­чаемого по мокрому способу во вращающихся печах материала в те­чение 1 ч приходится 42—45 т массы печи. Приведенные показатели свидетельствуют о необходимости приложения больших усилий для резкого уменьшения затрат на эти составляющие общественного тру­да в себестоимости керамзита. Поэтому неотложной задачей является: 1. Развитие производства с применением двухбарабанных вращающихся печей. 2. Обжиг сырьевых смесей в топках циклонного типа, радиационно-химическим способом и т.п. 3. Снижения расхода топлива с помощью внедрения новых технологий производства 4. Осуществление технического перевооружения действующих предпрятий. 5. Уменьшение средней насыпной плотности керамзитового гравия до 400 кг/м3. 6. Улучшение использования основных производственных фондов и увеличение их отдачи в 1,5-2 раза. 7. Повышение уровня концентрации производства путем строительства новых предприятий с использованием автоматизированных технологических процессов мощностью 200 м3 в год и более. 8. Создание принципиально новых технологий и высокопроизводитель­ных малогабаритных установок по обжигу и помолу сырья с резкой интенсификацией процессов измельчения. ЛИТЕРАТУРА: - Ицкович С.М. «Заполнители для бетона»; Минск; изд.«Вышэйшая школа», 1983.; -Ицкович С.М., Чумаков Л.Д., Баженов Ю.М. «Технология заполнителей для бетонов»; -Справочное пособие: «Искусственные пористые заполнители и легкие бетоны на их основе», М.:Стройиздат, 1987.; -Довгалюк В.И., Кац Г.Л. «Конструкции из легких бетонов для многоэтажных каркасных зданий», М.,Стройиздат.,1984.; -Нациевский Ю.Д. «Легкий бетон», Киев, изд. «Будивельник»,1977.; -Горчаков Г.И., «Строительные материалы», М.,изд. «Высшая школа», 1982.-352 с.,ил. -Иванов «Технология проиводства на искусственных легких заполнителях»; -Журналы «Строительные материалы»; 2003.; -Борщевский А.А., Ильин А.С; «Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий.»М.: Высш. шк.» 1987 ; -Волженский А.В. «Минеральные вяжущие вещества»,М.: Стройиздат, 1979.; -Перегудов В.В., Роговой М.Н.; «Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и материалов» ; Стройиздат, 1982.; - «Основы химической технологии», Учебник для студентов хим.-технол.спец. вузов / И.П. Мухленов, А.Е. Горштейн, Е.С. Тумаркина; Под ред. И.П. Мухленова. – 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. школа, 1991. – 463 с.: ил.; - Глинка Н.Л. «Общая химия» Изд. 17-е, испр.— Л.: «Химия», 1975. – 728 с.: ил.; -Кузнецов В.В., Усть-Качкинцов В.Ф. «Физическая и коллоидная химия. Учеб. пособие для вузов» — М.: Высш. школа, 1976. – 277 с.: ил.; -Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелых бетонов (к СНиП 2.03.01-84),часть1,М.,Центральный институт типового проектирования, 1988.; -ГОСТ 21.101-79 – 21.108-78. Стандарты СПДС.; -ГОСТ 2.301-68 -2. 317-68. Стандарты ЕСКД.;