Производство керамзитового гравия

Оглавление

Введение

Заполнители – природные или искусственные материалы определённого зернового состава, которые в рационально составленной смеси с вяжущим веществом и водой образуют бетон.

Основная активная часть бетона - вяжущее, цемент. Именно вяжущее, реагируя с водой, способно схватываться и твердеть, переходя из пластично пастообразного состояния в твердое и превращая бетонную смесь в бетон.

Заполнители занимают в бетоне до 80% объема и, следовательно, позволяют резко сократить расход цемента и других вяжущих, являющихся наиболее дорогой и дефицитной составной частью бетона.

Цементный камень при твердении претерпевает объемные деформации. Усадка его достигает 2 мм/м. Из-за неравномерности усадочных деформаций возникают внутренние напряжения и трещины. Мелкие трещины могут быть невидимы невооруженным глазом, но они резко снижают прочность и долговечность цементного камня. Заполнитель создает в бетоне жесткий каркас, воспринимает усадочные напряжения и уменьшает усадку обычного бетона примерно в 10 раз по сравнению с усадкой цементного камня.

Жесткий каркас из высокопрочного заполнителя увеличивает прочность и модуль упругости бетона, т. е. уменьшает деформации конструкции под нагрузкой, уменьшает ползучесть, т е. пластические необратимые деформации бетона при длительном действии нагрузки.

Легкие пористые заполнители уменьшают плотность бетона и его теплопроводность, делают возможным применение такого бетона в ограждающих конструкциях, для теплоизоляции.

Специальные особо тяжелые и гидратные заполнители делают бетон надежной защитой от проникающей радиации.

Этот перечень определяет назначение заполнителей, которые являются очень важной составной частью бетонов, влияют на их свойства и технико-экономическую эффективность.

Классификация заполнителей:

1. По происхождению:

• Природные, в том числе из попутно добываемых пород и отходов обогащения;
• Из отходов промышленности;
• Искусственные (специально приготовленные).

2. По крупности зерен заполнители подразделяются на:

• Крупные – с зернами (кусками) свыше 5 мм (щебень, гравий);
• Мелкие – с размерами зерен до 5 мм (песок).

3. По характеру формы зерен различают:

• Заполнители, имеющие угловатую форму, получаемую дроблением (щебень, песок из отсевов дробления);
• Заполнители, имеющие округлую форму зерен (гравий, природный песок).

   Заполнители относят к плотным или пористым в зависимости от плотности их зерен, который составляет соответственно свыше или до 2,0 г/см3.

   Классификационной характеристикой  заполнителей может быть насыпная  плотность, которая для крупнопористых  – не должна превышать 1200 кг/м3. Для пористых до 1400 кг/м3. 

1. Общие положения. Характеристика  сырья

В производстве искусственных пористых заполнителей наибольший объем приходится на керамзитовый гравий. При этом доминирующим является пластический способ переработки сырья. Для обжига больше половины предприятий используют барабанные печи 2,5x40 м. Из других видов печей наибольшее применение получил обжиговый агрегат СМС-197.

Обширный производственный опыт позволил разработать нормы технологического проектирования предприятий по производству керамзитовых заполнителей (ТКП 45-7.02-175-2009). Они использованы в технологических расчетах предлагаемых примеров.

Зерна гравия снаружи имеют плотную корочку темно-охристого цвета, а внутри - ячеистую структуру почти черного цвета - результат вспучивания.

Вспучивание глины при обжиге связано с двумя процессами: газовыделением и переходом глины в пиропластическое состояние.

Источниками газовыделения являются реакции восстановления оксидов железа при их взаимодействии с органическими примесями, окисления этих примесей, дегидратации гидрослюд и других водосодержащих глинистых минералов, диссоциации карбонатов и др.

Однако не все глины вспучиваются при обжиге, поэтому сырье для производства керамзита обладает специфическими свойствами.

Основными характеристиками глинистого сырья являются: температура и интервал вспучивания, коэффициент вспучивания, химический и минеральный составы, содержание органических примесей, а для пластичных и рыхлых глин еще и такие показатели как число пластичности, дисперсность, содержание включений, коэффициент консистенции (карьерная влажность).

Для производства керамзита применяют легкоплавкие глинистые породы, вспучивающиеся при температуре не более 1250 °С и имеющие интервал вспучивания (разница между предельной температурой обжига и температурой вспучивания) не менее 30-50 °С.

2. Выбор и обоснование технологической  схемы

Описание технологического процесса производства керамзита пластический способом формования гранул и обжигом во вращающейся печи:

Из карьера или конуса автосамосвалами глина подается в закрытый глинозапасник, обеспечивающий работу предприятия в течение 10-15 суток. Распределение глины по глинозапаснику и подача в бункер глинорыхлителя производится мостовым электрическим краном грузоподъемностью 5 т с грейфером. Из ящичного питателя глина поступает на крутонаклонный конвейер, которым направляется в камневыделительные вальцы.

Для введения в глину твердых добавок предусмотрен приемный бункер с ленточным питателем, выдающим добавки на этот же крутонаклонный конвейер.

Из вальцов сырье поступает в лопастной двухвальный смеситель, где подвергается дальнейшей переработке, перемешивается с добавками и до- увлажняется водой или паром до необходимой формовочной влажности.

Жидкие добавки со склада или отделения добавок перекачиваются насосом в расходный бак, расположенный над смесителем.

После гомогенизации в глинорастирателе глиняная масса крутонаклонным конвейером подается в ленточный шнековый пресс с гранулирующей приставкой или по второму варианту - в дырчатые вальцы, если перерабатываются суглинки с числом пластичности менее 15 или сырье, сильно засоренное крупными включениями. Отформованные гранулы поступают на ленточный конвейер, который транспортирует их в сушильный барабан СМЦ428.3М для подсушки и окатки. Из сушильного барабана посредством ленточного конвейера и элеватора гранулы попадают в расходный бункер и подаются из него в печь весовым дозатором непрерывного действия.

Введение опудривающих порошков возможно либо в сушильный барабан, либо в печь. Вращающаяся печь 2,5x40 м имеет теплообменнос устройство ячейкового типа длиной 8 м. Гранулы находятся в печи около часа и затем поступают в слоевой самотечный холодильник.

Охлажденный до 70-80 °С керамзит транспортируется на склад готовой продукции, где гравиесортировкой рассеивается на фракции и распределяется по силосным банкам, рассчитанным на хранение 3,5 суточного запаса.

Рисунок 1 – технологическая схема производства керамзитового гравия

Рисунок 2- Барабан сушильный СМЦ 429.3 М

Барабан сушильный предназначен для сушки сыпучих материалов топочными газами.

Сушильные барабаны применяются в промышленности строительных материалов в различных технологических линиях для тепловой сушки известняка, глины, песка, мела, гипса и др. сыпучих материалов крупностью частиц до 60 мм.

Барабан сушильный состоит из корпуса, станции опорно- упорной, станции опорной, привода, бандажей, венца зубчатого. 
Корпус барабана представляет собой сварную конструкцию, выполненную из отдельных обечаек. Внутри корпуса для активизации передачи тепла в зависимости от модификации барабана устанавливаются различные типы насадок:

- в начале винтовая, на всей части барабана подъёмо-лопостная;

- в начале винтовая, в средней  части барабана подъёмо-лопостная и цепная;

-в начале винтовая, в средней части барабана подъёмо-лопостная и секторная.

Применение различных видов насадок зависит от свойств сушимого материала (влажность на входе и на выходе, фракционный состав, сыпучесть и т.д.) и выбирается в каждом конкретном случае совместно заказчиком и заводом изготовителем. 
Опорой корпуса являются два стальных бандажа. Один из бандажей имеет скосы под упорные ролики, которые препятствуют продольному смещению барабана.

Бандажами корпус опирается на опорную и опорно-упорную станции. На корпусе барабана при помощи траверс крепится венец зубчатый, посредством которого барабан приводится во вращение от привода.

Привод состоит из шестерни приводной, редуктора и электродвигателя, соединённых между собой муфтами и установленных на одной раме. Барабан устанавливается по отношению к горизонту под углом 1°-4°.

Наклон корпуса в сочетании с вращением вокруг оси обеспечивает перемещение материала в направлении разгрузочной камеры. 
Горячие топочные газы поступают в корпус и соприкасаясь с материалом нагревают его, испаряя содержащуюся в нём влагу. Передача тепла происходит тремя основными способами: во взвешенном состоянии при падении материала с лопаток, от топочных газов через наружную поверхность лежащего в завале материала, от более нагретых деталей внутреннего устройства барабана и обечайки.

Режимы сушки для различных материалов меняются в зависимости от влажности сырья на входе в барабан и требуемой влажности готового материала на выходе из барабана, фракционного состава материала подлежащего сушке, свойств материала.

Температура подаваемого в барабан теплоносителя должна быть не более 900 °С. Температура дымовых газов на выходе из барабана не менее 100 – 150°С чтобы исключить возможность конденсации влаги в разгрузочной части барабана. На входе топочных газов в барабан должно быть разряжение не менее 30 Па. Топливо - природный газ, сжиженный газ, дизельное топливо.

Таблица 1 - Технические характеристики сушильного барабана СМЦ 428.3 М

* в зависимости от типа  насадок.

 Рисунок 3 – Вращающаяся печь 2,5x40

1-откатная головка; 2-форсунка; 3-лабиринтное  уплотнение; 4-бандаж; 5-кожух шестерни; 6-венцовая шестерня; 7-корпус печи; 8-механизм очистки; 9-загрузочный  лоток; 10-привод печи.

Вращающаяся печь 2,5 x 40 м применяется на заводах производительностью 100 тыс. м3 керамзита в год.

Корпус печи выполнен сварным из листового металла толщиной 18 и 30 мм, а каркас — из секции, соединенных между собой стыковым швом.

Печь имеет загрузочные и разгрузочные устройства. Она загружается гранулами керамзита через загрузочный лоток, который смонтирован на корпусе осадительной камеры вместе с механизмом очистки. Материал поступает на обжиг через цилиндрическую воронку и по течке направляется в обжиговую печь.

Разгрузочная часть вращающейся печи имеет специальную откатную головку, предназначенную для уплотнения выходного торца печи и для установки форсунок и приемки готового материала.

Техническая характеристика вращающейся печи 2,5x40:

1. Производительность, м3/год 100000;

2. Размеры, м:

-длина - 40,0;

-диаметр - 2,5;

3. Частота вращения вала привода, мин-1:

-главного - 1,6-2,5;

-вспомогательного - 0,06;

4. Уклон, % - 3,5;

5. Число опор - 2;

6. Мощность электродвигателя, кВт – 40;

7. Масса, т - 126.

3. Технологические расчеты при  проектировании производства

Объект проектирования выбирают исходя из конкретной потребности в определенной продукции с учетом местных условий. Не обязательно это должен быть новый объект, в ряде случаев предпочтительна реконструкция и техническое перевооружение действующего производства, направленные на повышение качества продукции, снижение ее себестоимости, экономию материальных ресурсов, использование промышленных отходов и охрану окружающей среды.

3.1 Фонды времени и режима  работы оборудования

Режим работы принимают в соответствии с нормами технологического проектирования предприятий и цехов по производству керамзитового гравия и песка (ТКП 45-7.02-175-2009).

Для искусственных пористых заполнителей его принимают непрерывным, круглогодовым, в три смены по 8 ч. Годовой фонд рабочего времени по нормам 8760 ч.

Расчетный годовой фонд времени работы технологического оборудования (ч), на основании которого рассчитывают производственную мощность предприятия, определяют исходя из годового фонда рабочего времени с учетом коэффициентов использования оборудования во времени :

Коэффициент использования основного оборудования во времени для вращающейся печи (2,5x40) и агрегата СМС-197 - 0,92;

3.2 Мощность предприятия и обжиговых  агрегатов

Технологические расчеты при проектировании предприятий и цехов искусственных пористых заполнителей производят поэтапно. Сначала выбирают и обосновывают расчетом мощность обжиговых агрегатов, а затем на основе расчета расхода сырья и материального баланса определяют производительность технологических линий, обслуживающих обжиговые агрегаты.

Мощность предприятия , определяют мощностями обжиговых агрегатов :

где - количество обжиговых агрегатов.

Производственную мощность обжигового агрегата (м3/год) рассчитывают в зависимости от средней насыпной плотности готовой продукции:

где - часовая паспортная производительность агрегата при соответствующей насыпной плотности получаемого заполнителя, м3 принимают по таблице (10,8 для вращающейся печи (2,5x40)) ; - расчетный годовой фонд времени работы оборудования, ч, принимают в соответствии с режимом работы предприятия; - объемный коэффициент выхода продукции в зависимости от се марки для керамзита и его разновидностей, принимается по таблице (1,25 для марки М300).

 м3/год;

Определим количество обжиговых агрегатов:

3.3 Производительность по переделам  производства

Расчеты исходного сырья, полуфабриката и готовой продукции производят в порядке, обратном технологическому процессу, с определением производительности соответствующего передела на выходе и входе. За исходную величину принимают выход готовой продукции, поступающей на склад согласно заданной годовой производительности.

Удельный расход сырья Н (т/м3) рассчитывают с учетом предусматриваемых потерь:

где: где - средняя насыпная плотность заполнителя, т/м3;. - потери массы при прокаливании, %; - влажность сырья, поступающего в производство, %; - технологические потери сырья, %.

При производстве керамзита потери сырья согласно нормам принимаются: при транспортировании - 1%; при сушке - 3%; при обжиге - 2%; при складировании - 2%.

 т/м3;

Производительность (т/ч или м3/ч) технологической линии по переработке сырья и подготовке гранул (зерен) к обжигу равна:

где - паспортная производительность наименее производительного оборудования технологической линии, т/ч или м3/ч; = 0,95-0,97; - коэффициент готовности, учитывающий устранение случайных отказов оборудования, рассчитывают с учетом насыщенности технологической линии оборудованием.

где: – количество концентрата, поступающего в барабан, кг/час; – объем барабана, м3; – напряженность сушки по влажности (40-60 кг/(м3час)); – начальная влажность концентрата, 20%; – конечная влажность концентрата, 12%.

 кг/час;

 т/ч.

Количество принимаемых к установке линий, обеспечивающих бесперебойную работу обжиговых агрегатов:

где С - потребность в сырье, т/ч или м3/ч.

Баланс цеха:

;

 ;

;

;

.

Таблица 2 - Производительность по переделам производства

3.4. Нормы запасов и складирования  сырья, добавок и готовой продукции

Вместимость (м3) силосного склада готовой продукции для пофракционного хранения заполнителей

;

где - суточная производительность заполнителя определенной фракции, м; - нормативный запас хранения, от 3 до 5 сут; - коэффициент заполнения емкостей.

;

.

3.5. Удельные материало- и энергозатраты

Удельные расходы сырья, электроэнергии и топлива, предусмотренные ТКП 45-7.02-175-2009 для расчетов производства керамзитового и шунгизитового гравия М500 и керамзитового песка М600 приведены в таблицах.

Расход условного топлива зависит и от марки продукции:

 ;

где - принимают по таблице (1,25).

.

4. Контроль производства и качества продукции

Основной задачей контроля является обеспечение выпуска продукции требуемого качества при оптимальных технико-экономических показателях производства. Для этого производственный процесс должен осуществляться на заданном технологической картой уровне при постоянном контроле его основных параметров.

Входной контроль производит проверку сырьевых материалов, поступающих на предприятие; операционный контроль - контроль технологического процесса, его параметров в ходе производства; приемочный контроль устанавливает качество готовой продукции, ее соответствие требованиям ГОСТ.

Подробная типовая схема технического контроля, разработанная НИИ керамзитом приведена в таблице.

По результатам приемочного контроля один раз в месяц, используя данные последних 12 месяцев, проводят статистический контроль качества керамзитового гравия, определяя его неоднородность по насыпной плотности и прочности.

Полученная в ходе контроля информация служит основой для рекомендаций по совершенствованию технологического процесса, для регулирования и управления производством.

Таблица 3 – Контроль производства и качества керамзитового гравия 

5. Охрана труда и окружающей  среды

Охрана труда на стадии проектирования состоит в разработке мероприятий, обеспечивающих создание надлежащих санитарно-гигиенических и безопасных условий труда производственного персонала. В круг этих мероприятий входят решения, касающиеся аспирации и обеспыливания, шумопонижения, нормализации температурно-влажностного режима, предотвращения опасных и вредных воздействий производственных факторов.

В производственных и вспомогательных помещениях нужно предусматривать оборудование вентиляционных и отопительных систем, защиту от лучистого тепла в виде теплоизоляции технологического оборудования, переносных защитных экранов, установку на отдельных рабочих местах Стационарных или передвижных теплоизолированных кабин с вентиляцией, устройство воздушных и водораспылительных завес, применение индивидуальных защитных приспособлений - щитков, экранов, касок, очков, светофильтров, масок и др.

Шум, создаваемый оборудованием или распространяющийся по рабочим помещениям, не должен превышать допустимых значений установленных «Санитарными нормами допустимых уровней шума на рабочих местах». Нормы устанавливают уровень звукового давления на среднегеометрических частотах от 31,5 до 8000 Гц соответственно от 107 до 69 ДБ и уровень звука не выше 80 ДВА. Уровень звука основного технологического оборудования изменяется от 81 ДБА (щековые дробилки) до 94 ДБА (горелка печи).

Измерение шума и разработку мероприятий по защите от него выполняют в соответствии с ГОСТ 12.1.003 «Шум. Общие требования безопасности».

В проектах необходимо учитывать требования безопасности к производственным процессам, производственному оборудованию и организации рабочих мест, которые предусматривают «Правила техники безопасности и производственной санитарии промышленности строительных материалов» (часть II, раздел 12).

Охрана окружающей среды предусматривает мероприятия, направленные на недопущение ухудшения окружающей среды от работы проектируемого предприятия. Сюда входят очистка отходящих газов печей и других агрегатов от пыли и иных вредных веществ, утилизация пыли, уловленной системами газоочистки печей и сушильных барабанов, рекультивация земель по завершении разработки карьеров и другие решения, вытекающие из специфики производства.

Первостепенное экологическое значение имеют проектные решения по аспирации и обеспыливанию. Они должны отвечать:

- «Санитарным нормам проектирования  промышленных предприятий» (СН 245);

- ГОСТ 12.1.005 «Воздух рабочей зоны». Общие санитарно- гигиенические  требования;

- ГОСТ 17.2.02 «Охрана природы. Атмосфера»;

- строительным нормам и правилам.

Список литературы

1. Чумаков Л. Д. Технология заполнителей бетона. Практикум – М.: Наука, 2006.

2. Кузина Э. Н. Строительные машины. Том 1. Машины для строительной промышленности, гражданских сооружений и дорог – М.: Машиностроение, 1991.

3. Ицкович С. М., Чумаков Л. Д., Боженов Ю. Н. Технология заполнителей бетона – М.: Высшая школа, 1991.

4.  ТКП 45-7.02-175-2009 Производство керамзитовых гравия и песка. Нормы технологического проектирования предприятий.