Вращающаяся печь

Введение

Керамзит  – пористый экологически чистый материал, получаемый из глины путём обжига в печах при оптимальных режимах. Фракции керамзита зависят от размера зерен. Материал может иметь  гранулы следующего размера: 5х10, 5х20, 10х20, 20х40. Если фракция (размер зерна) менее 5 мм, то это – керамзитный песок. Керамзитовый песок получают методом  обжига глинистой мелочи во вращающих  и шахтных печах или же дроблением более крупных кусков материала. Применятся в качестве заполнителя  для легких бетонов и растворов. Размер частиц такого песка – от 0,14 до 5 мм. Керамзитовый гравий представляет собой частицы округлой формы  с оплавленной поверхностью, а  также порами внутри. Производят способом обжига легкоплавких глин во вращающих  печах. Размер зерен - 5 – 40 мм. Материал морозоустойчив, огнестоек, он не впитывает  воду, кроме этого, не содержит вредных  для цемента примесей. Сфера применения: изготовление легкобетонных конструкций (в качестве заполнителя). В зависимости  от объемного веса материала (насыпного  веса, в кг/м3) гравий делят на марки  от 150 до 800. Водопоглащение керамзитового  гравия составляет 8 – 20 %, а морозостойкость - не менее 25 циклов. Анализ теплоизоляционных  и механических свойств керамзита  позволяет использовать этот материал на российском и зарубежном рынке  для теплоизоляции крыш, полов  и стен, фундаментов и подвалов. Установлено, что рациональное использование  керамзита в качестве теплоизолирующего  материала при строительстве  обеспечивает сокращение теплопотерь  более чем на 75 %.

Керамзит обладает следующими свойствами:

- легкость  и высокая прочность;

- отличная  тепло и звукоизоляция;

- огнеупорность,  влаго- и морозоустойчивость;

- кислотоустойчивость,  химическая инертность;

- долговечность;

- экологически  чистый натуральный материал;

- высокое  отношение качество/цена.

Керамзит — лёгкий пористый строительный материал, получаемый путём обжига легкоплавкой глины.

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 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.

Керамзитовый песок — заполнитель для легких бетонов и растворов с размером частиц от 0,14 до 5 мм получают при обжиге глинистой мелочи во вращающих печах или же дроблением более крупных кусков керамзита.

Это только на первый взгляд кажется, что сфера  применения керамзита невелика, что  все строительство осуществляется исключительно с применением  бетона, кирпича, гипсокартона и железных конструкций. Это не совсем так, ведь керамзит это превосходный теплоизолятор, а уютный дом – это, прежде всего, теплый дом. Благодаря этому ценному  свойству, он широко применяется для  теплоизоляции фундаментов различных  построек, полов, перекрытий между этажами, а также для утепления крыш и мансард. Объемы керамзита не намного  уступают более расхожим строительным материалам (цемент, кирпич т.д.).

Имея  небольшой вес, керамзит используется для облегчения бетонных конструкций, в производстве керамзитобетона, керамзитобетонных  блоков и пр.

Теплоизоляция – это главное, но далеко не последнее  полезное свойство керамзита, к нему смело можно добавить еще несколько, например, звукоизоляцию. Хороши также  и "подстилающие" свойства керамзита. Это означает, что его можно  использовать как основу для бетонной стяжки.

• можно использовать для изготовления бетона;
• устойчив к любым погодным условиям;
• обладает огнестойкими свойствами;
• не теряет своих свойств и не разрушается при замораживании;
• не подвержен гниению.
• лёгкость
• высокая прочность
• долговечность
• химическая инертность
• экологическая чистота
• высокие звуко- и теплоизоляционные характеристики

Именно  эти его положительные особенности  используются для отсыпки фундамента при строительстве различных  зданий и сооружений. Это позволяет  сократить почти в 2 раза глубину залегания фундамента – с 1,5 м до 0,8 м., что ведет не только к экономии строительных материалов, но и к предотвращению промерзания грунта около фундамента постройки. Последнее чревато перекосом дверей и оконных рам здания.

Керамзит  очень часто используют для строительства  бань, как ультрасовременных, так  и более привычных - русских, выполненных  из дерева. Используя керамзит в  качестве теплоизоляционного материала  стен бани, можно легко добиться нужной температуры и долгое время  ее поддерживать. При прокладке водопроводных  или тепловых сетей применяют  керамзит. При этом трубы не будут  греть холодную землю. А в случае аварии не придется долго и утомительно  копать грунт, в поисках места  течи, после успешного ремонта  ничего не мешает использовать материал вторично, при этом он не потеряет своих  свойств.

Керамзит  можно использовать не только в строительстве. Его можно использовать для декора. Благоустроить дорожки на дачном участке и даже увеличить урожайность  плодовых деревьев, создавая для их корней своеобразную дренажную систему. Это же относится и комнатным  цветам и растениям, единственное, что  нужно, это засыпать керамзит более  мелкий по размеру.

1. Характеристика выпускаемых материалов

На сегодняшний  день предприятие выпускает:

 керамзитовый гравий и песок – искусственный пористый материал мелкоячеистого строения, получаемый вспучиванием легкоплавких глинистых пород при обжиге мелкокускового сырца.

В зависимости  от размера зерен керамзитовый гравий подразделяется на: керамзитовый гравий – фракции 5-10, 10-20 и 20-40 мм и керамзитовый песок – фракции 0-5 мм.

Марки выпускаемого керамзитового гравия: 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600.

Объемы выпускаемой продукции в месяц –80000 м³/год.

Керамзитовый  гравий и песок применяются в  качестве заполнителей при изготовлении теплоизоляционного, конструкционно-теплоизоляционного легких бетонов и в качестве утепления.

На керамзите можно  получать легкие бетоны в широком  диапазоне объемных весов — от 500 до 1800 кг/м³ и пределом прочности при сжатии от 10 до 400 кГ/см².

Керамзит можно также  применять в виде теплоизоляционной засыпки в случаях, когда допустимо ее оседание.

От других известных  искусственных пористых заполнителей керамзит отличается главным образом своим ячеистым строением и наличием внешней спекшейся оболочки. Особенностью этого строения является наличие замкнутых пустот, которые являются ячейками с целыми и тонкими стенками. Ввиду этого керамзит отличается малым объемным весом при значительно более - высокой прочности, чем другие пористые заполнители.

Благодаря замкнутости  пустот и спекшейся наружной оболочке керамзит обладает небольшим водопоглощением, высокой морозостойкостью и низкой паропроницаемостью.

Малый объемный вес при наличии  мелкоячеистого строения и тонких стенок обусловливает высокие теплозащитные свойства керамзита, а следовательно, и высокую эффективность его применения в ограждающих конструкциях промышленных, жилых и общественных зданий.

Создание пористой структуры керамзитового  гравия достигается вспучиванием размягченного при термической обработке глинистого сырья газами, выделяющимися в процессе нагревания. Степень вспучивания глины— размер, количество, форма и характер пор — зависит от реологических свойств размягченного сырья, а также от количества выделяемых и удерживаемых в размягченной массе газообразных продуктов. Качество же керамзитового гравия зависит от соотношения и состояния кристаллической, жидкой и газообразной фаз во взаимосвязи с поверхностными явлениями на границах этих фаз. Наилучший керамзит получается при оптимальном соотношении вязкости и связности сырья в нагретом состоянии при условии достаточного газовыделения. Это соотношение должно быть в течение всего периода газовыделения.

Основные  технические требования к керамзитовому  песку: керамзитовый песок должен соответствовать  всем требованиям ГОСТ 25137 . Настоящий  стандарт распространяется на искусственные  пористые гравий (керамзитовый, шунгизитовый, аглопоритовый), щебень (шлакопемзовый, аглопоритовый, керамзитовый) и песок (керамзитовый дробленый и обжиговый, шунгизитовый, аглопоритовый, шлакопемзовый), применяемые в качестве заполнителей при приготовлении легких бетонов  по ГОСТ 25820 и силикатных бетонов  по ГОСТ 25214, а также теплоизоляционных  и звукоизоляционных засыпок. Стандарт не распространяется на вспученные вермикулит и перлит термолит.

НАЗНАЧЕНИЕ:

Керамзитовый  гравий используется для устройства тепло- и звукоизоляционных засыпок  строительных конструкций в качестве наполнителя для легких бетонов.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ КЕРАМЗИТОВОГО ГРАВИЯ

(по результатам  испытаний керамзитового гравия): насыпная плотность - от 390 кг/куб.м;  теплопроводность - 0,079 Вт/мК; прочность  при сдавливании в цилиндре - 1,4 МПа; водопоглощение по объему  при полном погружении - 24,0%; влажность  - 9,0%.

СЫРЬЕВОЙ  СОСТАВ: глина, содержащая окислы железа и органические примеси.

ГАБАРИТЫ: фракция гранул 5-10 мм; 5-20 мм; 20-40 мм.

Керамзитовый  гравий - искусственный пористый материал ячеистого строения с преимущественным содержанием закрытых пор, полученных в результате вспучивания глинистых  пород при ускоренном обжиге.

ВНЕШНИЙ ВИД:

округлые  и цилиндрические гранулы коричневого  или красно-коричневого цвета.

ПЛОТНОСТЬ(насыпная):

плотность керамзитового гравия определяется взвешиванием материала, помещенного  в некоторую тару, и делением получившейся величины на объем емкости. Именно поэтому плотность и называется насыпной. В нашем случае ее величина 390 кг/куб.м соответствует марке М400.

При толщине  керамзита 100 мм нагрузка на конструкцию составит не меньше 39 кг/кв.м, поэтому рекомендуется учитывать ПДН (предельно допустимую нагрузку) на плиту перекрытия для каждого конкретного случая, чтобы избежать неприятных неожиданностей.

ВОДОПОГЛОЩЕНИЕ:

ГОСТом  не регламентируется. В различной  справочной литературе указывают диапазон от 10 до 25%. В результате испытаний  получено 24,0%. Значение существенное, поэтому  при близком "водном" соседстве  потребуется хорошая гидроизоляции: ведь повышение влажности керамзитового  гравия резко снижает его теплоизоляционные  свойства. Паро- и гидроизоляция  особенно важны при использовании  керамзитового гравия для теплоизоляции  по грунту, а в "домашних" условиях решение о ее необходимости в  каждом конкретном случае принимают  индивидуально.

ПРОЧНОСТЬ:

гранулы керамзитового гравия помещают в  металлический цилиндр и нагружают  сверху, вследствие чего керамзит разрушается. В зависимости от приложенных  усилий определяют прочность. Испытанный керамзитовый гравий выдержал 1,4 МПа, что  соответствует требованиям ГОСТа  к марке по прочности П50.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ:

ГОСТ 9757-90 теплопроводность керамзитового гравия тоже не регламентирует, однако в приложении к СНиП II-3-79* ("Технические показатели строительных материалов и конструкций") для керамзита марки М400 приведена  теплопроводность 0,12 Вт/мК. В нашем  тесте получилась величина в 1,5 раза меньше - 0,079 Вт/мК, что для теплоизоляционных  свойств только в "плюс".

Тем не менее  применение керамзитового гравия требует  достаточно большого запаса по высоте: для того чтобы удовлетворить  требованиям СНиП II-3-79* к теплосопротивлению перекрытий над подвалом, потребуется  слой толщиной 33 см. Именно поэтому керамзитовый гравий лучше всего подходит для устройства теплоизоляции по грунту, когда под полом первого этажа есть достаточно много места.

Если  сравнивать керамзитовый гравий с другими  материалами, то 10 см данного утеплителя эквивалентны 25-сантиметровой толщине доски или 60 см керамзитобетонной плиты.

2. Описание основных способов производства керамзита

Процесс изготовления керамзита состоит  из следующих основных операций: добычи глинистого сырья, его складирования  и доставки к месту производства; переработки сырья и приготовления  исходного полуфабриката-сырца, пригодного для обжига со вспучиванием; обжига и охлаждения керамзита; сортировки и при необходимости помола заполнителя; складирования и выдачи готовой  продукции.

Основное  оборудование керамзитовых предприятий- оборудование для обжига. В настоящее  время наиболее распространен метод  обжига керамзита в одно- и двухбарабанных вращающихся печах; кроме того, наиболее перспективным в производстве керамзитового  гравия и песка является направление  обжига в печах кипящего слоя.

Решающее  значение при выборе способа изготовления полуфабриката имеют физические, главным образом структурно-механические свойства глинистых пород: плотность, однородность, влажность, пластичность, структура и т.д. природные разновидности  глинистого сырья обладают самыми различными свойствами. Так, глины различных  месторождений в естественном состоянии  могут быть разрыхлены и увлажнены; иметь плотное строение и быть пластичными, а так же увлажненными; представлять собой окаменевшую  почти сухую породу, с крупноструктурным  строением, быть камнеподобными с мелкочешуйчатой  лепестковой сланцеватой структурой со склонностью распада на мельчайшие частички; являться переувлажненными и зыбкими и т.д.

Существует  несколько способов производства керамзита:

Сухой способ – технологическая схема производства керамзита по сухому способу включает следующие переделы: добычу глинистой породы на карьере, дробление камнеподобного или подсушенного глинистого сырья на крошку, сортировку крошки, обжиг крошки со вспучиванием, охлаждение керамзита, сортировку керамзита и корректировку его зернового состава, складирование и выдачу готовой продукции. Сухой способ подготовки сырья и изготовления полуфабриката целесообразен при использовании однородного по составу крупноструктурного камнеподобного глинистого сырья типа сланцев и аргиллитов. Конечная цель переработки сырья по сухому способу – приготовление фракционированной глинистой крошки с предельным размером зерен до 20-30 мм в поперечнике путем дробления и рассева.

Пластический способ – технологическая схема производства керамзита по пластическому способу включает следующие

производственные  операции: добычу глинистой породы, пластическую переработку увлажненного глинистого сырья и приготовление  полуфабриката, пригодного для обжига со вспучиванием, обжиг полуфабриката  в керамзит, охлаждение керамзита, сортировку и корректировку зернового состава  керамзита, складирование и выдачу готового продукта. Пластический способ приготовления сырья и приготовления полуфабриката применяют при использовании увлажненных пластических и рыхлых глинистых пород, как однородного, так и неоднородного состава. При пластическом способе производства керамзита в глиняную массу могут вводиться добавки, повышающие склонность к вспучиванию исходного сырья, тогда как при сухом способе, тогда как полуфабрикат получают непосредственно из природной породы, это исключается.

Порошковый способ – процесс переработки глинистого сырья по порошковому способу состоит из двух операций: грубого измельчения, которое в зависимости от прочности породы может осуществляться в щековой, валково-зубчатой дробилках или в глинорыхлителях, и тонкого измельчения в молотковых шахтных или в шаровых мельницах. Перед тонким измельчением крошку высушивают в сушильных агрегатах (сушильных барабанах, аэрожелобах и т.д.).  При применении молотковых мельниц типа ММТ, оборудованных подтопками операция подсушки совмещается с тонким измельчением. Порошок крупностью менее 1 мм в дальнейшем замачивается водой в глиномешалках, специальных замачивающих шнеках. Практика показывает, что воду в порошок необходимо вводить порциями в несколько последовательно установленных агрегатов (две или три глиномешалки).

3. Технологическая схема производства

 керамзита

Сырьем  для производства керамзитового  гравия является глина,  доставляемая железнодорожным транспортом.

Для ритмичной  работы завода в зимнее время и  исключения возможности попадания  мерзлой глины в производство необходимо создавать в летний период постоянный запас глины объемом  не менее 25 т. м³.

Во избежание  промерзания глины в зимнее время, до наступления холодов, глина покрывается  опилками или керамзитовой пылью  слоем 20-50 см.

При хранении глины в наземном штабеле вокруг его площадки необходимо устроить водоотводные каналы  надежным стоком воды. Для  лучшего стока воды верхнюю поверхность  склада делают двускатной. Наблюдение этого условия особенно образование  «люльки» на поверхности глины ведет  к большому увлажнению глины, что  усложняет ее переработку и формовку гранул.

 Заведенная  в открытое глинохранилище глина  одноковшовым экскаватором грузится  на автосамосвалы и перевозится  в глинозапасники цехов. Готовая  к переработке глина грейферным  краном загружается в приемный  бункер глинорыхлителя для первичного  измельчения.

Глинорыхлитель  должен быть снабжен предохранителем, должна быть установлена предохранительная  решетка с размерами ячеек  по предельно допустимому размеру  поступающих комьев глины (350*350).

Из глинорыхлителя глина подается в ящичный подаватель для равномерного питания технологической  линии. Через ящичный подаватель глина поступает по ленточным  конвейерам в камневыделительные вальцы, предназначенные для грубой переработки, дробления и выделения каменистых включений размером более 20-50 мм и затем в перерабатывающие вальцы для получения более однородной по влажности и составу глинистой массы.

Переработанная  глина подается в смеситель лопастной  двухвальный для разрушения структуры  сырья, доувлажнения до влажности 24 % и  смешивания с жидкими органическими  добавками (по необходимости).

Из смесителя  лопастного глина по ленточному конвейеру  подается в формующие вальцы для  формования гранул.

Отформованные гранулы по течке подаются в сушильный  барабан. На входе в сушильный  барабан гранулы могут опудриваться пылью. С помощью элеватора осуществляется подача подсушенных гранул в бункер запаса, откуда гранулы дозатора подаются во вращающуюся печь на обжиг. От правильного ведения обжига во многом зависит качество получаемого гравия, его насыпная плотность, механическая прочность, морозостойкость и т. д.

При нагреве  глинистых пород происходят следующие  процессы:

- удаление  свободной влаги, которое заканчивается  при температурах 120°-150°С;

- выгорание  органических веществ (содержащихся  в самой породе и искусственно  введенных), выделение паров связанной  воды при разложении глинистых  минералов, а также других газов,  образующихся при реакциях взаимодействия  различных составных частей глинистых  пород и их разложении при  нагревании.

Большинство этих процессов начинается при 400°-450°С и продолжается при температурах вспучивания 950-1250°С.

- размягчения  материалов и переход большей  части в вязкий расплав в  интервале температур 950-1200°С.

Наличие вязкого расплава, при одновременном  выделении газообразных продуктов  является непременным условием вспучивания  глинистых пород при обжиге.

После появления  в материале жидкой фазы выделяемые в результате реакций газы и пары вспучивают его, образуя множество  мелких преимущественных закрытых пор, заполненных продуктами газообразования. При последующем охлаждении материал застывает и превращается в керамзит.

При медленном  нагревании большее количество газов  и паров выйдет из материала до того момента, когда он размягчится. В этом случае вспучивания не произойдет.

При быстром  нагревании материала в процессе вспучивания участвует большее  количество газов и паров и, поэтому  вспучивание будет наиболее полным. Однако, надо иметь ввиду, что быстрое  нагревание примерно до 500°С может привести к растрескиванию и последующему разрушению гранул.

Учитывая  эту особенность, обжиг материала  целесообразно проводить по двухступенчатому режиму: нагрев материала до 300-600°С проводить постепенно, дальнейший же нагрев до 950-1250°С следует проводить  по возможности быстро. В этом же заключается суть двухступенчатого обжига.

 Характер  процессов, протекающих при обжиге  керамзитового гравия во вращающейся  печи позволяет условно подразделить  ее на 4 зоны:

I зона - сушки или испарения влаги с граничными температурами газов 720-930°С и материала до 240°С. Длина зоны сушки 15 м;

II зона - подогрева и химических реакций, с граничными температурами газов 930-1200°С и материала – 240-1000°С. Длина этой зоны 15-20 м. По мере подогрева гранул и повышение их температуры из глины выделяются газообразные продукты диссоциации карбонатов, воронки окисления органических веществ и парообразные продукты водных минералов;

III зона - температурного размягчения и вспучивания гранул с граничными температурами газов 1200-1370°С и материала 1050-1250°С. Она совпадает с зоной самой высокой температуры горения форсуночного топлива. В этой зоне состав газов определяется количеством продуктов сгорания топлива и избытком воздуха, необходимого для полного сгорания. Обжигаемый материал продолжает при этом выделять газы, вспучивающие гранулы. Длина зоны вспучивания 20-30% от общей длины печи.

IV зона - предварительного охлаждения обожженных гранул, в которой происходит их отвердевание. В этой зоне, вследствие происходящих на поверхности гранул процессов окисления различных форм железа, гранулы приобретают коричневато-красную окраску. Длина зоны – 5% общей длины печи. Обожженные гранулы охлаждаются до температуры 800°С.

 Нормальный  устойчивый режим обжига керамзитового  гравия характеризуется постоянным  и равномерным подъемом обжигаемого  материала по футеровке, при  этом весь материал должен  определяться от нее на уровне  несколько выше горизонтального  диаметра обечайки печи.

Футеровка в верхней части печи должна быть свободной от материала.

В случаях  прилипания материала к футеровке  в этой зоне обжигальщик обязан внимательно  следить за тем, чтобы это не привело  к образованию «приваров» и «колец».

Устойчивый  режим обжига характеризуется также  постоянным значением распределения  температуры материала по зонам  печи. Контроль за этим осуществляется либо по приборам, либо по цвету материала  перед зоной вспучивания. Появление  перед зоной вспучивания материала  черного цвета и налипание  его на футеровку в зоне обжига свидетельствует об общем остывании  печи.

Остывание печи происходит либо из-за чрезмерной загрузки печи, полуфабрикатом или  резкого повышения его влажности, либо по причине того, что ранее  было допущено снижение температурного режима, которое не может быть исправлено только быстрым подъемом температуры  в зоне обжига. Появление «черноты»  сопровождается, как правило, снижением  температуры отходящих газов.

При проведении обжига необходимо внимательно следить  за показанием приборов теплового контроля и не допускать отклонения их показаний  от параметров, установленных технологической  картой.

Вращающаяся печь должна быть оснащена контрольно-измерительными приборами, которые предназначаются  для:

- измерения  и учета расхода топлива;

- измерения  питания печи;

- измерения  температуры отходящих из печи  газов;

- измерения  заряжения газов в пылеосадительной  камере;

- измерения  разряжения газов перед дымососом;

- измерения  разряжения на головке печи;

- измерения  температуры вспучивания материала;

- измерения  давления газообразного топлива;

- определение  статического давления воздуха,  подаваемого в печь дутьевым  вентилятором;

- сигнализация  о прекращении подачи питания  в печь;

- сигнализация  о достижении верхнего предела  температуры наиболее ответственных  подшипников и газов перед  фильтрами и дымососом;

- измерения  скорости вращения печи.

Тяга  в печи оказывает влияние на температуру, форму, положение и длину факела горения, перемещение в ту или  другую сторону технологических  зон печи, на избыток воздуха, полноту  сгорания топлива, а также на характер газовой среды печи и склонность материала к образованию «спеков» и «козлов» и должна быть отрегулирована до подачи материала в печь.

В процессе обжига керамзитового гравия тяга в  печи должна поддерживаться постоянной, а регулирование режима обжига должно производиться путем изменения  подачи топлива и первичного воздуха.

Вспученный  при обжиге керамзитовый гравий поступает  в зону охлаждения печи и по мере ее прохождения, затвердевает и предварительно остывает в печи от 950-1250°С до 800-1000°С, а затем через разгрузочную течку (в горячем конце печи) поступает  в холодильное устройство.

Охлаждение  керамзитового гравия в холодильных  устройствах производится до 50-70°С с целью:

а) получения  готовой продукции наилучшего качества, так как при неравномерном  охлаждении возникают внутренние напряжения, которые рано или поздно могут  привести к образованию в материале  трещин или к его разрушению;

б) обеспечения  нормального проведения последующих  технологических операций – внутрицеховой  транспортировки и складирования, так как предназначенное для  проведения этих операций оборудование не может работать при высоких  температурах материала;