Заполнители бетона. 2

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………………4

2. НОМЕНКЛАТУРА ПРОДУКЦИИ…………………………………………………...5

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ……………………………………………………….8

3.1. Сырье………………………………………………………………………………………8

3.2. Топливо…………………………………………………………………………………..10

3.3. Выбор и обоснование способа производства…………………………………..11

3.4. Описание схемы технологического процесса………………………………….13

3.5. Материальный баланс цеха термической обработки

зольного гравия……………………………………………………………………………...15

3.6. Режим работы………………………………………………………………………….17

3.7. Выбор и расчет основного технологического оборудования………………20

3.8 Расчет складов готовой продукции………………………………………………..24

3.9 Контроль производства……………………………………………………………….25

4. Охрана труда……………………………………………………………………………...26

4.1 Мероприятия инженерной  защиты окружающей среды……………………..27

5. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………………………29

1. Вводная часть.

В нашей стране придается большое значение вопросу утилизации отходов. Существует необходимость шире использовать вторичное сырье и отходы других отраслей для производства строительных материалов. Ежегодный выброс зол и шлаков от пылевидного сжигания твердого топлива на ТЭС составляет свыше 100 млн.т. Однако их использование, как сырья в народном хозяйстве еще не достаточно. Применение золошлаков не только решает вопрос обеспеченности сырьем, но и позволяет повысить качество продукции при одновременном снижении ее себестоимости.

Главный источник обеспечения потребности строительства и строительной индустрии нашей страны пористыми заполнителями для легких бетонов - специально созданная промышленность искусственных пористых заполнителей. Эта новая отрасль быстро развивается: если в 1960 г. в СССР действовало 20 предприятий общей мощностью немногим более 1 млн. м3, то в 1970 г.- около 200 предприятий и выпущено более 13 млн. м3 искусственных пористых заполнителей, а в 1987 г.- более 400 предприятий общей мощностью около 50 млн. м3 в год. Предприятия по производству искусственных пористых заполнителей создаются там, где в них есть потребность, и базируются они, как правило, на местных источниках сырья.

Повсеместным и неисчерпаемым источником сырья для производства искусственных пористых заполнителей являются золошлаковые отходы ТЭС.

Экономический эффект от применения золошлаков достигается за счет снижения марки и удельных капвложенийв сравнении с действующим производством керамзита. Вместе с тем затраты на организацию и содержание отвалов зол, шлаков и отходов углеобогащения составляют ежегодно около 400 млн.руб. не считая потерь пахотных земель под отвалами. Основным потребителем зол и шлаков ТЭС является промышленность стеновых материалов, где они служат эффективной топливосодержащей выгорающей и отощающей добавкой.

Следует отметить, что сырьем для производства обжигового зольного гравия служат золы теплоэлектростанций, в том числе и из отвалов после их гидроудаления. Насыпная плотность зольного гравия - 350-800 кг/м3. Предел прочности при сдавливании в цилиндре приблизительно соответствует требованиям к керамзитовому гравию той же насыпной плотности. Применение золошлаков не только решает вопрос обеспеченности сырьем, но и позволяет повысит качество изготавливаемой продукции при одновременном снижении ее себестоимости. Например производство- конструкционно-теплоизоляционных бетонов. [1]

2. Номенклатура продукции.

Номенклатура выпускаемой продукции взята в соответствии с ГОСТ 9757-90.Настоящий стандарт распространяется на обжиговый зольный гравий, применяемый в качестве заполнителя при приготовлении легких бетонов по ГОСТ 25820 и силикатных бетонов по ГОСТ 25214, а также теплоизоляционных и звукоизоляционных засыпок.

Пористые заполнители подразделяют на природные, искусственные и заполнители из отходов промышленности. Искусственные пористые заполнители отличаются более высоким качеством и эффективностью использования в бетонах. К искусственным пористым заполнителям, которые в данной курсовой работе будем рассматривать, относят керамзит, аглопорит, вспученный перлит, вспученный вермикулит, шлаковую пемзу, зольный гравий. Из отходов промышленности используют топливные шлаки и золы. 

Искусственные пористые заполнители: 

Керамзит — продукт обжига вспучивающихся глин. Его получают в виде гранул округлой формы размером 5...40 мм (керамзитовый гравий). При нагреве до температуры 1100... 1200° С в легкоплавкой глине начинаются процессы газовыделения.[2] В этом же температурном интервале глина размягчается. Образующиеся газы вспучивают массу.   
Получаемые в результате обжига гранулы керамзита напоминают в изломе структуру застывшей пены. Поры большей частью замкнутые, размером не более 1 мм. Этот легкий и прочный заполнитель с насыпной плотностью не более 600 кг/м3 — основной материал для изготовления легкобетонных конструкций.  
       Керамзитовый песок получают дроблением некондиционных зерен керамзитового гравия до крупности 0.16...5 мм либо путем обжига сырья во взвешенном состоянии.  
       Аглопорит выпускают в виде пористого щебня, гравия или песка и получают при обжиге на спекательных (агломерационных) решетках глиносодержащего сырья, топливных зол или шлаков с добавкой 8...10% топлива (каменного угля). Высокая температура, развивающаяся при сгорании угля, приводит к спеканию шихты, а образующиеся газы несколько вспучивают массу, что в итоге приводит к получению пористого материала.  
       Вспученные перлит и вермикулит получают высокотемпературной обработкой сырья, содержащего небольшое количество химически связанной воды. Для изготовления вспученного перлита сырьем служат вулканические стеклообразные породы (перлит, обсидиан), а для вспученного вермикулита — гидрослюды. При температуре около 1000 °С обжигаемая порода размягчается, а образующийся водяной пар вспучивает частицы, увеличивая их в 5...20 раз. Получаются весьма легкие пористые заполнители — шебень и песок, используемые в основном для производства теплоизоляционного бетона.[2]   
       Шлаковую пемзу изготовляют путем поризации расплава металлургического шлака при быстром охлаждении его водой. Куски шлаковой пемзы дробят и разделяют на фракции. Это один из самых дешевых пористых заполнителей, но не самый лучший: шлаковая пемза слишком тяжела.  

Заполнители из отходов промышленности:

       Топливные шлаки образуются в топках при спекании и частичном вспучивании неорганических примесей, содержащихся в угле. Этот материал характеризуется значительной неоднородностью свойств, что ограничивает его применение в качестве пористого заполнителя.[1]   
       Пылевидная зола теплоэлектростанций (зола-унос) образуется при сжигании размолотого каменного угля. Ее используют как мелкий заполнитель в легких бетонах при условии, что содержание частиц несгоревшего топлива не превышает установленных пределов (как правило, не более 5 % по массе).  
       Основная характеристика пористого заполнителя — насыпная плотность в сухом состоянии. Для крупного пористого заполнителя установлены марки по насыпной плотности от 250 до 1200 кг/м3, а для пористого песка — от 100 до 1400 кг/м3. Крупные пористые заполнители поставляют раздельно по фракциям 5... 10, 10...20 и 20...40 мм.  Прочность определяют путем раздавливания пробы крупного пористого заполнителя в цилиндре. Значения прочности для каждого вида заполнителей различны. У керамзитового гравия, например, она составляет 0,6...2,5 МПа. Морозостойкость пористых заполнителей должна соответствовать марке не ниже F15. Благодаря развитой системе пор заполнители способны поглощать значительное количество воды затворения, причем скорость водопоглощения особенно велика в первые 15...20 мин, т.е. в момент приготовления и укладки легкобетонной смеси. Интенсивное впитывание воды в первоначальные сроки связано с наличием крупных пор. В дальнейшем постепенно насыщаются тонкие поры и капилляры.[1]    

Мною будет разработана технология производства зольного обжигового гравия. Зольный гравий получают гранулированием подготовленной золо-шлаковой смеси или золы-уноса ТЭС с последующим спеканием и вспучиванием во вращающейся печи при температуре 1150-1250 °С. В исходном сырье содержание Fе203 должно быть не менее 7%, (СаО + Мg0) -не более 8%. При содержании в сырье более 3% остатков топлива процесс вспучивания гранул ухудшается. Обжиговый зольный гравий следует выпускать в соответствии с требованиями действующего стандарта: от 5 до 10; от 10 до 20; от 20 до 40 мм. По согласованию изготовителя с потребителем допускается изготовление гравия от 2,5 до 10 мм и смеси фракций от 5 до 20 мм и для теплоизоляционных засыпок от 5 до 40 мм.[8]                                   

Зерновой состав обжигового зольного гравия каждой фракции должен соответствовать указанному в таблице 1.

Таблица 1  Зерновой состав обжигового зольного гравия

Примечание. D, d - соответственно наибольший и наименьший номинальные диаметры контрольных сит. 

В зависимости от насыпной плотности обжиговый зольный гравий подразделяют на марки, приведенные в таблице 2.

Таблица 2  Марки по насыпной плотности

Фактическая марка по насыпной плотности обжигового зольного гравия минимальная 350, максимальная 800.

Обжиговый зольный гравий должен быть морозостойким и обеспечивать требуемую марку легкого бетона по морозостойкости. Потеря массы после 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания не должна превышать 8%.

В обжиговом зольном гравии, применяемом в качестве заполнителя для армированных бетонов, содержание водорастворимых сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO3 не должно превышать 1% по массе.[8]

3. Технологическая часть.

3.1 Сырье.

Для получения зольного гравия применяют:

-отвальный золошлак,

-пиритные огарки,

-СДБ,

-воду.

В качестве основного компонента шихты предполагается использовать отвальный золошлак.

Для оценки качества золошлакового сырья применяется комбинационно-химический метод анализа. По этому методу золошлаки разделяют на шесть зон и золе каждой зоны свойственны определенные характерные свойства.

Рисунок 1 Диаграмма оценки качества сырья для производства

 зольного гравия

Золошлаки I зоны  легкоплавкие и характеризуются высоким содержанием окиси кальция (CaO более 8%) и наибольшим содержанием тугоплавких окислов (SiO2+Al2O3-<69%) . Качественный зольный гравий можно получить только при содержании CaO>30% и недожоге менее 3%. Зольный гравий из такого сырья по своим свойствам (М менее 500 и прочность на сжатие более 10 кг/) пригоден для легких конструкционных ботонов.

Золошлаки II зоны высокожелезистые (Fe2O3 более 15% и FeO до 20%). Они также склонны к сильному коржеванию из-за высокого содержания FeO, что затрудняет получение качественного заполнителя.

В III зоне из-за большого содержания механического недожога ( более 10%) достичь качественного спека не представляется возможным.

Зола IV зоны является оптимальной для изготовления прочного (при недожоге 3-7%) и вспученного (при недожоге менее 3%) зольного гравия. Состав золы в этой зоне характеризуется следующими показателями:

-Fe2O3-7÷15%

-CaO-менее 8%

-SiO2+Al2O3-69÷85%

-недожог- менее 7%

В этом случае замечено, что чем больше Fe2O3, тем более прочный спек получается при обжиге.

Зола V зоны характеризуется высоким содержанием угля и высокой температуры плавления. Оба фактора исключают возможность получения качественного спека золы.

Зола VI зоны отличается высокой температурой спекания из-за крайне низкого содержания легкоплавких компонентов (FeO+CaO+R2O- менее 13%) и бедности железистыми компонентами (Fe2O3- менее 7%). Это затрудняет получение качественного спека при принятой температуре спекания до 1300 С. Доказано, что при соответствующей подготовке зола всех зон может быть приведена к состоянию отвечающему оптимальной, четвертой зоне. Корректировку производят устранением механического недожога и добавкой плавней.

Добавки.

Для улучшения свойств зольного гравия и интенсификации физико-хими-ческих процессов образования этого материала, повышения качества, роста производительности применяют добавки. По физическому состоянию добавки подразделяются на твердые и жидкие.

В качестве связующего предполагается использовать сульфитно-дрожжевую барду, соответствующую требованиям ГОСТ 81-79-74. СДБ является отходом целлюлозно-бумажной промышленности и представляют собой смесь кальциевых, натриевых и аммониевых солей с примесью редуцирующих веществ. В производстве зольного гравия СДБ применяют в качестве связующего и пластифицирующего вещества. В данном производстве используют СДБ марки КБЖ-5 (концентрат барды жидкий).[2]

СДБ должна соответствовать следующим физико-химическим показателям:

-внешний вид: однородная, густая, жидкость темно-коричневого  цвета;

-содержание сухих веществ  в растворе должно быть не  менее 50%;

-содержание нерастворимых  веществ должно быть не более 1,3%;

Обычно СДБ поставляют с плотностью равной 1,2÷1,25 г/.

Экспериментально установлено, что оптимальная плотность СДБ, для изготовления зольного гравия должна быть 1,06 г/.

При меньшей плотности существеyно ослабляются свойства СДБ, а применение СДБ большей плотности способствует развитию эффекта склеивания гранул, что увеличивает себестоимость изготовления зольного гравия. Поэтому концентрат СДБ разбавляют водой.[1]

Вода, применяемая для изготовления зольного гравия должна соответствовать требованиям ГОСТ 23732-2011 ,,Вода техническая”.

Для корректировки химического состава золошлаковой смеси применяют пиритные огарки. Пиритные огарки — отходы, образующиеся при переработке железного колчедана (FeS2, пирита) в серную кислоту. При обжиге обогащенного пиритного концентрата получают диоксид серы, который в дальнейшем перерабатывают в серную кислоту, а в качестве твердого отхода образуется пиритный огарок. Пиритные огарки состоят в основном из железа и имеют следующий химический состав: Fe2O3 56—77%, SiO2 9—22%, Аl2О3 1 — 18%, СаО 0,8—5%, MgO 0,1—0,2%.[1] Пиритные огарки должны соответствовать ТУ 113-08-408-78 и отвечать следующим требованиям по физико-химическим свойствам:

-внешний вид: мелкий рассыпчатый  порошок бурого цвета;

-содержание влаги: не  более 28%;

-содержание железа в  пересчете на Fe2O3 не менее 62%;

Опудривающий порошок применяют для увеличения температурного интервала вспучивания сырья и снижения насыпной плотности, уменьшения избытка воздуха и сокращения расхода топлива на обжиг.

Применение добавок, особенно комплексных дает возможность увеличить коэффициент вспучивания шихты в два-три раза, соответственно уменьшить насыпную плотность зольного гравия, существенно снизить его себестоимость и увеличить производительность печей.[2]

3.2 Топливо.

При производстве искусственных заполнителей применяют твердое, жидкое и газообразное топливо. Топливо состоит из горючей части, влаги и минеральной массы. Одной из важнейших характеристик топлива является теплота сгорания. Различается высшая и низшая теплота сгорания.

Характеристики твердых топлив.

В соответствии со стандартами угли делят на бурые, каменные и антрациты.

Бурые угли (марка Б) имеют теплоту сгорания массы влажного беззольного угля Qs<23830 кДж/кг. В зависимости от влажности подразделяются на Б1 (влажность на рабочую массу Wt>40%); Б2 (Wt=30-40%); Б3 (Wt<30%).

Каменные угли имеют Qs>23830 кДж/кг и V>9%. Подразделяются на следующие марки: длиннопламенные, газовые, газовые жирные, жирные, коксовые жирные, коксовые, отощенные спекающиеся, тощие, слабоспекающиеся.

Антрациты характеризуются V<9% и их подразделяют в зависимости от объемного выхода летучих составляющих на полуантрациты (ПА V=220-330 /г) и собственно антрациты (А V<220 /г). Полуантрациты имеют несколько более высокую теплоту сгорания (Qi>35200 кДж/кг).[2]

Характеристика жидких и газообразных топлив.

Виды жидкого топлива: мазут, газовый конденсат, дизельное топливо, бензин, керосин и др.

Для оценки теплоты сгорания жидкого топлива можно использовать соотношение Qi=Ki*29260 кДж/кг, где Ki=1,4(мазут), 1,43(дизельное топливо), 1,47(керосин), 1,5(бензин).

Газовое топливо- смесь разнообразных горючих и негорючих газов, а так же частичек пыли. В качестве газообразного топлива могут применяться природный, нефтепромысловый, нефтезаводской, коксовый, полукоксовый, водяной, генераторный, доменный газы, а также шахтные (метан, водород, газы процессов брожения).

В производстве искусственных пористых заполнителей используют, как правило, мазут. Мазут- это густая жидкость темно-коричневого цвета, остаток после отгона из нефти бензина, керосина и фракций дизельного топлива (плотность 0,89-1,00 г/, теплота сгорания 39,4-40,7 МДж/кг)

Для производства обжигового зольного гравия лучше всего применять мазут, так как он является самым дешевым и доступным видом жидкого топлива. [2]

3.3 Выбор и обоснование способа  производства.

В настоящее время разработано несколько способов производства искусственных пористых заполнителей на основе золы, шлаков и злакошлаковых смесей. Условно их можно подразделить на две группы:

1. Способы, основанным  технологическим  переделом которых является высокотемпературная  обработка ( обжиг, спекание).

2. Способы, основанным  технологическим  переделом которых является низкотемпературная  обработка ( сушка, пропаривание) полуфабрикатов.

Пористые заполнители получают по первому способу, к ним относятся аглопоритовый щебень, зольный гравий и глиноземный керамзит. Прочность пористого продукты здесь обеспечивается за счет образования термопластического расплава в период высокотемпературной обработки материала.

Обжиговый зольный гравий получают в противоточных вращающихся печах по технологии, принятой в производстве керамзита. Способ производства зольного гравия был предложен в конце 50-х годов начале 60-х. Он базируется на технологии разработанной ВНИПИ ,,Теплопроект” под руководством А.С. Панина.

Выбор способа переработки сырья определяется свойствами исходного сырья, а качество заполнителя зависит от режима термической обработки, при котором создаются оптимальные условия вспучивания подготовленных сырцовых гранул (зерен).

Наибольшее распространение получил пластический способ. Рыхлое сырье по этому способу перерабатывается в увлажненном состоянии в вальцах, глиномешалках и других агрегатах (как в производстве кирпича). Затем из пластичной массы 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 гравия. Поэтому целесообразна тщательная переработка глинистого сырья и формование плотных гранул одинакового размера. Размер гранул задается исходя из требуемой крупности обжигового зольного гравия и установленного для данного сырья коэффициента вспучивания.

Гранулы с влажностью примерно 20 процентов 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.

Мокрый (шликерный) способ заключается в разведении золы 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.

 В данной работе представлена технология производства обжигового зольного гравия по порошково-пластическому способу.

Порошково-пластический способ отличается от пластического тем, что вначале помолом сухого 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 гравия и его более высокое качество оправдывают произведенные затраты. С точки зрения золоемкости, производство зольного гравия является по порошково-пластическому способу является более эффективным, так как позволяет применять в качестве сырьевой смеси золу и золошлаки без добавки глины.[2]

3.4 Описание схемы технологического  процесса.

Отделение подготовки сырья. 

Сырьевые материалы- отвальный золошлак ТЭС и пиритные огарки доставляются в теплый склад автотранспортом, где хранятся в приемных отсеках. Пиритные огарки могут доставляться в ж/д вагонах и разгружаться в цеховом теплом складе. На складе золошлак и пиритные огарки грейферным краном поочередно разгружаются в ящичный питатель, из которого ленточным конвейером смесь сырьевых компонентов подается в сушильный барабан, где происходит сушка до W не более 5% по массе. Сушка основана по принципу противотока, при котором горячие газы при помощи дымососа движутся против направления движения материала, кроме обогрева, очищают материал от пыли и мелкой крошки, которые они выносят из барабана через отводящие газоводы в циклоны. В циклонах газ очищается и удаляется в атмосферу, а пыль и крошка собираются в бункерах, установленных под циклонами. Высушенный золошлак непрерывно поступает в шаровую мельницу, где измельчается до удельной поверхности в 3000 /г.