2. Технологическая часть

   1. Выбор и технико-экономическое обоснование технологии производства

Технологический процесс производства керамзито­вого гравия складывается из следующих операций: карьерные работы — добыча обработка глины – формование гранул – сушка – обжиг – охлаждение и сортировка керамзита.

В зависимости от структурно-механических свойств глинистой породы ее переработка осуществляется тремя способами: сухим, пластическим и мокрым. Соответственно различают сухой, пластический и мокрый способы производства керамзита.

Сухой способ применяют при наличии твердого, камнеподобного хорошо вспучивающегося глинистого сырья (шунгиты, аргиллиты, глинистые сланцы), поддающегося при карьерной влажности дроблению и рассеву. Предельная влажность такого сырья не должна превышать: 12% —для пород средней пластичности и 18% —для пород высокой пластичности. При этом способе гранулы сушат, и только затем отправляют на обжиг. Способ наиболее экономичен.

Пластический способ применяют при наличии рыхлого глинистого сырья, хорошо намокающего в воде, с карьерной влажностью ниже или равной их формовочной влажности (18-28%). Сырье в увлажненном состоянии перерабатывается в вальцах, глиномешалках. Затем из пластичной массы формуют на шнековых прессах сырцовые гранулы в виде цилиндров с дальнейшим их окатываением. Для улучшения свойств керамзита в глиняную массу иногда вводят железистые и органические добавки.

Порошково-пластический способ применяют для неоднородного по составу глинистого сырья. При любой его влажности необходима предварительная сушка. Сырье подвергают измельчению, получая порошок. Из которого при добавлении воды формуют гранулы. Способ требует дополнительных затрат на сушку, но при этом качество подготовки неоднородного сырья значительно возрастает.

Мокрый (шликерный) способ применяют при наличии глин с высокой формовочной влажностью, высоковязких глин и с высоким содержанием каме нистых включений (более 10%), влажностью свыше 28%. Способ является бесформовочным. Сырье поступает в глиноболтушки, откуда с влажностью 50% шликер (шлам) поступает во вращающиеся печи. Способ не получил широкого распространения из-за высоких энергозатрат.

Рассмотрим более подробно каждый способ производства.

Сухой. При этом способе глиняные гранулы не формуются, а образуются дроблением и рассевом карьерной глины. Его можно и целесообразно применять при работе с камнеподобными хрупкими глинистыми породами (глинистые сланцы, аргиллиты), трудно размокающими в воде. При дроблении такие глины должны давать объемную крошку с относительно небольшим выходом мелочи — до 15%. Если глины обладают ярко выраженной спайностью и при дроблении дают большое количество «лещади» - тонких пластинок, то для производства керамзита они не пригодны, так как лещадь практически не вспучивается. Кроме того, при этом способе подготовки гранул порода не должна содержать включений известняка, ибо при этом способе удалить их из глины невозможно.

Гранулы подсушивают при карьерной влажности глины более 8%, в связи с чем сушильный барабан размещают с возможностью его обхода. При грохочении дробленой глины необходим ее рассев по фракциям с тем чтобы в последующем каждую фракцию обжигать в отдельной печи, ибо режим обжига должен быть дифференцированным в зависимости от крупности фракции. Фракцию с размером зерен более 20 мм возвращают на дробление, а фракция менее 5 мм может быть использована для обжига па песок. Совместный обжиг мелкой фракции с крупной может привести к свариванию обжигаемых гранул в конгломерат.

Компоновка оборудования значительно упрощается при использовании для дробления и сортировки гранул дробильно-сортировочной установки СМ-739/740.

Сухой способ наиболее экономичен по капиталовложениям и эксплуатационным затратам. Однако возможность его применения ограничена, так как месторождения камнеподобных высоковспучивающихся глин встре­чаются в нашей стране сравнительно редко, а повышать вспучиваемость глин введением добавок при этом способе невозможно.

Способ пластического формования гранул. При этом способе их формуют из пластичной глиняной массы. Его целесообразно применять для глин с рыхлой и плотной структурой, намокающих в воде, когда их карьерная влажность равна или ниже нормальной формовочной влажности. Содержание каменистых включений в глине не должно превышать 10%, а включения известняка должны иметь размер не более 1 мм.

Типичная схема подготовки гранул при этом способе такова: ящичный подаватель с рыхлителем – дезинтеграторные вальцы – двухвальная глиномялка – дырчатые вальцы перерабатывающие – дырчатые вальцы формующие – сушильный барабан – глина – твердые добавки – жидкие добавки – вращающаяся печь.

Предпочтительно иметь крытый механизированный глинозапасник, который обеспечивает стабильную влажность глины, поступающей в производство, исключает перебои в работе оборудования из-за транспортных трудностей и погодных условий и дает возможность эксплуатировать карьер в одну смену при трехсменной работе остального оборудования. При его отсутствии открытый склад глины все же обеспечивает лучшие условия эксплуатации оборудования, чем при работе с непо­средственной подачей в производство карьерной глины. Наличие двух глиномялок встречается довольно редко, хотя двойная переработка глины в глиномешалках заметно улучшает качество керамзита.

На многих действующих заводах установлены одни дырчатые вальцы, которые одновременно являются и перерабатывающими, и формующими. Однако практика показала, что в этом случае гранулы получаются с посеченной поверхностью и как следствие более тяжелыми и пониженной прочности. Производительность дырчатых вальцов зависит от диаметра формуемых гранул и изменяется от 8 м³/ч при d=7 мм до 25 м³/ч при d=18 мм.

При назначении диаметра формуемых гранул следует учитывать, что кривая зависимости объемной массы вспученной гранулы от ее диаметра в сырце имеет экстремальный характер и, следовательно, каждой глине соответствует некоторый диаметр сырцовых гранул, дающий керамзит с минимальной объемной массой.

Перед обжигом гранулы сушат не всегда. В некоторых случаях отмечается повышенная вспучиваемость гранул при их поступлении в печь непосредственно с формовочной машины без предварительной сушки. Однако такая схема применима только при высокой трещиностойкости глин в сушке и высокой их вспучиваемости. В последнем случае, если гранулы в печи даже разрушаются, то их осколки все равно будут вспучиваться, давая легкий керамзит. Осколки же гранул из средне- и слабовспучивающихся глин в обжиге почти не вспучиваются и заметно утяжеляют керамзит.

Работа без предварительной сушки гранул неудобна еще и тем, что в этом случае формовочное отделение должно работать в три смены, а перебои в работе формовочного оборудования немедленно вызывают нарушения в работе печь. Но даже при отсутствии видимых перебоев в работе глиноперерабатывающего оборудования колебания в пи­тании печи полуфабрикатом в условиях отсутствия буферного запаса сухих гранул довольно велики из-за неравномерной работы ящичного подавателя. Колебания его производительности по исследованиям НИИ керамзита составляют (в %): суточные ±19, часовые ±70, минутные ±100 при допустимых для нормальной работы печи ±7,5. Поэтому наличие сушильного барабана и буферного запаса гранул является важнейшей предпосылкой для нормальной работы печи.

Влажность выходящих из сушильного барабана гранул составляет 12-14%. Бункера запаса высушенных гранул надежно работают лишь при наличии приточно-вытяжной вентиляции для эвакуации водяных паров, выделяющихся из горячих гранул. При отсутствии такой вентиляции происходит зависание гранул в бункерах.

Добавки подготовляют и вводят следующим образом: опилки и уголь просевают для отделения крупных фракций и дозируют ленточным или тарельчатым питателем на конвейер или глиномешалку (прямой ввод).

Низковязкие жидкие добавки специальной подготовке не требуют; их вводят в глиномешалку, распиливая механическими, предварительно тарированными форсунками. Высоковязкие добавки подогревают в специальных паровых теплообменниках до 80-100° С и затем также вводят распылением.

Эмульсионные добавки приготовляют тщательным перемешиванием в турбулентном диспергаторе предварительно разогретого мазута и глинистой суспензии (стабилизатора) до получения устойчивой тонкой дисперсии мазута в воде.

Равномерность распределения добавок в глине резко возрастает при об работке ее в вибрационной глиномялке, конструкция которой в настоящее время создается.

Опудривание сырых гранул огнеупорной глиной или каолином дает возможность обжигать гранулы при более высокой температуре и за счет этого понизить объемную массу керамзита и повысить объемную произво­дительность печи. Примерный расход опудривающего порошка составляет 3-5% массы сырцовых гранул. Опудривающий порошок можно приготовлять по схеме: ящичный подаватель – дезинтеграторные вальцы – шахтная мельница---отходящие газы – комбинированная установка из мультициклонов и рукавных фильтров – бункер опудривающего порошка.

Тонкость помола опудривающего порошка должна со­ответствовать полному проходу через сито с отверстиями размером 0,315 мм. Опудривание производят в барабане, устанавливаемом после формовочной машины.

Пластический способ является более сложным и дорогим, чем сухой, но зато он допускает использование глин более распространенных разновидностей и дает возможность вводить в глину добавки, повышающие ее вспучиваемость. В силу этого он получил в нашей стране преимущественное распространение.

Шликерный способ является бесформовочным. Во вращающуюся печь подают глиняный шликер, и гранулы образуются самопроизвольно в самой печи. Этот способ целесообразно применять, когда карьерная влажность глин выше формовочной, а также для глин, природную структуру которых трудно разрушить способами пластической переработки, при добавках высоковязких глин и при значительном содержании каменистых включений в глине (более 10%).

Для первичного дробления глины можно применять дезинтеграторные вальцы, валково-зубчатые дробилки и дисковые глинорезки конструкции Обуховского ДСК.

Глиняный шликер приготовляют в глиноболтушках грабельного типа. Диаметр их достигает 12 м, а производительность — 60 т по сухому весу. Достоинством их является безаварийная работа с глинами, засорены каменистыми включениями, в том числе и крупными кремневыми. Крупные каменистые включения задерживаются выпускной решеткой глиноболтушки, остаются в ней и периодически удаляются. Мелкие включения размером 0,5-10 мм необходимо отделять на дуговом сите, на которое шликер подается под давлением 0,2-0,3 МПа. Приготовленный шликер, должен иметь текучесть 10 сек и растекаемость 65—75 мм; ее определяют на приборе МХТИ-2.

Для понижения влажности шликера в него вводят электролиты. Запас шликера храпят в специальных емкостях – шлам-бассейнах. Они бывают вертикальные диаметром 8 м, вместимостью 1000 м³ с пневматическим перемешиванием, а также горизонтальные круглые диаметром 35 м, вместимостью 6000 м³ с крановыми мешалками и пневматическим перемешиванием.

Шликерный способ обладает серьезными достоинствами: он является наиболее универсальным и позволяет использовать глины с более широким диапазоном свойств. Значительно упрощается при этом способе решение задачи очистки глины от каменистых и карбонатных включений. Глину можно размораживать в глиноболтушках. Поэтому отпадает необходимость утеплять за­пас глины для работы в зимнее время. Керамзит получается более легким и более мелким, чем при пластическом способе.

К недостаткам этого способа следует отнести повышенный расход топлива и снижение производительности печи примерно на 25—30% в связи с необ ходимостью испарять большое количество влаги.

Промежуточным между пластическим и шликерным способом производства является бесформовочный способ, при котором в печь подают не жидкую, а вязкотекучую бесформенную глиняную массу с примерной влажностью 30-35%, предварительно обработанную на бегунах или гладких вальцах. Такая масса гранулируется в зоне подсушки печи под воздействием цепных завес. Этот способ получил распространение в странах Западной Европы.

В данном курсовом проекте в качестве сырья используем слабовспучивающиеся глины, поэтому уместным считаю выбрать способ пластического формования.