Производство керамики

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.