Керамзит

1.Введение:

Керамзит представляет собой легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия, реже в виде щебня, получаемый при обжиге легкоплавких глинистых пород, способных всучиваться при быстром нагревании их до температуры 1050 – 1300 С в течение 25–45 мин. Качество керамзитового гравия характеризуется размером его зерен, объемным весом и прочностью. В зависимости от размера зерен керамзитовый гравий делят на следующие фракции: 5 – 10, 10 – 20 и 20 – 40 мм, зерна менее 5 мм относят к керамзитовому песку. В зависимости от объемного насыпного веса (в кг/м3) гравий делят на марки от 150 до 800. Водопоглощение керамзитового гравия 8–20 %, морозостойкость должна быть не менее 25 циклов. 

Керамзит применяют в качестве пористого заполнителя для легких бетонов, а также в качестве теплоизоляционного материала в виде засыпок.

 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 гравий используют в качестве заполнителя при изготовлении легкобетонных конструкций. 

 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.

Некоторые глины при обжиге вспучиваются. Например, при производстве глиняного кирпича один из видов брака— пережог — иногда сопровождается вспучиванием. Это явление использовано для получения из глин пористого материала — керамзита.

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

Источниками газовыделения являются реакции восстановления окислов железа при их взаимодействии с органическими примесями, окисления этих примесей, дегидратации гидрослюд и других водосодержащих глинистых минералов, диссоциации карбонатов и т. д. В пиропластическое состояние глины переходят, когда при высокой температуре в них образуется жидкая фаза (расплав), в результате чего глина размягчается, приобретает способность к пластической деформации, в то же время становится газонепроницаемой и вспучивается выделяющимися газами.

Для изготовления керамзитобетонных изделий нужен не только керамзитовый гравий, но и мелкий пористый заполнитель. Керамзитовый песок — заполнитель для легких бетонов и растворов с размером частиц от 0,14 до 5 мм получают при обжиге глинистой мелочи во вращающих и шахтных печах или же дроблением более крупных кусков керамзита. 

Производство керамзитового песка по обычной технологии во вращающейся печи неэффективно. Некоторая примесь песчаной фракции получается при производстве керамзитового гравия за счет разрушения части гранул в процессе термообработки, однако он сравнительно тяжелый, так как мелкие частицы глинистого сырья практически не вспучиваются (резервы газообразования исчерпываются раньше, чем глина переходит в пиропластическое состояние). Кроме того, в зоне высоких температур мелкие гранулы разогреваются сильнее крупных, при этом, возможно, их оплавление и налипание на зерна гравия.

На многих предприятиях керамзитовый песок получают дроблением керамзитового гравия, преимущественно в валковых дробилках. Себестоимость дробленого керамзитового песка высока не только в связи с дополнительными затратами на дробление, но главным образом потому, что выход песка всегда меньше объема дробимого гравия. Коэффициент выхода песка составляет 0,4—0,7, т. е. в среднем из 1 м3 гравия получают только около 0,5 м3 дробленого керамзитого песка. При этом почти вдвое возрастает его насыпная плотность.

В настоящее время при получении керамзитового песка лучшей считают технологию его обжига в кипящем слое.

В вертикальную печь загружается глиняная крошка крупностью до 3 или 5 мм, получаемая дроблением подсушенной глины или специально приготовленных по пластическому способу и затем высушенных гранул. Через решетчатый (пористый) под печи снизу под давлением подают воздух и газообразное топливо (или же горячие газы из выносной топки). При определенной скорости подачи газов слой глиняной крошки разрыхляется, приходит в псевдоожиженное состояние, а при ее увеличении как бы кипит. Газообразное топливо сгорает непосредственно в кипящем слое. Благодаря интенсификации теплообмена в кипящем слое происходит быстрый и равномерный нагрев материала. Частицы глины обжигаются и вспучиваются примерно за 1,5 мин. Перед подачей в печь обжига глиняная крошка подогревается в кипящем слое реактора термоподготовки примерно до 300 °С, а готовый песок после обжига охлаждается в кипящем слое холодильного устройства. Насыпная плотность получаемого керамзитового песка— 500—700 кг/м3. К зерновому составу керамзитового песка предъявляются требования, аналогичные требованиям к природному песку, но крупных фракций в нем должно быть больше.

Проблему получения керамзитового песка, достаточно эффективного по свойствам и себестоимости, нельзя считать полностью решенной. Часто при получении керамзитобетона в качестве мелкого заполнителя применяют вспученный перлит, а также природный песок. 



Сырье.

Сырьем для производства керамзита служат глинистые породы, относящиеся в основном к осадочным горным. Некоторые   камнеподобные   глинистые породы — глинистые сланцы, аргиллиты — относятся к метаморфическим.

Глинистые породы отличаются сложностью минералогического состава и, кроме глинистых минералов (каолинита, монтмориллонита, гидрослюды и др.) содержат кварц, полевые шпаты, карбонаты, железистые, органические принеси.

Глинистые минералы слагают глинистое вещество — наиболее дисперсную часть глинистых пород (частицы мельче 0,005 мм). Собственно глинами называют глинистые породы, содержащие более 30% глинистого вещества.

Для производства керамзита наиболее пригодны монт-мориллонитовые и гидрослюдистые глины, содержащие не более 30% кварца. Общее содержание SiO2 должно быть не более 70%, А12О3 — не менее 12% (желательно около 120%), Fe2O3 + FeO — до 10%, органических примесей -1-2%.

Пригодность того или иного глинистого сырья для производства керамзита устанавливают специальным исследованием его свойств. Важнейшее из требований к сырью -вспучивание при обжиге.

Вспучиваемость характеризуется коэффициентом вспучивания



где VК — объем вспученной гранулы керамзита; 

      Vc — объем сухой сырцовой гранулы до обжига.

Второе требование к сырью (в значительной степени связанное с первым) — легкоплавкость. Температура обжига должна быть не выше 1250°С, и при этом переход значительной части наиболее мелких глинистых частиц в расплав должен обеспечить достаточное размягчение и вязкость массы. Иначе образующиеся при обжиге глины газы, не удерживаемые массой, свободно выйдут, не вспучив материал.

Третье из важнейших требований — необходимый интервал вспучивания. Так называют разницу между предельно возможной температурой обжига и температурой начала вспучивания данного сырья. За температуру начала вспучивания принимают ту температуру, при которой уже получается керамзит с плотностью гранулы 0,95 г/см3. Предельно возможной температурой обжига считается температура начала оплавления поверхности гранул.

Для расширения температурного интервала вспучивания используют такой прием, как опудривание сырцовых глиняных гранул порошком огнеупорной глины, что позволяет повысить температуру обжига и при этом избежать оплавления гранул.







Применение.

Наиболее широкое применение керамзитобетон находит в качестве стенового материала. В ряде районов страны стеновые панели из керамзитобетона стали основой массового индустриального строительства. Особенно эффективно применение для стеновых панелей хорошо вспученного легкого керамзитового гравия марок 300, 400, до 500 (по насыпной плотности).

Плотность конструкционно-теплоизоляционного керамзитобетона для однослойных стеновых панелей, как правило, составляет 900—1100 кг/м3, предел прочности при сжатии — 5—7,5 МПа. Такой бетон в конструкции выполняет одновременно несущую и теплоизоляционную функции. В двух- или трехслойных стеновых панелях требуемую несущую способность может обеспечить слой (или два слоя) конструкционного керамзитобетона, а теплозащитную — слой крупнопористого теплоизоляционного керамзитобетона плотностью 500—600 кг/м3.

Исследования, проведенные в Белорусском политехническом институте (С.М.Ицкович, Г.Т.Широкий и др.), Алма-Атинском НИИстромпроекте (М.3.Вайнштейн, В.П.Грицай и др.), Уралниистромпроекте (Г.В.Геммер-линг, А.Н.Чернов и др.),  показали, что переход от однослойной конструкции панелей к двух- или трехслойной с разделением несущей и теплозащитной функций стен и возложением их на соответствующие слои конструкционного и теплоизоляционного керамзитобетона повышает качество и надежность панелей, снижает их материалоемкость.

Теплоизоляционный крупнопористый керамзитобетон - самый легкий бетон, который можно получить на данном заполнителе. Его плотность при минимальном расходе цемента лишь немного больше насыпной плотности керамзитового гравия.

На керамзите марок 700, 800 получают конструкционные легкие бетоны с пределом прочности при сжатии 20, 30, 40 МПа, используемые для производства панелей перекрытий и покрытий, в мостостроении, где особенно важно снизить массу конструкций.

































































2.Номенклатура

В ГОСТ 9759—76 предусматриваются следующие фракции керамзитового гравия по крупности зерен: 5—10, 10— 20 и 20—40 мм. В каждой фракции допускается до 5% более мелких и до 5% более крупных зерен по сравнению с номинальными размерами. Из-за невысокой эффективности грохочения материала в барабанных грохотах трудно добиться разделения керамзита на фракции в пределах установленных допусков.

По насыпной плотности керамзитовый гравий подразделяется на 10 марок: от 250 до 800, причем к марке 250 относится керамзитовый гравий с насыпной плотностью до 250 кг/м3, к марке 300 — до 300 кг/м3 и т. д. Насыпную плотность определяют по фракциям в мерных сосудах. Чем крупнее фракция керамзитового гравия, тем, как правило, меньше насыпная плотность, поскольку крупные фракции содержат наиболее вспученные гранулы.

Для каждой марки по насыпной плотности стандарт устанавливает требования к прочности керамзитового гравия при сдавливании в цилиндре и соответствующие им марки по прочности (табл.). Маркировка по прочности позволяет сразу наметить область рационального применения того или иного керамзита в бетонах соответствующих марок. Более точные данные получают при испытании заполнителя в бетоне

Требования к прочности керамзитового гравия



Марка по насыпной плотности

Высшая категория качества

Первая категория качества



Марка по прочности

Предел прочности при сдавливании в цилиндре, МПа, не менее

Марка по прочности

Предел прочности при сдавливании в цилиндре, МПа, не менее

250 

П35

0,8

П25

0,6

300 

П50

1

П35

0,8

350

П75

1,5

П50

1

 400 

П75

1,8

П50

1,2

450 

П100

2,1

П75

1,5

500 

П125

2,5

П75

1,8

550 

П150

3,3

П100

2,1

600

П150

3,5

П125

2,5

 700 

П200

4,5

П150

3,3

800

П250

5,5

П200

4,5



Прочность пористого заполнителя - важный показатель его качества. Стандартизована лишь одна методика определения прочности пористых заполнителей вне бетона — сдавливанием зерен в цилиндре стальным пуансоном на заданную глубину. Фиксируемая при этом величина напряжения принимается за условную прочность заполнителя. Эта методика имеет принципиальные недостатки, главный из которых — зависимость показателя прочности от формы зерен и пустотности смеси. Это настолько искажает действительную прочность заполнителя, что лишает возможности сравнивать между собой различные пористые заполнители и даже заполнители одного вида, но разных заводов. Методика определения прочности керамзитового гравия основана на испытании одноосным сжатием на прессе отдельных гранул керамзита. Предварительно гранулу стачивают с двух сторон для получения параллельных опорных плоскостей. При этом она приобретает вид бочонка высотой 0,6—0,7 диаметра. Чем больше количество испытанных гранул, тем точнее характеристика средней прочности. Чтобы получить более или менее надежную характеристику средней прочности керамзита, достаточно десятка гранул. 

Испытание керамзитового гравия в цилиндре дает лишь условную относительную характеристику его прочности, причем сильно заниженную. Установлено, что действительная прочность керамзита, определенная при испытании в бетоне, в 4-5 раз превышает стандартную характеристику. К такому же выводу на основе опытных данных пришли В. Г. Довжик, В. А. Дорф, М. 3. Вайнштейн и другие исследователи.

Стандартная методика предусматривает свободную засыпку керамзитового гравия в цилиндр и затем сдавливание его с уменьшением первоначального объема на 20%. Под действием нагрузки прежде всего происходит уплотнение гравия за счет некоторого смещения зерен и их более компактной укладки. Основываясь на опытных данных, можно полагать, что за счет более плотной укладки керамзитового гравия достигается уменьшение объема свободной засыпки в среднем на 7%. Следовательно, остальные 13% уменьшения объема приходятся на смятие зерен (рис.1).Если первоначальная высота зерна D, то после смятия она уменьшается на 13%.

     Рис. 1. Схема сдавливания зерен керамзита при испытании                Рис.2. Схема укладки зерен керамзита



















Высококачественный керамзит, обладающий высокой прочностью, как правило, характеризуется относительно меньшими, замкнутыми и равномерно распределенными порами. В нем достаточно стекла для связывания частичек в плотный и прочный материал, образующий стенки пор. При распиливании гранул сохраняются кромки, хорошо видна корочка. Поверхность распила так как материал мал

Водопоглощение заполнителя выражается в процентах от веса сухого материала. Этот показатель для некоторых видов пористых заполнителей нормируется (например, в ГОСТ 9759—71). Однако более наглядное представление о структурных особенностях заполнителей дает показатель объемного водопоглощения.

Поверхностные оплавленные корочки на зернах керамзита в начальный период (даже при меньшей объемной массе в зерне и большей пористости) имеют почти в два раза ниже объемное водопоглощение, чем зерна щебня. Поэтому необходима технология гравиеподобных заполнителей с поверхностной оплавленной корочкой из перлитового сырья, шлаковых расплавов и других попутных продуктов промышленности (золы ТЭС, отходы углеобогащения). Поверхностная корочка керамзита в первое время способна задержать проникновение воды вглубь зерна (это время соизмеримо со временем от изготовления легкобетонной смеси до ее укладки). Заполнители, лишенные корочки, поглощают воду сразу, и в дальнейшем количество ее мало изменяется.. 

Между водопоглощением и прочностью зерен в ряде случаев существует тесная корреляционная связь. Чем больше водопоглощение, тем ниже прочность пористых заполнителей. В этом проявляется дефектность структуры материала. Например, для керамзитового гравия коэффициент корреляции составляет 0,46. Эта связь выявляется более отчетливо, чем связь прочности и объемной массы керамзита (коэффициент корреляции 0,29).

Для снижения водопоглощения предпринимаются попытки предварительной гидрофоби-зации пористых заполнителей. Пока они не привели к существенным положительным результатам из-за невозможности получить нерасслаивающуюся бетонную смесь при одновременном сохранении эффекта гидрофобизации.

Особенности      деформативных свойств предопределяются пористой структурой заполнителей. Это, прежде всего, относится к модулю упругости, который существенно ниже, чем у плотных заполнителей Собственные деформации (усадка, набухание) искусственных пористых заполнителей, как правило, невелики. Они на один порядок ниже деформаций цементного камня. При исследованиях деформаций керамзита все образцы при насыщении водой дают набухание, а при высушивании — усадку, но величина деформаций разная. После первого цикла половина образцов показывает остаточное расширение, после второго — три четверти, что свидетельствует об изменении структуры керамзита. Средняя величина усадки после первого цикла 0,14 мм/м, после второго — 0,15 мм/м. Учитывая, что гравий в бетоне насыщается и высушивается в меньшей степени, реальные деформации керамзита в бетоне составляют лишь часть этих величин. Пористые заполнители оказывают сдерживающее влияние на деформации усадки (и ползучести) цементного камня в бетоне, в результате чего легкий бетон имеет меньшую деформативность, чем цементный камень.

Другие важные свойства пористых заполнителей, влияющие на качество легкого бетона— морозостойкость и стойкость против распада (силикатного и железистого), а также содержание водорастворимых сернистых и сернокислых соединений. Эти показатели регламентированы стандартами.

Искусственные пористые заполнители, как правило, морозостойки в пределах требований стандартов. Недостаточная морозостойкость некоторых видов заполнителей вне бетона не всегда свидетельствует о том, что легкий бетон на их основе также неморозостоек, особенно если речь идет о требуемом количестве циклов 25—35. Заполнители легких бетонов, предназначенных для тяжелых условий эксплуатации, не всегда удовлетворяют требованиям по морозостойкости и потому должны тщательно исследоваться.

На теплопроводность пористых заполнителей, как и других пористых тел, влияют количество и качество (размеры) воздушных пор, а также влажность. Заметное влияние оказывает фазовый состав материала. Аномалия в коэффициенте теплопроводности связана с наличием стекловидной фазы. Чем больше стекла, тем коэффициент теплопроводности для заполнителя одной и той же плотности ниже. С целью стимулирования выпуска заполнителей с лучшими теплоизоляционными свойствами для бетонов ограждающих конструкций предлагают нормировать содержание шлакового стекла (например, для высококачественной шлаковой пемзы 60—80%) .

Искусственные пористые пески — это в основном продукты дробления пористых кусковых материалов (шлаковая пемза, аглопорит) и гранул (керамзит). Специально изготовленные вспученные пески (перлитовый, керамзитовый) пока не занимают доминирующего положения.

Большое преимущество дробленых песков — возможность их производства в комплексе с производством щебня. Однако это обстоятельство обусловливает и существенные недостатки в качестве песка. Являясь попутным продуктом при дроблении материала на щебень, песок в ряде случаев не соответствует требуемому гранулометрическому составу для производства легкого бетона. Очень часто песок излишне крупный, не содержит в достаточном количестве наиболее ценной для обеспечения связности и подвижности бетонной смеси фракции размером менее 0,6 мм 

Насыпная объемная масса пористых песков еще в меньшей степени, чем крупных заполнителей, характеризует их истинную «легкость». Малая объемная масса песка часто достигается за счет не внутризерновой, а междузерновой пористости вследствие специфики зернового состава (преобладание зерен одинакового размера). При введении в бетонную смесь такой песок не облегчает бетон, а лишь повышает его водопотребность. Очевидно, для улучшения качества пористого песка необходим специальный технологический передел дробления материала на песок заданной гранулометрии, а не попутное получение песка при дроблении на щебень.

Производство дробленого керамзитового песка, особенно при преобладании в нем крупных фракций, нельзя признать рациональным. Крупные фракции (размером 1,2—5 мм) дробленого песка мало улучшают удобоукладываемость смеси, но вызывают повышение ее объемной массы из-за наличия открытых пор и повышенной пустотности. Вспученный (в печах «кипящего слоя») керамзитовый песок производится пока в небольшом количестве. По физико-техническим показателям он лучше дробленого песка. Прежде всего меньше его водопоглощение.

Характеристика вспученных и дробленых песков по фракциям:

50% составляет фракция 1,2—5 мм. Поэтому в легком бетоне приходится снижать расход керамзитового гравия, что нерационально (заменять гравий песком).

С уменьшением объемной массы пористых заполнителей (насыпной и в зерне) их пористость и водопоглощение увеличиваются. Однако водопоглощение, отнесенное к пористости зерен, уменьшается, что указывает на увеличение «закрытой» пористости у более легких ма- териалов. 











Свойства легкого бетона.

 Удобоукладываемость легких бетонных смесей оценивают теми же методами, которые применяют для бетонных смесей на плотных заполнителях.

Подбор количества воды затворения по заданному показателю удобоукладываемости затруднен тем, что последний зависит от характера применяемого пористого заполнителя.

Основы теории легких бетонов, а также общий метод подбора оптимального количества воды затворения для легкобетонной смеси разработаны Н. А. Поповым. Этот метод основан на зависимости прочности и коэффициента выхода легкого бетона от расхода воды 

Кривая зависимости прочности от расхода воды имеет две ветви. Левая (восходящая) показывает, что прочность бетона при повышении расхода воды постепенно возрастает. Это объясняется увеличением удобоукладываемости бетонной смеси и плотности бетона. Правая (нисходящая) ветвь кривой свидетельствует о том, что после достижения наибольшего уплотнения смеси (т. е. минимального коэффициента выхода) увеличение расхода воды приводит к возрастанию объема пор, образованных не связанной цементом водой, и к понижению прочности бетона. В легком бетоне отчетливо проявляется вредное влияние как недостатка, так и избытка воды затворения.

Наиболее важной (наряду с прочностью) характеристикой легкого бетона является объемная масса. В зависимости от объемной массы и назначения легкие бетоны подразделяют на следующие группы: теплоизоляционные с объемной массой 500 кг/м3 и менее; конструкционно - теплоизоляционные (для ограждающих конструкций — стен, покрытий зданий) с объемной массой до 1400 кг/м3; конструкционные с объемной массой 1400— 1800 кг/м3. Объемная масса легкого бетона в значительной степени определяется объемной массой пористого заполнителя.

Установлены следующие проектные марки легкого бетона по прочности на сжатие: М25, 35, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350 и 400. Легкобетонные камни для стен обычно имеют марку 25 и 35, крупные стеновые панели и блоки изготовляют из легкого бетона марок М50, 75 и 100.

Конструкционные легкие бетоны марок 150—400 получают применяя портландцемент марок 300—600. Крупным заполнителем служит керамзитовый гравий, аглопоритовый щебень или шлаковая пемза, в качестве мелкого заполнителя часто применяют кварцевый песок. Объемная масса конструкционных легких бетонов с кварцевым песком доходит до 1700—1800 кг/м3, но все же она на 600— 700 кг/м3 меньше, чем у тяжелого бетона, поэтому коэффициент конструктивного качества, равный отношению прочности к объемной массе, у легкого бетона выше примерно в 1,4 (при одинаковой прочности). В силу этого конструкционный легкий бетон особенно выгодно применять взамен тяжелого бетона в железобетонных конструкциях больших пролетов (фермы, пролетное строение мостов и т. п.), где особенно эффективно снижение собственной массы конструкции. Уменьшение нагрузок от собственной массы позволяет сократить расход арматурной стали на 15—30 %.

Деформативные свойства легких и тяжелых бетонов сильно различаются. Легкие бетоны на пористых заполнителях более трещиностойки, так как их предельная растяжимость выше, чем равнопрочного тяжелого бетона. Однако следует учитывать и такие особенности легких бетонов, как большие усадка и ползучесть по сравнению с тяжелым бетоном.

      Теплопроводность легкого бетона зависит в основном от объемной массы и влажности.

Увеличение влажности бетона на 1 % повышает коэффициент теплопроводности на 0,01—0,03 Вт/(м-К). В зависимости от объемной массы и теплопроводности толщина наружной стены из легкого бетона может быть от 22 до 50 см.

Долговечность бетона зависит от его морозостойкости. Для ограждающих конструкций обычно применяют легкие бетоны, выдерживающие 15—35 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Однако для стен влажных промышленных помещений, в особенности в районах с суровым климатом, требуются более морозостойкие легкие бетоны. Требования по морозостойкости еще более повышаются, если конструкционный легкий бетон предназначен для гидротехнических сооружений, мостовых и других конструкций. В этих случаях нужен легкий бетон с марками по морозостойкости МрзбО, 75, 100, 150, 200, 300, 400 и 500.

Возможность получения легких бетонов с высокой морозостойкостью и малой водопроницаемостью значительно расширяет области их применения. Бетоны на пористых заполнителях уже успешно используют в мостостроении, в гидротехническом строительстве и даже в судостроении.

В слабоагрессивных и среднеагрессивных средах легкобетонные конструкции можно применять без специальной защиты при условии, если показатель проницаемости легкого бетона не отличается от соответствующей характеристики тяжелого бетона, эксплуатируемого в данной агрессивной среде. Применение же легких бетонов в сильноагрессивной среде разрешается лишь после опытной проверки.

Легкий бетон для несущих армированных конструкций должен быть плотным, т. е. иметь плотную структуру, при которой межзерновые пустоты крупного заполнителя были бы полностью заполнены цементным раствором. В плотном легком бетоне защита арматуры от коррозии не нужна.

Водостойкость плотных легких бетонов на цементе существенно не отличается от водостойкости тяжелых бетонов. Обычно уменьшение прочности легких бетонов от их кратковременного насыщения водой не превышает 15 %. В воде легкие бетоны набухают больше, чем равнопрочные тяжелые бетоны.

Водонепроницаемость конструкционных легких бетонов высокая. По данным Г. И. Горчакова и К. М. Каца, керамзитобетон с расходом цемента 300—350 кг/м3 не пропускал воду даже при давлении 2 МПа. Малая водопроницаемость плотных легких бетонов подтверждается долголетней эксплуатацией гидротехнических сооружений в Армении и Грузии, а также испытанием напорных труб. Характерно, что со временем водонепроницаемость легких бетонов повышается.

Дальнейшее уменьшение объемной массы легких бетонов без ухудшения их основных свойств возможно путем образования в цементном камне мелких замкнутых пор. Для поризации цементного камня, являющегося самой тяжелой составной частью легкого бетона, используют небольшие количества пенообразующих или газообразующих веществ. Мелкие и равномерно распределенные поры в цементном камне не понижают прочность, но уменьшают объемную массу и теплопроводность легкого бетона. Кроме того, поризация  цементного камня в легком бетоне позволяет обойтись без пористого песка.

Легкий бетон является эффективным универсальным материалом и его применение быстро возрастает.

Однородность.

По данным С. Ф. Бугрима, В. Л. Пржецлавского, В. П. Петрова и других исследователей, изучавших качество керамзита на многих предприятиях, керамзит везде неоднороден. Очевидно, это предопределено самой технологией получения керамзитового гравия, когда каждая гранула вспучивается по-разному при неоднородности сырья и непостоянстве температурных условий в печи. В результате керамзитовый гравий — это совокупность неодинаково вспученных гранул различной плотности и прочности.

Применяя такой неоднородный заполнитель, невозможно получить однородный по качеству бетон. Чтобы конструкции были достаточно надежны по прочности, надо учесть минимальную статистически вероятную прочность заполнителя, а при расчете массы и теплопроводности — принять возможную максимальную его плотность. Если заполнитель неоднороден, то расчетные характеристики бетона и эффективность его применения в конструкциях тем самым занижаются.

Для повышения однородности керамзита есть два пути. Первый состоит в совершенствовании технологии производства, усреднении сырья, более тщательной его переработке и грануляции, стабилизации режимов термоподготовки, обжига и охлаждения, улучшении фракционирования. В институте НИИКерамзит проведены исследования основных факторов, влияющих на однородность керамзитового гравия на всех этапах его производства, и разработаны соответствующие рекомендации.

Второй путь — разделение готовой продукции на фракции не только по крупности, но и по плотности зерен.









Обогащение.

Применительно к керамзитовому гравию термин «обогащение» означает разделение его на классы по плотности зерен. Более легкий будет богаче хорошо вспученными зернами, более тяжелый — богаче менее вспученными, зато более прочными зернами.

А. А. Эльконюк и другие (НИИКерамзит) установили возможность сепарации керамзитового гравия в кипящем слое без промежуточного утяжелителя. В этом случае утяжелителем служит сам керамзитовый гравий. Он непрерывно поступает в классификационную камеру сепаратора, через решетчатое дно которой вентилятором подается поток воздуха. При определенной скорости подачи воздуха создается режим псевдоожижения, и керамзитовый гравий расслаивается: сравнительно тяжелые зерна опускаются вниз, а легкие сосредоточиваются в верхней части слоя, откуда и отбираются отдельно.

Если сравнить два описанных   выше способа   сепарации — с промежуточным  утяжелителем   и без него,  то в первом случае эффективность   сепарации   абсолютная (в среде определенной  плотности  легкое зерно  всплывет, а тяжелое потонет), а во втором она зависит  от крупности, зернового состава, формы зерен и других факторов, не связанных непосредственно   с плотностью. Поэтому при разделении без промежуточного утяжелителя в легком классе с некоторой вероятностью могут оказаться и тяжелые зерна, в тяжелом классе — легкие.  Все же, по данным А. А. Эльконюка, коэффициенты вариации насыпной плотности сепарированного легкого и тяжелого керамзита в два раза меньше коэффициента вариации исходного. При этом без промежуточного   утяжелителя    упрощаются   технология сепарации и аппаратурное оформление процесса.

Считается, что керамзитовый гравий и другие пористые заполнители подлежат обогащению только в условиях сухой сепарации, что их нельзя увлажнять, поскольку, например, по ГОСТ 9759—76 влажность поставляемого керамзитового гравия должна быть не более 2%. Однако это ограничение касается поставляемого гравия, а при использовании его можно увлажнять, как того требует технология. В технологии легких бетонов нередко рекомендуется предварительно увлажнять пористые заполнители, чтобы уменьшить поглощение ими воды из бетонной смеси.

В связи с этим, по мнению автора, в ряде случаев целесообразно проводить сепарацию керамзитового гравия в воде. Предложенный сепаратор представляет собой ванну с водой, снабженную двумя скребковыми транспортерами, один из которых убирает со дна ванны тонущий керамзит, другой — всплывающий. Керамзит, подаваемый на сепарацию, находится в воде не более 5 с. Вода — подходящая среда для разделения керамзита по плотности зерен на два класса

Таким образом, для повышения однородности керамзита есть два пути: первый состоит в совершенствовании технологии производства, усреднении сырья и т. д.; второй — в разделении готовой продукции по плотности зерен.

Первый путь малоперспективен, т.к. улучшение переработки сырья, оптимизация режимов термообработки и другие подобные мероприятия повысят качество керамзита, но однородность его тем не менее останется невысокой: каждая гранула вспучивается по-своему, добиться идентичности гранул невозможно, и условия их вспучивания в печи не могут быть одинаковыми. При этом осуществление мероприятий по более тщательной переработке сырья, оптимизации режимов требует дополнительных затрат и, возможно, уменьшит выход продукции.

Поэтому предлагается другой путь: в производстве керамзита на первом этапе исходить из одного критерия — давать больше продукции при минимальных затратах, а затем уже путем сепарации готового керамзитового гравия по плотности зерен получать кондиционную продукцию разных классов по свойствам и назначению. Это реальный путь повышения качества керамзита, сочетающийся с увеличением объема его производства и снижением себестоимости.

















Схема

















































3.2. Описание технологического процесса.

Сущность технологического процесса производства керамзита состоит в обжиге глиняных гранул по оптимальному режиму. Для вспучивания глиняной гранулы нужно, чтобы активное газовыделение совпало по времени с переходом глины в пиропластическое состояние. Между тем в обычных условиях газообразование при обжиге глин происходит в основном при более низких температурах, чем их пиропластическое размягчение. Например, температура диссоциации карбоната магния — до 600°С, карбоната кальция — до 950 °С, дегидратация глинистых минералов происходит в основном при температуре до 800 °С, а выгорание органических примесей еще ранее, реакции восстановления окислов железа развиваются при температуре порядка 900 °С, тогда как в пиропластическое состояние глины переходят при температурах, как правило, выше 1100 °С.



 Схема вращающейся печи для производства керамзита:

/—загрузка   сырцовых гранул;   2— вращающаяся   печь; 3— форсунка; 4— вспученный керамзитовый гравий; 5—поток горячих газов





В связи с этим при обжиге сырцовых гранул в производстве керамзита необходим быстрый подъем температуры, так как при медленном обжиге значительная часть газов выходит из глины до ее размягчения и в результате получаются сравнительно плотные маловспученные гранулы. Но чтобы быстро нагреть гранулу до температуры вспучивания, ее сначала нужно подготовить, т. е. высушить и подогреть. В данном случае интенсифицировать процесс нельзя, так как при слишком быстром нагреве в результате усадочных и температурных деформаций, а также быстрого парообразования гранулы могут потрескаться или разрушиться (взорваться).

Оптимальным считается ступенчатый режим термообработки по С. П. Онацкому: с постепенным нагревом сырцовых гранул до 200—600 °С (в зависимости от особенностей сырья) и последующим быстрым нагревом до температуры вспучивания (примерно 1200 °С).

Обжиг осуществляется во вращающихся печах (рис.), представляющих собой цилиндрические металлические барабаны диаметром до 2,5—5 м   и длиной до 40— 75 м, футерованные изнутри огнеупорным кирпичом. Печи устанавливаются с уклоном примерно 3% и медленно вращаются вокруг своей оси. Благодаря этому сырцовые гранулы, подаваемые в верхний конец печи, при ее вращении, постепенно передвигаются к другому концу барабана, где установлена форсунка   для   сжигания газообразного или жидкого топлива. Таким образом, вращающаяся печь работает по принципу противотока: сырцовые гранулы перемещаются навстречу потоку горячих газов, подогреваются и, наконец, попав   в   зону непосредственного воздействия огненного факела форсунки, вспучиваются. Среднее время пребывания гранул в печи — примерно 45 мин.

Чтобы обеспечить оптимальный режим термообработки, зону вспучивания печи, непосредственно примыкающую к форсунке, иногда отделяют от остальной части (зоны подготовки) кольцевым порогом. Применяют также двухбарабанные печи, в которых зоны подготовки и вспучивания представлены двумя сопряженными барабанами, вращающимися с разными скоростями.

В двухбарабанной печи удается создать оптимальный для каждого вида сырья режим термообработки. Промышленный опыт показал, что при этом улучшается качество керамзита, значительно увеличивается его выход, а также сокращается удельный расход топлива. В связи с тем, что хорошо вспучивающегося глинистого сырья для производства керамзита сравнительно мало, при использовании средне- и слабовспучивающегося сырья необходимо стремиться к оптимизации режима термообработки.

Из зарубежного опыта известно, что для получения заполнителей типа керамзита из сырья (промышленных отходов), отличающегося особой чувствительностью к режиму обжига, используют трехбарабанные вращающиеся печи или три-четыре последовательно располагаемые печи, в которых обеспечиваются не только оптимальные скорость и длительность нагрева на каждом этапе термообработки, но и различная газовая среда.

Значение характера газовой среды в производстве керамзита обусловлено происходящими при обжиге химическими реакциями. В восстановительной среде окись железа Fe2O3 переходит в закись FeO, что является не только одним из источников газообразования, но и важнейшим фактором перехода глины в пиропластическое состояние. Внутри гранул восстановительная среда обеспечивается за счет присутствия органических примесей или добавок, но при окислительной среде в печи (при большом избытке воздуха) органические примеси и добавки могут преждевременно выгореть. Поэтому окислительная газовая среда на стадии термоподготовки, как правило, нежелательна, хотя имеется и другая точка зрения, согласно которой целесообразно получать высокопрочный керамзитовый гравий с невспученной плотной корочкой. Такая корочка толщиной до 3 мм образуется (по предложению Северного филиала ВНИИСТ) при выгорании органических примесей в поверхностном слое гранул, обжигаемых в окислительной среде.

По мнению автора, при производстве керамзита следует стремиться к повышению коэффициента вспучивания сырья, так как невспучивающегося или маловспучивающегося глинистого сырья для получения высокопрочного заполнителя имеется много, а хорошо вспучивающегося не хватает. С этой точки зрения наличие плотной корочки значительной толщины на керамзитовом гравии свидетельствует о недоиспользовании способности сырья к вспучиванию и уменьшении выхода продукции.

В восстановительной среде зоны вспучивания печи может произойти оплавление поверхности гранул, поэтому газовая среда здесь должна быть слабоокислительной. При этом во вспучивающихся гранулах поддерживается восстановительная среда, обеспечивающая пиропластическое состояние массы и газовыделение, а поверхность гранул не оплавляется.

Характер газовой среды косвенно, через окисное или закисное состояние железистых примесей, отражается на цвете керамзита. Красновато-бурая поверхность гранул говорит об окислительной среде (Fe2O3), темно-серая, почти черная окраска в изломе,— о восстановительной (FeO),

Различают четыре основные технологические схемы подготовки сырцовых гранул, или четыре способа производства керамзита: сухой, пластический, порошково-пластический и мокрый.

Сухой способ используют при наличии камнеподобного глинистого сырья (плотные сухие глинистые породы, глинистые сланцы). Он наиболее прост: сырье дробится и направляется во вращающуюся печь. Предварительно необходимо отсеять мелочь и слишком крупные куски, направив последние на дополнительное дробление. Этот способ оправдывает себя, если исходная порода однородна, не содержит вредных включений и характеризуется достаточно высоким коэффициентом вспучивания.

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

Гранулы с влажностью примерно 20% 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.

Таким образом, производство керамзита по пластическому способу сложнее, чем по сухому, более энергоемко, требует значительных капиталовложений, но, с другой стороны, переработка глинистого сырья с разрушением его естественной структуры, усреднение, гомогенизация, а также возможность улучшения его добавками позволяют увеличить коэффициент вспучивания.

Порошково-пластический способ отличается от пластического   тем, что   вначале   помолом   сухого глинистого 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 керамзита и его более высокое качество оправдывают произведенные затраты.

Мокрый (шликерный) способ заключается в разведении глины 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. Этот способ рекомендуется при высокой карьерной влажности глины, когда она выше формовочной (при пластическом формовании гранул). Он может быть применен также в сочетании с гидромеханизированной добычей глины и подачей ее на завод в виде пульпы по трубам вместо применяемой сейчас разработки экскаваторами с перевозкой автотранспортом.

Керамзит, получаемый по любому из описанных выше способов, после обжига необходимо охладить. Установлено, что от скорости охлаждения зависят прочностные свойства керамзита. При слишком быстром охлаждении керамзита его зерна могут растрескаться или же в них сохранятся остаточные напряжения, которые могут проявиться в бетоне. С другой стороны, и при слишком медленном охлаждении керамзита сразу после вспучивания возможно снижение его качества из-за смятия размягченных гранул, а также в связи с окислительными процессами, в результате которых FeO переходит в Fe2O3, что сопровождается деструкцией и снижением прочности.

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.

 Горячие, вспученные зерна скатываются на охлаждающий желоб. 

Достоинством  установки 	является то, что она объединяет в одной конструкции устройства для сушки, подогрева, вспучивания и охлаждения. Это делает ее весьма энергетически экономичной. Расход теплоты на 1 кг керамзита составляет около 2940 кДж, а электроэнергии—около 14,5 кВт-ч на 1 т. Конструктивные размеры печи производительностью 50 т керамзита в сутки следующие: площадь основания 24 м2, высота 10 м.



Вспучивание глинистого сырья на керамзит в электрическом поле высокой частоты



Применение метода кипящего слоя позволило устранить ряд недостатков классической технологии производства керамзита с обжигом во вращающихся печах, однако многие из них, особенно обусловленные нерациональным топливосжиганием и подводом теплоты к частицам материала, остались нерешенными.

Глинистые гранулы различных размеров и формы как в отдельности, так и в слое в разные периоды обжига имеют различную влажность, плотность, теплопроводность и температуропроводность. Поэтому они нагреваются и вспучиваются неравномерно, что приводит к преждевременному перегреву одних и недожогу других, а показатели насыпной плотности и прочности керамзита характеризуются нередко большим разбросом.

Тодес О. М., Гринбаум М. Б., Станякин В. М., Черем-ский А. Л. и др. предложили и исследовали новый метод получения керамзита с обжигом в электрическом поле высокой частоты, в значительной мере лишенный указанных недостатков. Способ основан на использовании токов высокой частоты для внутреннего диэлектрического нагрева зерен глинистого материала до температуры вспучивания и выделения теплоты при поддержании экзотермических реакций в температурном интервале порообразования.

Воздействие поляризации в высокочастотном поле на глинистый материал приводит к интенсификации реакций газовыделения, что исключает необходимость ввода ряда добавок, стимулирующих вспучивание.

Тепловой высокочастотный удар обеспечивает также перемещение ряда реакций газовыделения в область высоких температур, когда материал приводится в пиропластическое состояние с оптимальной для вспучивания вязкостью. Особое преимущество диэлектрического нагрева состоит в определенной его избирательности, что делает процесс обжига стабильным и не зависимым от плотности, размера формы, теплопроводности и температуропроводности зерен материала.

Рациональное аппаратурное оформление конструкции установки, сочетающей в себе высокочастотный нагрев в кипящем слое с эффективным использованием теплоты отходящего газа и керамзита в двух движущихся слоях, показано на рис. 6.







Рис. 6. Схема модели печи кипящего слоя с обжигом в электрическом поле токов высокой частоты и распределения температуры газов и материала по высоте



 

Гранулированный материал равномерно подается из бункера 1 питателем 2 через патрубок 3 в движущийся слой 4. В этом слое материал прогревается за счет отходящих газов, направляемых через патрубок 13. Далее материал через отверстия решетки 5, регулируемые шибером 12, поступает в кипящий слои 6 на решетку 10. Кипящий слой, в котором частицы поддерживаются в псевдоожиженном состоянии, нагревается до температуры вспучивания токами высокой частоты через пластины высокочастотного конденсатора 11, и вспученный материал через патрубок 7 отводится в зону слоя 9, где охлаждается воздухом, поступающим из паукообразного распределителя 8, и отводится на транспортер.

На основе проведенных исследований осуществляется отработка технологических и электрических параметров установок полигонного и стационарного типов.



Производство керамзита по ступенчатому способу в кольцевой печи с вращающимся подом



Отмечая известные, серьезные недостатки распространенных однобарабанных вращающихся печей для производства керамзита: нестабильность выпуска заполнителя по прочности и плотности; сложность обжига слабовспучивающихся с малым интервалом вспучивания глин; невозможность создания в них требуемого ступенчатого режима термообработки гранул на керамзит;

большой унос мелочи и т. д.,—Р. Б. Оганесян, Н. А.Тетруашвили и В. А. Мещеряков предложили использовать для этих целей модернизированную кольцевую печь с вращающимся подом, широко распространенную в металлургической промышленности2.

В общем виде технологическая схема производства керамзита на указанной линии предусматривает формовку сырцовых гранул на ленточном кирпичеделательном прессе, сушку в сушильном барабане с окаткой в нем гранул, подогрев полуфабриката в слоевом подогревателе примерно до 200—250° С с последующим вспучиванием гранул в кольцевой печи на непрерывно вращающемся поде при однослойной его загрузке, охлаждение, сортировку и складирование заполнителя.

Обжиговый агрегат технологической линии включает слоевой подогреватель, кольцевую обжиговую печь и холодильник-аэрожелоб.

Кольцевая печь (рис. 7) состоит из стационарных стен толщиной 750 мм и свода с теплоизоляционной засыпкой—700 мм, вращающегося пода (включая металлическую платформу, футеровку толщиной 500 мм, кольцевой рольганг), гидрозатвора. Средний диаметр кольцевой печи 11,25, ширина 2,4, высота от поверхности пода до замка свода 0,81 м. Длина зоны обжига (от узла загрузки до узла выгрузки керамзита) 28 м, в том числе зоны расположения горелок—19 м.





Рис.7  Схема кольцевой печи для обжига керамзита

1. — труба дымовая; 2 — кладка печи; 3 — газооборудование; 4 — футеровка кольцевого пода; 5—выгружатель; 6—подготовитель слоевой; 7 — вентиляционная установка слоевого подготовителя; 8 — автоматика; 9 — установка дымовых вентиляторов и рекуператора; 10—под кольцевой с приводом; 11 — каркас печи.





 Кольцевой канал заканчивается дымоотборной шахтой, из которой дымовые газы по борову подаются в слоевой подогреватель и далее дымососом направляются в трубу. Часть дымовых газов поступает в сушильный барабан.

На участках газопровода предусмотрены поворотные заслонки для автоматического регулирования расхода природного газа. Керамзит с поверхности футеровки пода удаляется выгружателем. Частота вращения пода печи изменяется плавно в широких пределах с помощью регулируемого асинхронного электропривода. Контроль и управление процессом обжига, управление работой оборудования печи осуществляется со щита КИП.

Нельзя не отметить, что значительное число зерен, обжигаемых в монослое, имеет приплюснутую, а не округлую или гравелистую форму, что противоречит требованиям к размеру и форме легких заполнителей бетона.

Авторы все еще продолжают сравнивать расход топлива с однобарабанными вращающимися печами. Между тем расход топлива на обжиг следует сравнивать не с однобарабанными, а двухбарабанными печами или им подобными, где к настоящему времени расход теплоты не превышает 2500—3360 кДж/кг, или в 2—3 раза меньше, чем в однобарабанных.







3.3. Режим работы цеха.

Отправными данными для расчета технологического оборудования, потоков сырья и т.п. является режим работы цеха,

Режим работы устанавливают в соответствии с трудовым законодательством по нормам технологического проектирования предприятий вяжущих веществ»

При назначении режима работы цеха необходимо стремиться обеспечить возможно более полное использование оборудования /основных фондов/ и принимать наибольшее количество рабочих смен в сутки 

Завод по производству керамзитового гравия будет иметь два цеха основного производства: цех обжига и цех помола.

Цеха помола чаще работают по режиму прерывной недели в три смены. При этом при трехсменной работе в неделю с одним выходным днем в каждую восьмую неделю расчетное количество рабочих суток в году принимают равным  - 253 рабочим дням (5 дней в неделю по 23 ч) в утреннюю и вечернюю смену по 7,5 ч с обеденным перерывом 0,5 ч и в ночную смену 7 ч без обеденного перерыва и 52 субботних дня с одной сменой по 8 ч.

Расчетный годовой фонд времени работу технологического оборудования в часах, на основании которого рассчитывается производственная мощность предприятия в целом и отдельных линий установок, определяют по формуле

                            

где Вр—расчетный годовой фонд времени работы технологического оборудования, ч;

Ср—расчетное количество рабочих суток в году;

Ч--количество рабочих часов в году;

Ки--среднегодовой коэффициент использования технологического оборудования,

При прерывной рабочей неделе с двумя выходными днями при трехсменной работе  Ки принимается равным 0,876.

Годовой фонд работы оборудования составляет

— при трехсменной работе - 253 дн х 23 ч + 52 дн х В ч = б235 ч.

 Расчетный фонд рабочего времени составит =6235 х 0,876 = 5462 ч.



3.4. Расчет производительности, грузопотоков и определение расхода сырьевых материалов.

 Производство заполнителей для бетона связано с переработкой и транспортировкой больших количеств материалов. При этом объем перерабатываемых материалов изменяется в связи с неизбежными потерями технологического (обжиг, сушка) и механического (унос, распыл) характера. Учет изменений, происходящих в перерабатываемых материалах на всех стадиях производственного процесса, необходим для определения расхода сырьвых  материалов и для расчета и подбора оборудования.

Определение количества материалов, проходящих через отдельные технологические операции, называют расчетом грузопотоков. Расчет ведут, исходя из программы производства, начиная со склада готовой продукции к складам сырья.

Размеры технологических потерь определяют по нормативным денным. Размеры механических потерь во многом зависят от организации производственного процесса и применяемого оборудования и принимаются на основании опыта аналогичных предприятий.

В проекте могут быть приняты следующие размеры механических потерь:

1. Потери при  дроблении – 1%

2. Потери при транспортировке дробленого материала – 1%

3. Потери при помоле - 1 %

4. Потери при транспортировке тонкомолотых материалов – 0,5%,

















Расчет грузопотоков цеха по производству керамзитового гравия

Сырье для керамзитового гравия является:

            глина– 95%,

            вода--4%,

            добавка химическая (лигносульфанаты) --1%

Для производства керамзитового гравия вибрационным методом используем сухое глинистое сырье  однородное по составу и практически не содержащее  вредных  включений  с насыпной плотностью в естественном состоянии 1500 кг/м3.

Для получения шаровидных форм  гранул добавляем 4% воды на стадии гранулирования.

Для лучшего склеивания порошкообразного материала применяется  специальная химическая добавка – лигносульфанаты с насыпной плотностью 700кг/м3 в количестве 1%.

Сортировка вспучееного материала осущуствляется в барабанных грохотах, где керамзит делится  на следующие фракции:5-10, 10-20, 20-40.

В зависимости от объемного насыпного веса получаем гравий марки 500. Выпускаемый керамзитовый гравий  с насыпной плотностью 500 кг/м3  характеризуется повышенной прочностью и используется для приготовления высоковспучиваемого керамзитобетона при изготовлении напряженно- армированных конструкций.

Работа цеха в три смены по прерывной  неделе.

 Производительность цеха по массе: 50 т гравия в сутки или 2,08 т в час, или 11360,96  т в год. 

                                           по объему: 100 м3/сутки или 4,16 м3/час, или 22721,92 м3/год.

1) При грохочении потери состовят 1%. Следовательно на помол должно поступить:



В год       Пг=11360,96·1,01=11474,57т.

В час     

      2) При транспортировании керамзитового гравия  на сортировку теряется 1%

Следовательно должно поступить:

В год    Пг=11474,57·1,01=11589,32т.

В час     Пч=2,10·1,01=2,12т

3)Потеря в комбинированной установке-1%; Потеря за счет остаточной влажности глины – 15%. Потеря  за счет  добавленной воды при гранулировании – 4%. Таким образом суммарные потери составят:

Пг=11589,32·120=13769,48т

Пч=2,12·1,2=2,52т

4)Потеря при поступлении в тарельчатый гранулятор- 1%;

Пг=13769,48·1,01=13907,17т

Пч=2,52·1,01=2,545т

5)В тарельчатый гранулятор поступает 3 отдозированных и раздельно подготовленных компонента в заданном соотношении. Количество каждого материала, поступающего в гранулятор должно  составлять:

глина– 95%                                  т

                                                            ГЧ=2,545·0,95=2,42т

вода--4%                                           т

ВЧ=2,545·0,04=0,10т

добавка (лигносульфанаты)-1%    ДГ=13907,17·0.01=139,07т

ДЧ=2,545·0,01=0,025т

   6)При помоле теряется I % материалов, следовательно на помол должно поступить      

Гг=13211,81·1,01=13343,93т

Гч=2,545·1,01=2,57т

7) При транспортировании теряется 0,5% Следовательно перед мельницей в бункера поступит:

 Гг=13343,93·1,005=13410,65т

Гч=2,57·1,005=2,58т



8)При сушке глины имеющей влажность 20% и остаточную влажность 15% теряется 5% и 0,5% за счет уноса с дымовыми газами, всего потери составляют 5,5%. Поэтому в сушильный барабан должно поступать  глины:

                                                            ГГ=13410,65·1,055=14148,23т

   ГЧ=2,58·1,055=2,72т

9)При транспортировании дробленного материала теряется 0,5%, следовательно должно поступать:

                                                           ГГ=14148,24·1,005=14218,98т

   ГЧ=2,72·1,005=2,73т

10)При дроблении глинистого материала теряется 1%, следовательно в дробилку должно поступать:

                                                           ГГ=14218,98·1,01=14361,17т

   ГЧ=2,73·1,01=2,75т

11)При транспортировании со склада теряется 0,5%, следовательно со склада должно поступать:

                                                           ГГ=14361,17·1,005=14432,98т

   ГЧ=2,75·1,005=2,76т

Расчет грузопотоков (расчет сырьевых материалов) при производстве керамзитового гравия.





Наименование грузопотоков

% потерь

В год, т

В час, т

В час, м³

Поступает на склад готовой продукции

_

11360,96

2,08

4,16

Поступает на грохочение

1

11474,57

2,10

4,20

Выходит из комбинированной установки

1

11589,32

2,12

4,24

Выходит из тарельчатого гранулятора

1

13769,48

2,52

5,04

Поступает в тарельчатый гранулятор:









Глина

1

13211,81

2,42

1,61

Вода



556,29

0,10

0,10

Добавка



139,07

0,025

0,04

Выходит из мельницы

1

13343,93

2,57

1,71

Транспортирование. Поступает в бункера мельницы

0,5

13410,65

2,58

1,72

Поступает в сушильный барабан

5+0,5

14148,24

2,72

1,81

Транспортир-е дробл. материала в бункер перед  суш. барабаном

0,5

14218,98

2,73

1,82

Поступает на дробление

1

14361,17

2,75

1,83

Транспортирование со склада

0,5

14432,98

2,76

1,84







При подборе оборудования в ряде случаев необходимо знать расход материалов (м3/ч), поэтому полученные значения расхода материалов (т/ч) целесообразно выразить в м3/ч, разделив каждый результат (т/ч) на насыпную плотность  данного материала.

Глина=1500 кг/м3=1,5 т/м3;

Керамзит =500 кг/м3 =0,5т/м3;

Добавка (лигносульфанаты)=0,7 т/м3;

Вода=1000 кг/м3=1,0 т/м3.

Для получения керамзита 11360,96 т/год  (22721,92 м3/год) требуется:

По массе: глины –13211,81 т/год;                          По объему: глины –8807,87 м3/год;

воды –556,29 т/год;                                                                      воды –556,29  м3/год;

добавки –139,07 т/год;                                                                  добавки –198,67 м3/год;

















3.5. Расчет основного технологического оборудования.

Расчет расходных бункеров.

Бункера – саморазгружающиеся емкости для приемки и хранения сыпучих материалов – устанавливают над технологическим оборудованием для обеспечения его непрерывной работы. Обычно бункера рассчитывают на 1,5-2-часовой запас материала.

 Форма и размеры бункеров не стандартизированы и принимаются в зависимости от физических свойств  хранимых материалов, требуемого запаса, способов загрузки и выгрузки,  компановки оборудования и пр.

Наибольшее  применение нашли бункера прямоугольного поперечного сечения. Обычно верхняя часть бункера имеет вертикальные стенки,  высота которых не должна превышать более чем в 1,5 раза размеры бункера в плане, нижнюю часть его выполняют в виде усеченной пирамиды с симметричными  или лучше с несимметричными наклонными стенками. Для полного опорожнения бункера угол наклона стенок пирамидальной части должен на 10-15° превышать угол естественного откоса загружаемого материала  в покое и угол трения о  его стенки.  Ребро двухгранного угла между наклонными стенками должно иметь угол наклона к горизонту не менее 45°, а при хранении влажного материала с большим содержанием мелких фракций - не менее 50° . Размеры выходного отверстия бункера должны превышать в 4-5 раз максимальные размеры кусков хранимого матери-яла и быть не менее 800мм.                                         

 Требуемый геометрический объем бункера определяют по формуле





где     ПЧ -- расход материала, м3/ч;

           n=2- запас материала

      η - коэффициент заполнения, принимается равным 0,85 - 0,9.



Определим  требуемый геометрический объем бункера  №1:

;

Определим  требуемый геометрический объем бункера  №2:

;

Определим  требуемый геометрический объем бункера  №3:

;

     Определим  требуемый геометрический объем бункера  №4:

.

Выбор дробильного оборудования.

 Выбор типа и мощности дробилок зависит от физических свойств перерабатываемого материала, требуемой степени дробления и производительности. Учитывают размеры максимальных кусков материала, поступающего на дробление, его прочность и сопротивляемость дроблению. Максимальный размер кусков материала не должен превышать 0,80-0,85 ширины загрузочной щели дробилки.  На дробление поступает глины 1,83 м3/ч, следовательно принимаем валковую дробилку СМ-12, предназначенную для среднего дробления;

                                                    Мощность эл.двигателя-20 кВт;

Производительность-8-25 м3/ч;

L=2,2; b=1,6 м; h=0,8 м;

Масса-3,4 т.



Расчет помольного оборудования.

Помол глины и других материалов  проводят сухим способом по открытому и замкнутому циклу. Последний предпочтителен в тех случаях, когда необходимо получить мтериал с высокой удельной поверхностью, а также когда измельчаемый материал отличается склонностью к агрегации /например, негашеная известь/ или измельчаемые компоненты сильно различаются по размалываемости.

Для классификации продукта при помоле по замкнутому циклу применяют центробежные и воздушно-проходные сепараторы. Последние обычно используют при помоле сырья с одновременной сушкой его горячими газами от обжиговых печей.

Выбор мельницы по потребности цеха по помолу (т/ч) производят по данным (табл.3.II  прил.З затем проверяют ее фактическую производительность по формуле(1). Если производительность мельницы не совпадает с требуемой, то подбирается по расчету мельница, которая дает необходимую производительность.



  Q-производительность мельницы по сухому материалу, т/ч;

V- внутренний полезный объем мельницы, =50% от геометрического объема, м3;=>

V=0,5·4,05=2,025м3

Р=12,3 т - масса мелющих тел, т;

 k- поправочный коэффициент принимается равным 1,1 - 2,2 при помоле по замкнутому циклу;

b=0,038…0,04 -удельная производительность мельницы т/квт·ч полезной мощности;

q=0,91 - поправочный коэффициент на тонкость помола (остаток на сите № 0,08).

Производительность мельницы не совпадает с требуемой, поэтому подбирается по расчету мельница, которая дает необходимую производительность.

Принимаем мельницу 1,5×1,6

 с внутренним диаметром барабана = 1500мм;

 длиной барабана = 1690мм;

мощностью двигателя = 55 кВт;

производительностью = 6 т/ч;

массой мелющих тел = 12,3 т





Расчет сушильных устройств.

 При влажности измельчаемых материалов более 2% сухой помол их значительно затрудняется; влажный материал налипает на мелющие тела и броневую футеровку, замазывает проходные отверстия межкамерных перегородок, что резко снижает производительность мельниц. Поэтому осуществляют помол с одновременной сушкой или предварительно материал высушивают в специальных сушильных аппаратах. При производстве керамзитовых  материалов наиболее широко применяют сушильные барабаны.                   

Сушильная производительность мельниц, сушильных барабанов и других установок определяется количеством испаряемой влаги. Ее обычно характеризуют удельным паронапряжением (количеством воды, испарямой 1м3 рабочего объема сушильного барабана, мельницы и т.п. за 1 ч). При расчете сушильных барабанов, шаровых мельниц, используемых для одновременного помола и сушки, удельную паронапряженносгь А принимают равной: при сушке глины - 20 - 40 кг/м3· ч;

Исходя из заданной производительности (количества воды, которую нужно удалить из материала за 1ч, кг) требуемый внутренний объем  сушильного барабана рассчитывают  по формуле:





 где W-количество влаги, удаляемой из материала за 1ч , кг;

        А - удельное паронапряжение, кг/м3·ч;

- масса материала, поступающего в барабан, т/ч;

- масса материала, выходящего из барабана, т/ч;

- начальная  относительная влажность материала; %

- конечная относительная влажность материала; %

                 W=5%                                                              A = 35% кг/м3                                                           

= 2,72                                                          = 20%

= 2,58                                                         = 15%                                                                

                                                          



Принимаем сушильный барабан объемом  15,4 м3;

Типа СМ; Размерами 1,4×10;

Производительностью 700 кг/ч;

Мощностью электродвигателя 6,0 кВт

Расход тепла на сушку, количество теплоносителя и его температуру устанавливают теплоэнергетическими расчетами. Теоретически удельный  расход тепла в сушильных барабанах и мельницах на испарение I кг воды составляет 2690 кДж. На практике эта величина достигает 3500...5000 кДж из-за потерь с отходящими газами.



Расчет пылеосадительных систем.

 Обеспыливание отходящих газов и аспирационного воздуха необходимо для уменьшения загрязнения пылью окружающей местности, создания нормальных санитарных условий в производственных помещениях, а также для повышения эффективности производства: возврат пыли сокращает расход сырья, топлива и электроэнергии.                           

Санитарными нормами на проектирование промышленных предприятий регламентированы предельно допустимые концентрации пили в воздухе рабочих помещений до 1-10 мг/м3; в отходящих газах, выбрасываемых в атмосферу до 30 – 100 мг/м3. Наиболее жесткие требования предъявляютсятся к очистке воздуха и газов от пыли, содержащей двуокись кремния.

Для создания нормальных условий труда цехи по производству вяжущих веществ обеспечивают системами искусственной и естественной вентиляции, герметизируют места, где происходит пылевыделение, осуществляют отсос /аспирацию/ воздуха от источников пылеобразовония /бункеров, течек, дробильно-помольных установок, элеваторов и т.п./

Очистку отходящих газов и аспирационного воздуха до предельно допустимых концентраций осуществляют в одно-, двух-, трех- и более ступенчатых пылеочистных установках. На первой ступени пылеочистки обычно устанавливают циклоны, на второй - батерейные циклоны и на последней – рукавные фильтры и электрофильтры.

Запыленность газов, выходящих из пылеулавливающих аппаратов при  осуществлении  в них подсоса воздуха или при утечке газов /работа под давлением/ определяют по формуле:



Пылеосадительная камера:

ZВХ=30  г/м3;  =0,1-0,2%;                                                             



Циклон:

ZВХ=25,15  г/м3;  =0,8-0,85%;        

Рукавный фильтр:

ZВХ=2,65  г/м3;  =0,95-0,98%;        

Электрофильтр:

ZВХ=0,06  г/м3;  =0,96-0,99%;        

Где ZВХ и ZВЫХ - запыленность газов до и после пылеулавливающего аппарата, г/м3;

-степень очистки (коэффициент полезного действия пылеосадительного аппарата,%)



Циклоны, батарейные циклоны, рукавные фильтры и электрофильтры подбирают по производительности, характеризуемой количеством газа и воздуха, м3, которые можно очистить в них за I ч,

Количество аспирационного воздуха, отсасываемого от мельниц:





S-площадь свободного сечения барабана мельницы, равная 50 % от номинальной, м2;=>

S=50%·1,77=0,89 м2   ;

V- скорость отсасываемого воздуха в мельнице, м/с при нормальном аспирационном режиме составляет 0,6-0,7 м/с.



Количество аспирационного воздуха, отсасываемого от сушильного барабана:

S=50%·1,54=0,77 м2   ;



По величине VВОЗ подбирают пылеосадительные аппараты, пользуясь данными прил.З.

Так как количества аспирационного воздуха для мельницы и для сушильного барабана численно близки, то пылеосадительные приборы будут тех же типов.



Вентилятор:     ВМ-12;

Мощность 12 кВт; 

Масса 1900 кг; 

Производительность 8000 м3/ч;

        Циклон:           НИИО газ.серии НЦ 15;

Диаметром 600 см;

Производительность 2,5-4,1 м3/ч;

Объем бункера 0,33 м3;

Масса 515 кг;

        Рукавный фильтр РВ1

Площадь  фильтр. поверхности 50 м2;

Производительность 3600 м3/ч;

Мощность электродвигателя 2,4 кВт;

Габаритные размеры: длина 1,8 м;

ширина 3,5 м;

высота 5,8 м;

масса 2,4 т;

Электрофильтр: ДГПН-32-3;

Производительность по газу 173000 м3/ч;

Допускаемая максимальная температура газов 250°С;



Ориентировочно количество газов, отсасываемых из сушильных барабанов и мельниц, на I кг испаряемой влаги можно определить, исходя из уравнения:







Учитывая температуру газов, отходящих из сушильного устройства, а также дополнительный подсос воздуха в газоходах, принимаемый равным 50% от объема теплоносителя общий объем выходящих газов на 1кг испаряемой влаги составит:





Где Q=3000…6000 кДж/кг;

С=1,31…1,47 кДж/Н·м3/град.;

               t1=200-600°C;                                              

               t2=150-200°C;



Где Q - количество тепла, затрачиваемое на испарение I кг влаги из материала, кг ;

С -средняя объемная теплоемкость газов, кДж/н·м3/град.;

t1 и  t2-температура газов, соответственно при входе и выходе из сушильного барабана или мельницы, ОС;

1,5 - коэффициент, учитывающий подсос воздуха.

    Общий объем аспирационного воздуха, отсасываемого из сушильного барабана, определяют по формуле:





Где - количество влажного материала, кг/ч;

- количество сухого материала, кг/ч.;

 =2720 кг;

   =2580 кг;



Характеристика ковшовых элеваторов.

Количество поступаемого материала в элеватор №1 равно 1,83 м3/ч;

Количество поступаемого материала в элеватор №2 равно 5,04 м3/ч;

Количество поступаемого материала в элеватор №3 равно 4,20 м3/ч

 Отсюда следует, что принимаем элеваторы:

Производительность -10 м3/ч;

Мощность электродвигателя -3-4 кВт;

Характеристика ленточного конвейера.

Количество поступаемого материала в ленточный конвейер равно 1,84 м3/ч;

Отсюда следует, что принимаем  ленточный конвейер:

Тип №1;

Производительность -5…12 м3/ч;

Мощность электродвигателя -2,3 кВт;

Ширина ленты -300 мм.

Характеристика  тарельчатого гранулятора.

Тарельчатый гранулятор имеет установленный вращающийся диск с бортами. Подаваемый  на диск материал опрыскивают каплями воды и из увлажненной до 12-15% муки образуются шарики. Затем при вращении диска шарики окатываются, на них налипают новые порции материала и получаются крупные гранулы. Накапливаясь в нижней части тарелки, они пересыпаются, затем через ее борт и поступают в бункер.

Количество поступаемого материала в тарельчатый гранулятор равно 5,04 м3/ч.

Отсюда следует, что принимаем  тарельчатый гранулятор:

Производительность -10 м3/ч;

Мощность электродвигателя -2,2 кВт;

Масса-1,29 т;

Габ. Размеры:

           Длина-2,31 м;

           Ширина-1,27 м;

           Высота-1,34 м;

Диаметр тарелки-1000 мм.

3.6. Расчет потребности в энергетических ресурсах.

К энергетическим ресурсам относят топливо, пар, электроэнергию и сжатый воздух, необходимые для выполнения технологических операций.

Потребность в технологическом паре, сжатом воздухе и т.п. определяют по укрупненным показателям на единицу готовой продукции цехе по нормам технологического проектирования предприятий промышленности вяжущих веществ, типовым проектам и показателям, полученным на передовых предприятиях, выпускающих аналогичную продукцию.

Расход электроэнергии устанавливают расчетным путем, исходя из технических характеристик основного и транспортного оборудования. Расчет расхода электроэнергии для каждой группы электродвигателей рекомендуется вести по форме табл. 3.3.

табл. 3.3

                                                     Расход электроэнергии



№ п/п.

Основное оборудование и его наименование с электродвигателем.

Кол-во единиц оборудования

Мощность эл. двигателей, кВт

Коэффициент использования во времени

Коэффициент загружения по мощности

Часовой расход эл. Энергии с учетом коэффициента использования и загрузки по мощности, кВтч







Единицы

Общая







1

Дозатор

4

−

−

−

−

−

2

Конвейер ленточный

1

2,3

2,3

0,8

0,04

0,09

3

Элеватор

3

4,1

12,3

0,8

0.13

1,60

4

Тарельчатый гранулятор

1

2,2

2,2

0,8

0,13

0,29

5

Скребковый транспортер

2

4,1

9,2

0,4

0,9

8,28

6

Комбинир. установка

1

14,5

14,5

0,8

0,31

4,50

7

мельница шаровая

1

55

55

0,8

0,32

17,6

8

циклон

2

−

−

−

−

−

9

рукавный фильтр

2

2,4

4,8

0,8

0,6

2,88

10

электрофильтр

2

−

−

−

−

−

11

вентилятор аспирационный

2

12

24

0,8

  0,1·10-4

0,24·10-3

12

дозатор

4

−

−

−

−

−

13

Барабанный грохот

1

−

−

−

−

−

14

Валковая дробилка

1

20

20

0,8

0,063

1,26



В данном ориентировочном расчете коэффициент использования  двигателя во времени отражает отношение времени фактической работы оборудования в смену к продолжительности смены.

В случаях, когда определение фактического коэффициента использования во времени затруднено, его величина может быть принята следующей по группам оборудования (при работе в течение смены):

- оборудование технологическое непрерывно действующее (шаровые мельницы, дробилки, вентиляторы и т.д.)-0,8-0,9;

 - оборудование периодического действия (дозаторы)- 0,5 - 0,6;

-  оборудование транспортное (элеваторы)- 0,8 - 0,9;

- оборудование транспортное и грузоподъемное повторно-кратковременного режима (транспортер)-0,3-0,4;

Коэффициент нагрузки по мощности отражает использование мощности двигателя установленного при данном оборудовании в зависимости от степени его загрузки в период работы. Если оборудование загружается полностью в соответствии с технической производительностью и двигатель работает на полную мощность, то он равен 1, а если полностью не используется, то он будет меньше единицы. Величину этого коэффициента условно можно определить по формуле:



Шаровая мельница:                                                 ;

Вентиляторы:                                                           

Валковая  дробилка:                                               

Конвейер ленточный:                                              

Скребковый транспортер:                                        

Элеватор:                                                                   

Тарельчатый  гранулятор:                                        

Комбинированная установка:                      ПТ = 2,08 т/ч = 4,16 м3/ч

Сушильный барабан:                                    ПТ = 0,7 т/ч = 0,46 м3/ч







где КЭМ - коэффициент загрузки мощности двигателя;

Пф и Пт - производительности оборудования (фактическая и техническая);

α коэффициент, зависящий от степени использования производительности оборудования (табл. 3.4).,

Коэффициент загрузки во времени технологического и транспортного оборудования, связанного между собой без промежуточных емкостей, применяется одинаковый для всех машин. Например, питатели непрерывного действия, мельница, винтовой конвейер, ведущий выдачу измельченного продукта, имеют одинаковое время работы. Часовой расход электроэнергии   (кВт· ч) получают умножением общей мощности каждой машины (графа 4 или 5 табл.3)  на коэффициент загрузки и использования во времени (графы 6 и 7).

       Расход электроэнергии в смену, в сутки и в год устанавливают умножением соответствующего количества рабочих часов в смену, сутки, год. Удельный расход электроэнергии подсчитывается по формуле:



Элеватор:                                                                 

Конвейер ленточный:                                             

     Сушильный барабан:                                              

Валковая дробилка:                                                

Мельница шаровая:                                                

Рукавный фильтр:                                                   

Вентилятор аспирационный:                                 

Скребковый транспортер:                                       

Тарельчатый гранулятор:                                       

Комбинированная установка:                                 

                                        КВт/ч

Где ЭУД - удельный расход электроэнергии на товарную единицу продукции;           -

       ЭЧ - часовой расход электроэнергии (см, табл, 3.3)

Полученные результаты по расчету потребности в энергетических ресурсах (топливо, электроэнергия) цеха, сводятся в табл 3.5.

табл 3.5.



Потребность цеха в энергетических ресурсах.



	Наименование энергетических ресурсов

	Единица измерения

	Расходы

	

	

	в час

	в смену

	в сутки

	в год

	Энергия

	кВт

	76,75

	614

	1842

	478536,25

	Топливо

	кг

	208,86

	1670,88

	5012,64

	1302242,1

	

	

	

	

	

	

	

	Расчет топлива.

	Расход теплоты на 1 кг керамзита составляет около 2940 кДж.

	Глина:

	Удаляемая влага  - 5%;

	В сушильный барабан поступает -2,72 т/ч;

	=> 2,72·5%=0,136 т/ч (136 кг/ч) воды удаляется из глины в сушильном барабане;

	Составим пропорцию:   2940 кДж  -  1 кг

                                                  Х       -   136 кг;

 выделяется за 1час при сушке глины;

Qн = 8530 ккал/Н·м3;

Расход топлива в сушильном барабане будет равен 

	Керамзит:

	Удаляемая влага  - 19%;

	В комбинированную установку поступает сырья -2,52 т/ч;

	=> 2,52·19%=0,47 т/ч (470 кг/ч) воды удаляется при сушке в комбинированной установке;

	Составим пропорцию:   2940 кДж  -  1 кг

                                                  Х       -  470 кг;

 выделяется за 1час при  вспучивании глины;

Qн = 8530 ккал/Н·м3;

	Расход топлива в комбинированной установке будет равен 

	Общий расход топлива  в час составит: 46,87+161,99=208,86 кг/ч

















































4. Охрана труда

На рабочем месте должны быть предусмотрены меры защиты от возможного воздействия опасных и вредных факторов производства. Уровни этих факторов не должны превышать предельных значений, оговоренных правовыми, техническими и санитарно-техническими нормами. Эти нормативные документы обязывают к созданию на рабочем месте условий труда, при которых влияние опасных и вредных факторов на работающих либо устранено совсем, либо находится в допустимых пределах.

Помещение должно соответствовать ряду требований, оговоренных соответствующими нормативными документами. К ним относятся:

а)"Санитарно-технические нормы и правила", утверждённые Минздравом. Например, санитарно-технические нормы и  правила  допустимых  уровней  звука.

б) "Строительные нормы и правила", утверждённые Госстроем.

в)"Санитарные нормы проектирования промышленных зданий", утверждённые  Минздравом .

г) "Правила установки электроустановок ".

д) "Противопожарные нормы проектирования промышленных предприятий".

	При анализе технологического процесса следует предусмотреть влияние всех возможных опасных и вредных факторов, и в случае необходимости предусмотреть мероприятия по ограничению воздействия этих факторов, согласно перечисленным выше и другим нормативам.

	С точки зрения влияния опасных и вредных факторов при работе можно выделить следующие: 

-     недостаточная освещённость рабочего места ;

	-     неблагоприятные метеорологические условия ;	

-    воздействие шума ;

-    воздействие электрического тока вследствие неисправности     аппаратуры ;

- нерациональное расположение оборудования и неправильная организация                       рабочего места .

	В соответствии с этим важно предусмотреть следующие мероприятия по устранению или уменьшению влияния вредных факторов производства :

-     создание необходимой освещённости рабочего места ;

-     звукоизоляция помещения на основе расчета звукопонижения   акустической    изоляции;

-     создание надёжного заземления аппаратуры и периодическая  проверка  исправности  аппаратуры  и  заземления;

-    создание системы кондиционирования воздуха для уменьшения  влияния  нагрева  аппаратуры;

-      создание и реализация научно-обоснованной планировки размещения  оборудования;

-      аттестация рабочих мест и их организация с учётом удобств работающего.

	Причём создание необходимой освещённости и акустической изоляции рабочего места проводится на основе расчётов. Все остальные мероприятия не требуют точных количественных расчётов,  а  требуют  лишь  качественных  выводов.

	Одним  из  основных  вопросов  охраны  труда  является  организация  рационального  освещения  производственных  помещений  и  рабочих  мест.

Правильно  спроектированное  и  выполненное  производственное  освещение  улучшает  условия  зрительной  работы,  снижает  утомляемость,  способствует  повышению  производительности  труда,  благотворно  влияет  на  производственную  среду,  оказывая  положительное  психологическое  воздействие  на  работающего,  повышает  безопасность  труда  и  снижает  травматизм.

	В  условиях  современного  производства  важным  фактором  улучшения  условий  труда  в  целом  является  оптимизация  количественных  и  качественных  характеристик  освещения  рабочих  мест.  Особое  значение  оптимизация  зрительной  работы  приобретает  в  современном  производстве  радиотехнического  и  электронного  профиля  в  связи  с  интенсификацией  труда  и  тенденцией  к  микроминиатюризации  радиоэлектронной  аппаратуры.  Значительная  часть  технологических  процессов  в  этих  производствах  связана  с  работами  наивысшей  точности  и,  следовательно,  характеризуется  высокой  степенью  напряжённости  зрительной  работы.

	Решение  вопроса  рационального  освещения  производственных  помещений  и  рабочих  мест  улучшает  условия  зрительной  работы,  ослабляет  зрительное  и  нервное  утомление,  способствует  повышению  внимания  и  улучшению  координационной  деятельности.  Хорошее  освещение  усиливает  деятельность  дыхательных  органов,  способствуя  увеличению  поглощения  кислорода.

	Напряжённая  зрительная  работа  вследствие  нерационального  освещения  может  явиться  причиной  функциональных  нарушений  в  зрительном  анализаторе  и  привести  к  расстройству  зрения,  а  в  тяжёлых  случаях  -  и  к  полной  потере.Усталость  органов  зрения  зависит  от  степени  напряжённости  процессов,  сопровождающих  зрительное  восприятие.

	Радиоэлектронные  производства  в  очень  широкой  мере  в  своих  технологиях  используют  химические,  термические, электрохимические,  механические  и  др.  процессы,  сопровождающиеся выделением  в  рабочую  зону  производств  различных  веществ  в виде  влаги,  аэрозолей  и  пыли,  а  также  избытков  тепла.  Эти  факторы  могут  оказать  вредное  влияние  на  здоровье работающих, поэтому  задача  обеспечения  оптимальных  параметров  воздушной  среды  в  рабочей  зоне  для  радиоэлектронной  промышленности  имеет  большое  значение.

 Поскольку  количество  воздуха  потребует  огромных  затрат  электроэнергии  и  материальных  средств,  целесообразно  применить  систему  местных  отсосов,  что  значительно  снизит  воздухообмен.  

При  удалении  вредностей  непосредственно  у  места  их  выделения  достигается  наибольший  эффект  действия  вентиляции,  т.к.  при  этом  не  происходит  загрязнения  больших  объёмов  воздуха  и  можно  удалить  малыми  объёмами  воздуха  выделяемые  вредности.  При  наличии  местных  отсосов  объём  приточного  воздуха  принимается  равным  объёму  вытяжки  (минус  5%  для исключения  возможности  перетекания  загрязнённого  воздуха  в  соседние  помещения).

При большой насыщенности предприятий сложными механизмами и установками по добыче и переработке сырья, обжигу сырьевых смесей и измельчению материала, перемещению, складированию и отгрузке огромных масс материалов, наличию большого количества электродвигателей особое внимание при проектировании заводов и их эксплуатации должно уделяться созданию благоприятных и безопасных условий для работы трудящихся. Охрану труда следует осуществлять в полном соответствии с «Правилами по технике безопасности и производственной санитарии на предприятиях».

Поступающие на предприятия рабочие должны допускаться к работе только после обучения их безопасным приемам работы и инструктажа по технике безопасности. Ежеквартально необходимо проводить дополнительный инструктаж и ежегодно повторное обучение по технике безопасности непосредственно на рабочем месте.

На действующих предприятиях необходимо оградить движущиеся части всех механизмов и двигателей, а также электроустановки, приямки, люки, площадки и т. п. Должны быть заземлены электродвигатели и электрическая аппаратура.

Обслуживание дробилок, мельниц, печей, силосов, транспортирующий и погрузочно-разгрузочных механизмов должно осуществляться в соответствии с правилами безопасной работы у каждой   установки.   

  









5. Охрана окружающей среды.

Большое внимание следует уделять обеспыливанию воздуха и отходящих газов печей и сушильных установок для создания нормальных санитарно-гигиенических условий труда. В соответствии с санитарными нормами проектирования промышленных предприятий концентрация в воздухе пыли не должна превышать 0,04 мг/м3. Содержание в воздухе СО не допускается более 0,03, сероводорода — более 0,02 мг/м3. В воздухе, выбрасываемом в атмосферу, концентрация пыли не должна быть более 0,06 г/м3. При нормальной эксплуатации пылеочистных систем содержание пыли в выбрасываемом воздухе составляет 0,04— 0,06 г/м3.

Для создания нормальных условий труда все помещения заводов надо обеспечивать системами искусственной и естественной вентиляции. Этому в большой мере способствует герметизация  тех мест, где происходит пылевыделение, а также отсос воздуха из бункеров, печек, дробильно-помольных механизмов, элеваторов и т.п. В зависимости от мощности и величины различных механизмов и интенсивности пылевыделения рекомендуются следующие объемы воздуха (м3/ч), отсасываемого от:

дробилок ……………………………...….  4000—8000

элеваторов ……………………………….  1200—2700

бункеров …………………..……………….. 500—1000

мест погрузки материалов …..…………....  300—3500

упаковочных машин…………...………………… 5000

Воздух, отбираемый из мельниц, очищают с помощью рукавных или электрофильтров. Перед ними при значительной концентрации пыли в аспирируемом воздухе необходимо устанавливать циклоны. Важно не допускать просасывание через 1 м2 ткани фильтров более 60—70 м3 воздуха в 1 ч. Для очистки воздуха, отсасываемого из камер сырьевых мельниц, обычно устанавливают циклон и электрофильтр, соединенные последовательно. Воздух из сепаратора мельниц и головок элеваторов для очистки пропускается через рукавный фильтр.

Отходящие газы печей необходимо очищать для предотвращения загрязнения окружающей среды. Для этого устанавливают электрофильтры. Если же отходящие газы содержат значительное количество пыли (более 25—30 г/м3), то их сначала пропускают через батарею циклонов.

          Шум, возникающий при работе многих механизмов на заводах, характеризуется зачастую высокой интенсивностью, превышающей допустимую норму (90 дБ). Особенно неблагоприятны в этом отношении условия работы персонала в помещениях молотковых дробилок, сырьевых  мельниц, компрессоров, где уровень звукового давления достигает 95—105 дБ, а иногда и более. К числу мероприятий по снижению шума у рабочих мест относят применение демпфирующих прокладок между внутренней стенкой мельничных барабанов и бронефутеровочными плитами, замену в сырьевых шаровых мельницах стальных плит резиновыми. При этом звуковое давление снижается на 5—12 дБ. Укрытие мельниц и дробилок шумоизолирующими кожухами, облицовка источников шума звукопоглощающими материалами также дает хороший эффект (снижение на 10—12 дБ).

Проектирование защиты окружающей среды от шумовых воздействий включает следующее: выявление источников шума, выбор расчетных точек и определение в них предполагаемых уровней шума, определение требований по снижению звукового давления, выбор и разработка необходимых мероприятий по снижению шума до требуемых уровней в соответствии со СНиП П-12-77.

Мероприятия по охране окружающей среды одновременно с обеспеченном чистоты и охраны здоровья людей и животных должны быть выполнены  с минимальными затратами.

 Очистка газов от аэрозолей. Методы очистки по их основному принципу можно разделить на механическую очистку, электростатическую очистку и очистку с помощью звуковой и ультразвуковой коагуляции.

Механическая очистка газов включает сухие и мокрые методы. К сухим методам относятся: 

1)    гравитационное осаждение; 

2)    инерционное и центробежное пылеулавливание; 

3)    фильтрация. 

В большинстве промышленных газоочистительных установок комбинируется несколько приемов очистки от аэрозолей, причем конструкции очистных аппаратов весьма многочисленны.

Инерционное осаждение основано на стремлении взвешенных частиц сохранять первоначальное направление движения при изменении направления газового потока. Среди инерционных аппаратов наиболее часто применяют жалюзийные пылеуловители с большим числом щелей (жалюзи). Газы обеспыливаются, выходя через щели и меняя при этом направление движения, скорость газа на входе в аппарат составляет 10-15 м/с. Гидравлическое сопротивление аппарата 100 - 400 Па (10 - 40 мм вод. ст.). Частицы пыли с d < 20 мкм в жалюзийных аппаратах не улавливаются. Степень очистки в зависимости от дисперсности частиц составляет 20-70%. Инерционный метод можно применять лишь для грубой очистки газа. Помимо малой эффективности недостаток этого метода – быстрое истирание или забивание щелей.

Центробежные методы очистки газов основаны на действии центробежной силы, возникающей при вращении очищаемого газового потока в очистном аппарате или при вращении частей самого аппарата. В качестве центробежных аппаратов пылеочистки применяют циклоны различных типов: батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители (ротоклоны) и др. Циклоны наиболее часто применяют в промышленности для осаждения твердых аэрозолей. Газовый поток подается в цилиндрическую часть циклона тангенциально, описывает спираль по направлению к дну конической части и затем устремляется вверх через турбулизованное ядро потока у оси циклона на выход. Циклоны характеризуются высокой производительностью по газу, простотой устройства, надежностью в работе. Степень очистки от пыли зависит от размеров частиц. 

Циклоны широко применяют при грубой и средней очистке газа от аэрозолей. Другим типом центробежного пылеуловителя служит ротоклон, состоящий из ротора и вентилятора, помещенного в осадительный кожух. Лопасти вентилятора, вращаясь, направляют пыль в канал, который ведет в приемник пыли.

Фильтрация основана на прохождении очищаемого газа через различные фильтрующие ткани (хлопок, шерсть, химические волокна, стекловолокно и др.) или через другие фильтрующие материалы (керамика, металлокерамика, пористые перегородки из пластмассы и др.). Наиболее часто для фильтрации применяют специально изготовленные волокнистые материалы — стекловолокно, шерсть или хлопок с асбестом, асбоцеллюлозу. В зависимости от фильтрующего материала различают тканевые фильтры (в том числе рукавные), волокнистые, из зернистых материалов (керамика, металлокерамика, пористые пластмассы). Тканевые фильтры, чаще всего рукавные, применяются при температуре очищаемого газа не выше 60-65°С. В зависимости от гранулометрического состава пылей и начальной запыленности степень очистки составляет 85-99%. Гидравлическое сопротивление фильтра Р около 1000 Па; расход энергии ~ 1 кВт*ч на 1000 м3 очищаемого газа. Для непрерывной очистки ткани продувают воздушными струями, которые создаются различными устройствами – соплами, расположенными против каждого рукава, движущимися наружными продувочными кольцами и др. Сейчас применяют автоматическое управление рукавными фильтрами с продувкой их импульсами сжатого воздуха.

Волокнистые фильтры, имеющие поры, равномерно распределенные между тонкими волокнами, работают с высокой эффективностью; На фильтрах из стекловолокнистых материалов возможна очистка агрессивных газов при температуре до 275°С. Для тонкой очистки газов при повышенных температурах применяют фильтры из керамики, тонковолокнистой ваты из нержавеющей стали, обладающие высокой прочностью и устойчивостью к переменным нагрузкам; однако их гидравлическое сопротивление велико – 1000 Па.

Фильтрация – весьма распространенный прием тонкой очистки газов. Ее преимущества – сравнительная низкая стоимость оборудования (за исключением металлокерамических фильтров) и высокая эффективность тонкой очистки. Недостатки фильтрации высокое гидравлическое сопротивление и быстрое забивание фильтрующего материала пылью.

Мокрая очистка газов от аэрозолей основана на промывке газа жидкостью (обычной водой) при возможно более развитой поверхности контакта жидкости с частицами аэрозоля и возможно более интенсивном перемешивании очищаемого газа с жидкостью. Этот универсальный метод очистки газов от частиц пыли, дыма и тумана любых размеров является наиболее распространенным приемом заключительной стадии механической очистки, в особенности для газов, подлежащих охлаждению. В аппаратах мокрой очистки применяют различные приемы развития поверхности соприкосновения жидкости и газа.

Электростатическая очистка газов служит универсальным средством, пригодным для любых аэрозолей, включая туманы кислот, и при любых размерах частиц. Метод основан на ионизации и зарядке частиц аэрозоля при прохождении газа через электрическое поле высокого напряжения, создаваемое коронирующими электродами. Осаждение частиц происходит на заземленных осадительных электродах. Промышленные электрофильтры состоят из ряда заземленных пластин или труб, через которые пропускается очищаемый газ. Между осадительными электродами подвешены проволочные коронирующие электроды, к которым подводится напряжение 25–100 кВ. Теоретическое выражение для степени улавливания аэрозолей в трубчатых электрофильтрах имеет вид

 Очистка газов от парообразных и газообразных примесей. Газы в промышленности обычно загрязнены вредными примесями, поэтому очистка широко применяется на заводах и предприятиях для технологических и санитарных (экологических) целей. Промышленные способы очистки газовых выбросов от газо- и парообразных токсичных примесей можно разделить на три основные группы: 

абсорбция жидкостями; 

адсорбция твердыми поглотителями ;

 каталитическая очистка. 

В меньших масштабах применяются термические методы сжигания (или дожигания) горючих загрязнений, способ химического взаимодействия примесей с сухими поглотителями и окисление примесей озоном.

Абсорбция жидкостями применяется в промышленности для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и других сернистых соединений, оксидов азота, паров кислот (НСl, HF, H2SO4), диоксида и оксида углерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители и др.).

Абсорбционные методы служат для технологической и санитарной очистки газов. Они основаны на избирательной растворимости газо- и парообразных примесей в жидкости (физическая абсорбция) или на избирательном извлечении примесей химическими реакциями с активным компонентом поглотителя (хемосорбция). Абсорбционная очистка -- непрерывный и, как правило, циклический процесс, так как поглощение примесей обычно сопровождается регенерацией поглотительного раствора и его возвращением в начале цикла очистки. При физической абсорбции (и в некоторых хемосорбционных процессах) регенерацию абсорбента проводят нагреванием и снижением давления, в результате чего происходит десорбция поглощенной газовой примеси и ее концентрированно .

Показатели абсорбционной очистки: степень очистки (КПД) и коэффициент массопередачи k зависят от растворимости газа в абсорбенте, технологического режима в реакторе (w, Т, р) и от других факторов, например от равновесия и скорости химических реакций при хемосорбции. В хемосорбционных процессах, где в жидкой фазе происходят химические реакции, коэффициент массопередачи увеличивается по сравнению с физической абсорбцией. Большинство хемосорбционных процессов газоочистки обратимы, т. е. при повышении температуры поглотительного раствора химические соединения, образовавшиеся при хемосорбции, разлагаются с регенерацией активных компонентов поглотительного раствора и с десорбцией поглощенной из газа примеси. Этот прием положен в основу регенерации хемосорбентов в циклических системах газоочистки. Хемосорбция в особенности применима для тонкой очистки газов при сравнительно небольшой начальной концентрации примесей.

 Наиболее надежным и самым экономичным способом охраны биосферы от вредных газовых выбросов является переход к безотходному производству, или к безотходным технологиям. Термин «безотходная технология»  впервые предложен академиком Н.Н. Семеновым. Под ним подразумевается создание оптимальных технологических систем с замкнутыми материальными и энергетическими потоками. Такое производство не должно иметь сточных вод, вредных выбросов в атмосферу и твердых отходов и не должно потреблять воду из природных водоемов.

Конечно же, понятие «безотходное производство» имеет несколько условный характер; это идеальная модель производства, так как в реальных условиях нельзя полностью ликвидировать отходы и избавиться от влияния производства на окружающую среду. Точнее следует называть такие системы малоотходными, дающими минимальные выбросы, при которых ущерб природным экосистемам будет минимален. 

В настоящее время определилось несколько основных направлений охраны биосферы, которые в конечном счете ведут к созданию безотходных технологий:

1) разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количества отходов;

2) создание бессточных технологических систем и водооборотных циклов на базе наиболее эффективных методов очистки сточных вод;

3) переработка отходов производства и потребления в качестве вторичного сырья;

4) создание территориально-промышленных комплексов с замкнутой структурой материльных потоков сырья и отходов внутри комплекса.

 Разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количества отходов, является основным направлением технического прогресса.











6.Технико-экономические показатели

Производство керамзита связано с одновременным уменьшением удельного расхода топливно-энергетических ресурсов на его производство. Основные пути для решения этой задачи следующие: совершенствование структуры производства; рост производительности труда, на 24—26 % для получения за этот счет примерно 90 % общего прироста продукции; более эффективное использование сырья, топлива, электрической энергии, а также производственных мощностей и основных фондов; повышение рентабельности работы предприятия. Для этого необходимо создавать и внедрять принципиально новые орудия труда и технологические процессы, превосходящие по своим технико-экономическим показателям лучшие отечественные и мировые достижения.

Общественная производительность труда определяется затратами как живого труда на данном предприятии, так и овеществленного в материалах, машинах, зданиях и сооружениях, используемых при производстве той или иной продукции. Обобщающим показателем общественной производительности труда является себестоимость продукции. На лучших предприятиях годовая выработка на одного рабочего достигает 3000 т при затратах труда менее 1 чел.·ч/т. По этому показателю передовые заводы стоят на уровне лучших достижений мировой техники.

Такой большой подъем производительности труда, общей эффективности производства и качества цемента достигается комплексом организационно-технических мероприятий, направленных на модернизацию оборудования и перевооружение предприятий новой высокопроизводительной техникой. При этом основное внимание уделяется увеличению выпуска цемента за счет реконструкции и расширения действующих заводов. Сооружение новых предприятий предусматривается преимущественно в районах, где нет аналогичных заводов. Это должно способствовать ликвидации перевозок керамзита на большие расстояния.

Новые предприятия строятся с годовой мощностью 2,4— 3,6 млн. т и более. Такая концентрация производства способствует большому повышению эффективности производства. При этом является обязательным определение оптимальной мощности нового предприятия на основе технико-экономических расчетов с учетом конкретных условий производства и потребления керамзита в намеченном месте строительства завода.

Структура средней себестоимости кекрамзита слагается из следующих элементов (%):

Основные и вспомогательные материалы …………………….  23—24

Топливо………………………………………………………….. 24—26

Электроэнергия  …………………………………............................13

Зарплата с начислениями……………………………………..… 4—5

Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования……...  24—26

Прочие расходы………………………………………………....   8—10

Анализ структуры себестоимости приводит к выводу, что для дальнейшего снижения себестоимости необходимо принять все меры, обеспечивающие экономию прошлого труда наряду с сокращением живого труда. В первую очередь это может быть достигнуто за счет резкого сокращения расхода топлива, в частности благодаря широкому внедрению сухого способа производства цемента, а также более полного использования теплоты отходящих газов печей. Значительные возможности снижения себестоимости имеются в дальнейшей рационализации использования основных и вспомогательных материалов. Здесь целесообразно и широкое применение вместо природного сырья различных дешевых промышленных отходов (шлаков, зол, нефелинового шлама и т. п.), и внедрение мельниц самоизмельчения, сокращающих расход электроэнергии и мелющих тел.

Особое внимание должно быть уделено мероприятиям по резкому сокращению потерь исходного сырья и готового материала на всех стадиях производства. Требуется дальнейшее совершенствование методов и устройства для пылеулавливания и оснащение последними всех пылевыделяющих установок.

Необходимость внедрения высокоэффективных установок для очистки промышленных выбросов диктуется причинами социального и экономического порядка. Она непосредственно связана со здоровьем людей и охраной окружающей среды от пылегазовых выбросов в атмосферу. Экономическую сторону проблемы хорошо иллюстрируют следующие данные А. Я. Овчаренко.

Ущерб, обусловленный безвозвратным уносом сырья и готового продукта с отходящими газами и аспирационным воздухом, а также отсутствием утилизации уловленной пыли, оценивается примерно в 17—18 млн. руб. в год. Ущерб, вызываемый отрицательным действием пылевого фактора на основные фонды предприятия (сверхнормативная замена оборудования вследствие его ускоренного износа, дополнительный его ремонт, потери производства вследствие более частого выхода оборудования из работы и др.), оценивается приблизительно в 1,5 раза больше. Потери вследствие неудовлетворительных условий труда и загрязнения воздушной среды на предприятиях (повышенная заболеваемость, снижение производительности труда и эффективности использования оборудования, текучесть кадров и др.) оценивается приблизительно в 2 раза больше. В целом это составляет около 100 млн. руб. в год (или 6—7 % общих издержек на изготовление). Но загрязнение атмосферы наносит ущерб в размере примерно 2 руб. на 1 т и сопряженным отраслям, а не только производствам. 

Приведенные данные в полной мере подчеркивают важность проблемы организации на предприятиях тщательной очистки всех пылегазовых выбросов в атмосферу. Можно также отметить, что фондоотдача обеспыливающих аппаратов приблизительно в два раза выше соответствующего показателя основных фондов производства.

Эффективность труда рабочих основного производства цемента значительно снижается в связи с наличием большого числа обслуживающего персонала, связанного с выполнением погрузочно-разгрузочных и ремонтных работ, а также с контролем производства. Уменьшению этих диспропорций служит комплексная механизация и автоматизация производственных процессов и их контроля.

Большому увеличению производительности труда и улучшению качества продукции способствует организация на предприятиях автоматических систем управления (АСУ) с применением ЭВМ. Последние обеспечивают получение, переработку и хранение больших объемов информации о производственной деятельности предприятия, выработку оптимальных управляющих воздействий и передачу их в виде рекомендаций соответствующим операторам. На предприятиях находят также применение автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) и производством (АСУП).

Работы по автоматизации предприятий промышленности строительных материалов выполняет Всесоюзное научно-производственное объединение Союзавтоматстром, которое включает следующие подсистемы: оперативного управления участком приготовления сырьевой смеси оптимального состава по технологическому или экономическому критерию; контроля и управления процессом обжига с расчетом оптимальных затрат тепла, управления подачей топлива в печь, а также тягой и подачей сырья в печь; контроля и управления помолом; управления отделениями помола и отгрузки материала с выдачей оптимальных решений по отгрузке; автоматизации обработки нарядов на выдачу продукции и документов текущего планирования сбыта, потребности в железнодорожных вагонах, учета отгруженного материала.

Производительность труда на предприятиях решающим образом зависит от правильного сочетания моральных и материальных стимулов труда, научной его организации (НОТ), а также от организации социалистического соревнования за экономное расходование материалов, топлива, энергии, за безупречное обслуживание механизмов и высокое качество продукции.

В организации этой важной стороны деятельности предприятий, в разработке рациональных мероприятий по планированию производства и экономическому стимулированию трудящихся большую роль должен выполнять инженерно-технический персонал.

В последние годы на предприятиях широко распространяется практика организации комплексных систем управления Качеством продукции, а также составления планов технико-экономического и социального развития коллективов. В них ставятся на разрешение к заданным срокам проблемы дальнейшего значительного повышения эффективности общественного производства, качества продукции, культурного и материального уровня жизни рабочих и служащих и улучшения их бытовых условий. Планы технико-экономического и социального развития составляются руководством и общественными организациями предприятий с самым широким привлечением всех членов коллектива. В планах предусматривается повышение технического и общеобразовательного уровня  рабочих, инженерно-технического персонала и служащих, что непосредственно благоприятно отражается на производительности их труда. В планах уделяется большое внимание задачам НОТ, комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, мероприятиям по охране труда и улучшению условий труда, промышленной санитарии и эстетики. В планы включаются мероприятия, связанные с улучшением жилищных и бытовых условий трудящихся (строительство жилых домов, яслей, клубов, физкультурных и санитарно-курортных комплексов и т. п.).

Важно подчеркнуть, что мероприятия по планам технико-экономического и социального развития коллективов предприятий осуществляются преимущественно за счет фондов, образуемых в соответствии с системой планирования и экономического стимулирования.

В повышение эффективности производства и применения керамзита в строительстве призвана внести свой большой вклад наука. В частности, должны быть продолжены исследования таких важнейших проблем, как разработка составов и технологии,  обеспечивающих интенсивное твердение бетонов и достижение ими требуемой прочности при обычных температурах в течение 8-24 ч и возможность извлечения изделий из форм через 3-4 ч.

Современное производство керамзита характеризуется большой капиталоемкостью, необходимостью возведения больших зданий и сооружений, а также высокими металло- и энергоемкостью и малой интенсивностью тепловых процессов в установках для обжига. Так, капиталовложения при организации современных предприятий достигают примерно 60 руб. на 1т готовой мощности. На 1 т получаемого по мокрому способу во вращающихся печах материала в течение 1 ч приходится 42—45 т массы печи. Приведенные показатели свидетельствуют о необходимости приложения больших усилий для резкого уменьшения затрат на эти составляющие общественного труда в себестоимости керамзита. Поэтому неотложной задачей является:

		Развитие производства с применением двухбарабанных вращающихся печей.

		Обжиг сырьевых смесей в топках циклонного типа, радиационно-химическим способом и т.п.

		Снижения расхода топлива с помощью внедрения новых технологий производства 

		Осуществление технического перевооружения действующих предпрятий.

		Уменьшение средней насыпной плотности керамзитового гравия до 400 кг/м3.

		Улучшение использования основных производственных фондов и увеличение их отдачи в 1,5-2 раза. 

		Повышение уровня концентрации производства путем строительства новых предприятий с использованием автоматизированных технологических процессов мощностью 200 м3 в год и более.

		Создание принципиально новых технологий и высокопроизводительных малогабаритных установок по обжигу и помолу сырья с резкой интенсификацией процессов измельчения.

	

	









ЛИТЕРАТУРА:

- Ицкович С.М. «Заполнители для бетона»; Минск; изд.«Вышэйшая школа», 1983.;

-Ицкович С.М., Чумаков  Л.Д., Баженов Ю.М. «Технология заполнителей для бетонов»;

-Справочное пособие: «Искусственные пористые заполнители и легкие бетоны на их основе», М.:Стройиздат, 1987.;

-Довгалюк В.И., Кац Г.Л. «Конструкции из легких бетонов для многоэтажных каркасных зданий», М.,Стройиздат.,1984.;

-Нациевский Ю.Д. «Легкий бетон», Киев, изд. «Будивельник»,1977.;

-Горчаков Г.И., «Строительные материалы», М.,изд. «Высшая школа», 1982.-352 с.,ил.

-Иванов «Технология проиводства на искусственных легких заполнителях»;

-Журналы «Строительные материалы»; 2003.;

-Борщевский А.А., Ильин А.С; «Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий.» М.: Высш. шк.» 1987 ;

-Волженский А.В. «Минеральные вяжущие вещества», М.: Стройиздат, 1979.;

-Перегудов В.В., Роговой М.Н.; «Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и материалов» ; Стройиздат, 1982.;

- «Основы химической технологии», Учебник для студентов хим.-технол.спец. вузов / И.П. Мухленов, А.Е. Горштейн, Е.С. Тумаркина; Под ред. И.П. Мухленова. – 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. школа, 1991. – 463 с.: ил.;

     - Глинка Н.Л. «Общая химия» Изд. 17-е, испр.— Л.: «Химия», 1975. – 728 с.: ил.;

-Кузнецов В.В., Усть-Качкинцов В.Ф. «Физическая и коллоидная химия. Учеб. пособие для вузов» — М.: Высш. школа, 1976. – 277 с.: ил.;

-Пособие по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелых бетонов (к СНиП 2.03.01-84),часть1,М.,Центральный институт типового проектирования, 1988.;

-ГОСТ 21.101-79 – 21.108-78. Стандарты СПДС.;

-ГОСТ 2.301-68 -2. 317-68. Стандарты ЕСКД.;