Производство воздушной извести

Размещено на http://www.allbest.ru/

Производство воздушной извести

Сырьем для производства воздушной извести служат горные породы, содержащие в основном углекислый кальций - мел, известняк, известковые туфы и т.д. Разработку залежей известняка ведут открытым способом с помощью взрывных работ с последующей погрузкой породы на транспортные средства одноковшовыми экскаваторами.

Размеры кусков поставляемой с карьера породы достигают 50 - 60 см и более. Требуемая величина кусков породы, поступающих на обжиг, определяется типом обжигового агрегата. Загружаемый в шахтную печь известняк имеет обычно размеры 60 - 200 мм. При обжиге во вращающихся печах применяют фракции 5 - 20 мм или 20 - 40 мм. Поэтому поступающую с карьера породу необходимо дробить.

Дробленый материал подвергается рассеву на грохотах, что обеспечивает постоянство фракционного состава. Основа получения известковых вяжущих - обжиг карбонатсодержащих пород. При производстве воздушной извести известняк и мел декарбонизируются и превращаются в известь по реакции СаСОз-CaO+ СО2.

Как правило, обжигу подвергают твердые карбонатные породы в виде кусков, но возможна и тепловая обработка меловых шламов. Температура разложения карбоната кальция зависит от парциального давления углекислоты в окружающем пространстве. Разложение СаСО3 начинается уже при 600'С, и с повышением температуры реакция ускоряется. При 900'С парциальное давление углекислоты достигает атмосферного, поэтому данную температуру иногда называют температурой разложения известняка. Дальнейшее повышение температуры значительно увеличивает скорость разложения, но отрицательно сказывается на качестве извести - ухудшает ее реакционную способность вследствие роста размеров кристаллов.

При обжиге кусков в первую очередь декарбонизируются поверхностные слои. Образующаяся известь вследствие высокой пористости и малой теплопроводности тормозит передачу теплоты вглубь кусков. Чем толще слой извести, тем выше его сопротивление проникновению теплоты и тем более высокие температуры нужны для передачи теплоты в глубину. Поэтому практически температура обжига всегда выше теоретической. Ее устанавливают на каждом заводе в зависимости типа печи и других факторов - плотности сырья, наличия примесей, размера частиц (кусков) сырья и т.д. Чем плотнее и чем более крупнокристалличным является сырье, тем выше требуемая температура обжига. Наличие глинистых примесей облегчает удаление СО и снижает температуру обжига. Однако чем больше в извести примесей, тем при более низкой температуре наступает ухудшение ее свойств. Уже при 1000 - 1100'С возникает опасность пережога поверхности кусков извести. В заводских условиях температура обжига карбоната кальция составляет 1050-1200'С, причем под температурой обжига понимают не температуру в печи, а температуру обжигаемого материала.

Диссоциация углекислого кальция - обратимая реакция, протекающая при определенных температурах и соответствующих парциальных давлениях углекислого газа. Установившееся при какой-либо температуре химическое равновесие в системе СаСО3 -СаО + СО2, можно сместить слева направо удалением некоторого количества СО2, что вызывает диссоциацию новых частиц карбоната и выделение дополнительных количеств углекислого газа. Это дает возможность интенсифицировать процесс разложения известняка путем усиления тяги в печи.

Продолжительность обжига определяется также размером кусков обжигаемого продукта. Для завершения процесса обжига необходимо определенное время, в течение которого материал должен находиться в печи. Скорость перемещения зоны диссоциации СаСО3 по куску зависит от температуры обжига: при 900'С она составляет примерно 2 мм/ч, а при 1100'С - 14 мм/ч, т.е. обжиг идет в 7 раз быстрее. Для повышения производительности печей желательно уменьшение размеров кусков в допустимых пределах. При обжиге кусков различной крупности режим процесса определяют исходя из времени, необходимого для обжига кусков средних размеров.

Характер процессов, протекающих при обжиге мела или известняка, зависит также от содержания в них примесей, влияющих на свойства обожженного материала. При температуре 850 - 1100'С образующийся оксид кальция взаимодействует с кислотными оксидами примесей Si02, Аl2О3 и Fe2О3 с получением двухкальциевого силиката 2СаО* SiO2, двухкальциевого феррита 2СаО* Fe2О3, однокальциевого алюмината СаО* Аl2О3 и др. Количество их зависит от химико-минералогического состава исходного сырья.

Обжиг ведут в шахтных или вращающихся печах. В шахтных печах можно обжигать только твердые породы (известняк, мрамор и др.), а во вращающихся - как твердые породы, так и шламы мягких пород, например мела. Основная задача при обжиге обеспечение максимальной степени декарбонизации СаСО3 приминимальной температуре. Повышение температуры ускоряет реакцию разложения карбоната кальция, но излишне высокая температура обжига негативно сказывается на качестве продукта, так как развивается явление «пережога».

Наибольшее распространение для производства извести получили шахтные печи, высота которых достигает 20 м. В шахтной печи различают (считая сверху вниз) три зоны: подогрева, обжига и охлаждения. В зоне подогрева из известняка и топлива (в случае использования твердого топлива - кокса или антрацита) удаляется влага. Известняк нагревается до температуры начала диссоциации, а топливо - до температуры воспламенения. В зоне обжига за счет сгорания топлива или поступления продуктов его сгорания из топок (в случае работы печи на жидком или газообразном топливе) достигается максимальная температура материала и активно происходит диссоциация СаСО3 и MgCO3 . В третьей зоне материал охлаждается поступающим в печь снизу воздухом.

Шахтные печи различают по виду применяемого в них топлива и по способу его сжигания. В пересыпных печах твердое топливо подается вместе с сырьем и сгорает между кусками обжигаемого материала. Здесь применяют топливо с малым содержанием летучих - антрацит, кокс и тощие сорта каменного угля, дающие при горении короткое пламя. В печах с выносными топками последние расположены по внешнему периметру печи. В них сжигается твердое топливо (полностью или частично) и образующиеся горячие газы поступают в зону обжига. Применяют длиннопламенное топливо с высоким содержанием летучих, а также торф, дрова, горючие сланцы. В газовых печах топливом чаще всего служит природный газ, который подается непосредственно в шахтную печь и сжигается в слое материала.

Наиболее производительны и экономичны пересыпные печи, но в них продукт обжига загрязнен золой. Печи с выносными топками имеют то преимущество, что способны работать на низкокачественном, менее дефицитном топливе, но их тепловой КПД ниже по сравнению с пересыпными печами. Наиболее высокое качество имеет продукт при обжиге в газовых печах.

Вращающиеся печи позволяют получать мягкообожженную известь высокого качества из мелкокускового известняка и из мягких карбонатных пород - (мела, туфа, известняка-ракушечника), которые нельзя обжигать в шахтных печах из-за склонности этих материалов к «зависанию» в шахте, приводящему к нарушению технологии обжига.

Длина известьобжигательных вращающихся печей составляет 30 - 100 м при диаметре 1,8 - 3 м, производительность достигает 400 - 500 т/сут., что в 2-4 раза выше, чем у шахтных печей. Одно из важнейших технологических преимуществ обжига извести во вращающихся печах - малое время прохождения материала от места загрузки до выхода из печи, что обеспечивает оперативность управления процессом. Вращающиеся печи обеспечивают компактность технологической схемы, позволяют автоматизировать процесс и снизить капитальные затраты на строительство цехов. Во вращающихся печах может быть получена известь высокого качества обжигом при средних и достаточно высоких температурах. Из-за малого времени пребывания материала в печи опасность пережога в них минимальна. При этом известь значительно более однородна по составу и содержит меньше примесей.

Выгружаемая из печей комовая известь транспортируется на склад вагонетками или транспортерами и хранится в бункерах или силосах. Во избежание снижения активности известь не должна контактировать с водой даже в виде паров.

Воздушная известь отличается от всех других вяжущих тем, что может превращаться в порошок не только при помоле, но и при гашении. Комовая негашеная известь является полуфабрикатом, из которого в зависимости от принятой схемы - помол или гашение - получают соответственно молотую негашеную или гашеную известь.

Обжиг керамического кирпича

Обжиг кирпича представляет собой постепенное нагревание сырца до температуры порядка 1100°С, выдержку при этой заданной температуре и дальнейшее охлаждение. Процесс обжига состоит из нескольких стадий. Первая включает в себя подсушку (или окур - печь на пару), осуществляется при температуре не более 120°С. Происходит удаление остаточной влаги из сырца. Подсушка может длиться до 48 часов. Второй этап обжига происходит при малом огне. Необходима для удаления химически связанной влаги (средняя температура 600 - 650°С). Длится он до 40 часов. Следующая стадия заключается в применении большого огня. При ней происходит спекание глины в черепок, температура достигает 1100°С. Такой взвар длится 30 - 40 часов. Четвертая стадия представляет собой ту самую выдержку при заданной достигнутой температуре в течение 36 часов. Осуществляется выравнивание температуры по всей печи и глина окончательно спекается. Заключительная стадия представляет собой остывание кирпича до температуры окружающей среды. Длится она до 120 часов.

В напольной печи обжиг кирпича производится следующим образом. В загруженную сырцом топку печи закладываются дрова, и разводится огонь. Далее наступает, пожалуй, самый важный момент при производстве обожженного кирпича. Изначально обжиг осуществляют на слабом огне, при открытых топках, это оказывает эффективное действие на извлечение влаги из сырца. Окур будет зависеть от влажности сырца, способа ведения обжига и объема печи, длится от 18 до 48 часов. Затем приступают к следующей стадии обжига. Усиливается огонь, топки закрываются, температура достигает 600 - 650°С. Этот этап окончится после того, как нижние ряды кирпичей станут светло-вишневыми. Далее осуществляется третья стадия - взвар. Увеличенный огонь продолжают поддерживать, а температуру доводят до 800 - 1100°С. По всей камере печи температура должна быть равной, чтобы этого достигать, используют регулировочные проемы в перекрытии печи. Взвар завершается тогда, когда верхние ряды кирпичей станут красными, а из печи будут вылетать синеватые искры. Далее печь переводится на закал, то есть прекращается подача топлива. После закала начинается остывание.

В кольцевых печах начало процесса обжига совпадает с началом в напольных печах. В этом случае при достижении определенного уровня нагрева обжигаемого сырца нижние топливные камеры закрывают, остаются только щели для прохода воздуха. Разожженная один раз кольцевая печь способна работать несколько месяцев, обжигая весь сырец, запланированный на сезон производства. Пока одна камера находится на стадии взвара, нагретые газы переходят в следующую камеру, осуществляя подсушивание кирпича, далее доводят его до температуры малого огня. Как только это произойдет, в камеру засыпается топливо, и производят прожигание бумажного шибера в следующую комнату, при этом дымовые и горячие газы направляются туда из комнаты, бывшей на взваре.

Тепловые агрегаты

Обжиг керамики проводят в самых разных тепловых агрегатах, называемых печами. Если для нагрева используется тепло электрического тока, печи называют электрическими, если тепло от сгорания органического топлива - топливными и обычно более конкретно: газовыми, дровяными, мазутными и т.д. За тысячи лет обжигов керамики изобретено немало конструкций топливных печей, а за последние сто лет - не меньшее число конструкций электропечей.

Независимо от вида и конструкции, в печи присутствует:

- свободное пространство для ставки изделий, для краткости - камера;

- огнеупорная и теплоизолирующая оболочка, для краткости - футеровка;

- тепловой источник - нагреватель, горелка и т.д.

- устройство для контроля и регулирования степени нагрева - регулятор.

Объем камеры определяет производительность печи в одном обжиге в периодической печи или за цикл толкания одной вагонетки в туннельной печи. В дальнейшем мы будем говорить только о печах периодического действия. Объем камеры может составлять 1 - 2 литра; такие маленькие печки удобны для тестовых обжигов и для изготовления небольших изделий типа керамической бижутерии. Объем камер печей, обычно используемых в мастерских и студиях, составляет от 50 - 100 литров до 1 - 1,5 куб. м. Для фабричных условий характерны печи с объемом от 3 до 20 куб. м.

Футеровка и нагреватель определяют максимальную температуру, которую можно развить в камере. Чем выше требуется температура, тем более высокого класса должны быть огнеупоры. Иногда камера отделена от нагревателя дополнительной футеровкой, называемой муфелем.

Регулятор содержит устройство для измерения температуры, которым обычно является термопара, устройство регулирования мощности нагревателя и управляющее устройство, согласующее действие двух первых.

Камера - это рабочее пространство, куда помещаются изделия и полки с подставками, из общего объема "от стенки до стенки" нужно вычесть объем, необходимый для нагревателей. А расчет полезной загрузки камеры нужно производить с учетом толщин полок.

Электрические нагреватели бывают проволочными и керамическими. Проволоку делают из нихрома (дорого, предельная температура 1100oC, зато остаются гибкими после работы) или из железных сплавов.

К керамическим нагревателям относятся карбид-кремниевые, они же силитовые, они же карборундовые стержни: рабочая температура до 1400oC.

Если нагрев осуществляется газовыми горелками, в пространстве печи могут быть достигнуты любые температуры вплоть до 1700oC, а если еще использовать воздух, обогащенный кислородом, - до 2000oC. Газовые (да и другие топливные) печи хороши тем, что позволяют вести обжиг не только в окислительной, но и в нейтральной, и в восстановительной среде. Степень "восстановительности" регулируют изменением соотношения газ/воздух, в современных газовых печах это делается автоматически.

мел обжиг шахтный печь

Производство перлита

Технология производства вспученного перлита включает в себя последующие операции: дробление и рассев перлитовой породы на фракции; подготовительную тепловую обработку (термоподготовку) при температуре 300-400°С; кратковременный обжиг в вертикальных либо во крутящихся печах при температуре 1000-1200°С: рассев готового продукта (схема 16).

Ежели добытая перлитовая порода поступает с карьера фракционированной, крупностью 0-5; 5-20 и 20-40 мм, либо совершенно нефракционироваиной, то ее дробят в щековой либо молотковой молотилке 9 и рассевают на грохотах 13 либо в ситобурате до нужной крупности. Для получения рядового вспученного песка крупность зернышек обязана быть до 1,25 мм, большого песка-0,63-1,25 мм, среднего песка- 0,16.. .0,63, маленького песка-до 0,3!5 мм, щебня - 2,5-7 и 7-10 мм. Частички перлита, размер которых превосходит заданную наивысшую крупность, направляют на вторичное дробление в валковую молотилку. Ежели влажность породы перед грохочением превосходит допускаемую, ее сушат в барабанной сушилке 15.

Для удаления части структурной (связанной) воды измельченную и высушенную породу подают во крутящуюся печь термоподготовки. Главные узлы печи - крутящийся барабан 2 длиной 6 м и внутренним поперечником 0,828 м, топка 3, загрузочная камера и дутьевой вентилятор 4. Тепловая обработка перлита делается в течение 10-30 мин по противоточному принципу - горячие топочные газы идут навстречу загружаемой дробленой перлитовой породе. Температура обогрева 300-400°С.

Обжиг (вспучивание) перлита делается в вертикальных шахтных либо во крутящихся печах. Перлитовый щебень и большой перлитовый песок завышенной плотности и прочности, применяемый для производства бетонов, получают традиционно во крутящихся печах, а перлитовый песок остальных фракций - в вертикальных печах.

Список литературы

1. Л.Д. Акимова, Н.Г. Аммосов и др., «Технология строительного производства»: Стройиздат., Ленинградское отделение, 2002 г.

2. Комар А.Г. и др. Строительные материалы 1997 г.

3. Атаев С.С. и др. Технология строительного производства. - М.: Стройиздат, 2002 г.

4. Бадьин Г.М., Мещанинов А.В. «Технология строительного производства» 2006 г

Размещено на Allbest.ru