Технология керамзита

Технология керамзита

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

.КЕРАМЗИТ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ БУДУЩЕГО

.1 Краткая характеристика производства

.2 Краткая характеристика керамзита

.3 Область применения керамзита

.ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМЗИТА

2.1 Технология керамзита

2.2Сущность технологического процесса

3. ТЕХНИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА КЕРАМЗИТА

.1 Основные положения по контролю качества керамзита

3.2 Параметры качества керамзита

3.2.1Стандарты

.2.2 Нормативные документы по стандартизации в РК

3.2.3 Стандартная методика определения прочности керамзитового гравия

.2.4 Показатель объемного водопоглощения

.2.5 Морозостойкость

4. Получение легкого керамзита

4.1 Рекомендации по подготовке сырья к переработке и переработка глины с добавками при производстве керамзита

.2 Рекомендации по формовке гранул при производстве керамзита

.3 Рекомендации по сушке гранул в сушильном барабане

.4 Рекомендации по обжигу керамзита во вращающихся печах

.5 Рекомендации по рассеву керамзита по фракциям

. ОХРАНА ТРУДА И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

.1 Охрана труда и техника безопасности

.2 Охрана окружающей среды

. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМЗИТА

.1 Теплотехнические расчеты и тепловая экономичность вращающейся печи

6.2Технико-экономические показатели производства керамзита

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Наша область является дефицитной на некоторые минеральные виды строительного сырья, что не может не сказаться на темпах и на стоимости промышленного и гражданского строительства. В настоящее время разведаны такие виды сырья для производства как цемента, кирпича, силикальцита, заполнителей бетона, тугоплавких глин, природных красок и других материалов.

Предприятия города Уральска, выпускающие стеновые материалы, эксплуатируют местные месторождения песчано-гравийной смеси, мела, кварцевого песка и глин. Количество разведанного сырья вполне достаточно для обеспечения им предприятий на длительный период. Однако, в связи с введением новых государственных стандартов возникла _; настоятельная необходимость сделать переоценку имеющихся запасов сырья, что и сделано данной работой. Очевидно, что предприятия не обеспечены сырьем необходимого качества. Таким образом, сложившаяся обстановка требует принятия самых неотложных мер со стороны планирующих организаций для постановки геологоразведочных работ с целью выявления новых месторождений для строительной индустрии.

Одним из самых распространенных и важных строительных материалов является керамзиовый гравий или попросту - керамзит.

На базе Уральских месторождений уже функционирует крупный механизированный карьер. Вводимые мощности по производсттву керамзита в областном центре полностью обеспечены высококачественным сырьем. Крупные месторождения керамзитового сырья выявлены в районе станции Казахстан, п. Федоровка и Погодаевское месторождение. Запасы сырья здесь оцениваются в 20 - 25 млн. м³.

Стремительный рост строительства для реализации жилищной программы диктует повышенные требования к промышленности строительных материалов, развитию и модернизации строительного комплекса страны.

Мощная база керамзитовой промышленности явилась основой строительной индустрии, обеспечившей решение острой жилищной проблемы в 60-70-е гг. прошлого века. Керамзитобетон составлял до 80% всего объема производства легких бетонов для жилищного, гражданского и промышленного строительства в СССР. И в настоящее время керамзитобетон является одним из наиболее перспективных строительных материалов для решения задач быстрого возведения массового, доступного и комфортного жилья - долговечного, с высоким уровнем экологической и пожарной безопасности.

В настоящее время в странах СНГ работают с неполной загрузкой порядка 200 керамзитовых заводов, которые могут производить до 15 млн м³ керамзита в год. Однако теплозащитные показатели керамзита и керамзитобетона зачастую неудовлетворительны. В первую очередь это связано с тем, что выпускаемый в России керамзитовый гравий имеет в основном насыпную плотность порядка 450-550 кг/м³. Целесообразна организация производства особо легкого керамзита с насыпной плотностью порядка 200-350 кг/м³ для производства однослойных наружных стеновых панелей [1].

Производство особо легкого керамзитового гравия имеет ряд технологических особенностей. Одним из основных условий, необходимых для вспучивания глинистого сырья при обжиге, является образование пиропластической массы с оптимальными параметрами вязкости в относительно широком интервале температуры нагрева и выделении из этой массы достаточного количества газообразных продуктов. Степень вспучивания зависит от комплекса факторов, включающих качественный состав исходного сырья, режимы термообработки и физико-химические процессы [2].

.КЕРАМЗИТ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ БУДУЩЕГО

.1 Краткая характеристика производства

Керамзит - это материал, полученный при быстром обжиге темно-коричневых глин. Обладает малой плотностью, значительной прочностью и высокими теплозащитными свойствами. Используется в строительстве зданий, сооружений, дорог. Применяется в растениеводстве, как субстрат для гидропоники.

На заводе керамзитового гравия разработали «здоровые» стеновые блоки на основе керамзита. Давно доказано: глина - абсолютно безвредный для человека материал, недаром люди издавна хранили продукты питания именно в глиняной посуде. В лаборатории Белорусского научно-исследовательского института строительства уже провели сертификационные испытания: коэффициент термосопротивления керамзитобетонного блока в два раза выше требуемого норматива. Кстати, по способности выводить антропотоксины, по степени паропроницаемости этот стеновой блок дает фору даже самому экологически чистому стройматериалу - дереву. Подобные строительные конструкции уже используются в Европе. В Германии, например, до 20% стен возводится из керамзитобетонных блоков. Стеновая керамзитобетонная композиция нашего завода будет называться «ТермоКомфорт» - торгово-промышленная палата уже рассматривает заявку на регистрацию торговой марки. Производители не сомневается: в недалеком будущем большинство домов будет строиться из керамзитобетона, этот вопрос уже рассматривается в Министерстве архитектуры и строительства. За недорогим и экологически чистым «ТермоКомфортом» - будущее. На выставке «Будпрагрэс - 2002» в Минске новыми блоками заинтересовались и проектировщики, и заказчики строительных работ, и подрядчики.

В области детально разведаны 2 месторождения керамзитовых глин: Погодаевское и Туксайское.

ПОГОДАЕВСКОЕ месторождение керамзитовых глин расположено в 1,5-2,0 км к юго-юго-западу от пос. Погодаевское Приурального района.

Полезная толща представлена темноцветными глинами аптальбского яруса нижнего мела. Глины содержат прослои песчаника и конкреции сидерита., Мощность полезной толщи 14-15 м.

Месторождение разведано до уровня подземных вод. Водообильность глинистых отложений мизерная - сотые доли л/сек. Водовмещающие породы - прослойки алеврита, мощностью до 5 см.

Проведенными исследованиями установлено, что темноцветные глины нижнего мела являются высококачественным сырьем для производства керамзитового гравия, пригодного:

а)      для теплоизоляционного керамзитобетона с объемной мас
сой 476-526 кг/м³;

б)      конструктивного керамзитобетона марок 100, 150, 200 с объ
емной массой соответственно 1250, 1294, 1314 кг/м³;

в)      конструктивно-теплоизоляционного керамзитобетона марок
50-75.

Керамзитовый гравий отвечает требованиям ГОСТ 9759-76 и относится к марке 350-400.

Запасы керамзитовых глин утверждены ТКЗ (протокол № 156, 1973 г.) по категориям A + B + Ci в количестве 6181 тыс. м³, в том числе 1742 тыс. м³ по категориям А+В (39). Прирост запасов возможен на глубину и на смежных площадях.

Месторождение эксплуатировалось трестом «Уральсксельстрой» № 8. Глины Погодаевского месторождения пригодны в качестве основного компонента (60%) при производстве строительного жженого кирпича.

ТУКСАЙСКОЕ (113) месторождение керамзитовых глин расположено в 9-10 км к северу от ст. Алгабас Каз. ж. д., в 75 км по жел. дороге от г. Уральска и в 45 км от ст. Казахстан Бурлинского района.

Месторождение приурочено к южному крылу Туксайского соляного купола и сложено аптскими отложениями нижнего мела. Данные отложения литологически представлены черными и темно-серыми глинами плотными, жирными, неизвестковистыми, с присыпками алеврита, включениями конкреций пирита, с прослойками (до 0,4 м) крепкого мергеля или известняка. До глубины 5-6 м в глинах наблюдается ожелезнение, встречаются крупные гнезда кристаллического гипса.

Полная мощность глин не вскрыта, вскрытая превышает 100 м, площадь распространения глин не оконтурена. Месторождение разведано на глубину 50 м.

Качество сырья и технологические свойства изучены достаточно полно. По заключению лаборатории технологии нерудного сырья Каз. ИМСа и Красновского опытного завода института «ВНИИСТРОМ», глины Туксайского месторождения являются высококачественным сырьем для получения керамзита - коэффициент вспучивания 4,0-5,5, температурный интервал между началом вспучивания и плавления достигает 100° и выше.

Полученный керамзитовый гравий отвечает всем требованиям ГОСТа 9759-61 для марки «400». Керамзитовый гравий пригоден для получения теплоизоляционного, конетруктивно-теплоизоляционного и конструктивного керамзитобетона. Глины пригодны и для производства глинопорошка для буровых растворов.

Запасы глин Туксайского месторождения утверждены ТКЗ ЗКТГУ (протокол № 54, 1966 г.) по категориям A + B +Ci в количестве 36571,6 тыс. м³, в том числе по категориям А + В - 7868,9 тыс. м³, т. е. разведанных запасов достаточно для строительства 6-7 типовых керамзитовых заводов. На глубину подсчета запасов (50 м) полезная толща не обводнена (33).

Месторождение не эксплуатируется. Уральская поисково-разведочная партия продолжает поиски и разведку месторождений керамзитового сырья на площадях, приближенных к быстрораз-вивакжцемуся г. Аксаю, по заданию Казахгазпрома.

1.2 Краткая характеристика керамзита

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 %.

Рисунок 1 Внешний вид керамзитового гравия

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.(щебень - это дробленный гравий, у щебня острые угловатые грани, дробят гравий на щебень для целей лучшей сцепляемости в бетоне)

Для изготовления керамзитобетонных изделий нужен не только керамзитовый гравий, но и мелкий пористый заполнитель.

Рисунок 2 Внешний вид керамзитового щебня

Керамзитовый песок (отсев керамзита - другое название) - 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, а также отсеиванием отходов в процессе производства керамзита.

1.3 Область применения керамзита

Рисунок 3 Применение керамзита в строительстве и в быту

1.      Теплоизоляция кровли скатного типа.

2.      Теплоизоляция и звукоизоляция полов и перекрытий.

.        Теплоизоляция и создание уклона плоских крыш, газонов на террасах.

.        Производство сверхлёгкого бетона и лёгких керамзитобетонных блоков.

.        Теплоизоляция и уменьшение глубины закладки фундаментов.

.        Теплоизоляция грунта.

.        Теплоизоляция и дренаж в земляных насыпях дорог, прокладываемых в водонасыщенных грунтах.

.        Гидропоника, создание оптимального микроклимата для корневой системы растений.

2.ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМЗИТА

.1 Технология керамзита

Требования к керамзитовому гравию регламентированы ГОСТ 9759-71. Основные из них - объемная масса, прочность, коэффициент формы, водопоглощение, морозостойкость и стойкость против известкового распада.

 По насыпной объемной массе различают 12 марок керамзита, а по прочности - два класса (табл. 4).

Таблица 4. Физико-механические свойства керамзитового гравия

По величине зерен различают три фракции: 5-10;'10-20; и 20-40 мм. Керамзит с зернами крупностью менее 5 мм относят к керамзитовому песку.

По морозостойкости керамзит должен выдерживать не менее 15 теплосмен с потерей в весе не более 8%. Потеря в весе после 4-ч кипячения не должна превышать 5%. Отпускная влажность керамзита должна быть не более 2%:

Большое влияние на качество керамзита как заполнителя бетона оказывает коэффициент формы (/Сф) - отношение длины зерен к их диаметру. По ГОСТу допускается средняя величина /Сф^1,5.

Содержание в гравии расколотых зерен не должно превышать по массе 15%.

Как уже отмечалось, керамзит получают вспучиванием глин при их обжиге.

Для уяснения основных закономерностей процесса вспучивания глиняной гранулы рассмотрим его в самом схематическом приближении. Представим себе, что нагревается полый глиняный шарик (рис. 31), который можно уподобить элементарной поре глиняной гранулы. Вовремя нагрева при достижении определенной температуры (индивидуальной для каждой глины) глиняная оболочка рассматриваемого шарика начнет размягчаться, спекаться и в конечном счете уплотнится -и станет газонепроницаемой, находясь в пиропластическом состоянии,

Рис. 31. Схема вспучивания элементарной ячейки глиняной гранулы

- невспученной; 2 - вспученной

т. е. будучи способной к пластическим деформациям без разрыва сплошности. Если в этот момент внутри шарика по каким-либо причинам качнут выделяться газы, то, не имея выхода через оболочку, они будут создавать во внутренней полости шарика избыточное давление, под воздействием которого оболочка, будучи размягченной, начнет расширяться. Это и будет представлять собой вспучивание элементарной ячейки глины.

Таким образом, процесс вспучивания состоит из двух стадий: первая - спекание с образованием закрытой поры и вторая- собственно вспучивание под давлением газов, выделяющихся внутри закрытой поры. Сумма таких элементарных актов в каждой ячейке глиняной гранулы и обусловит общий процесс вспучивания всей гранулы. При этом, рассматривая процесс вспучивания всей гранулы, необходимо иметь в виду, что по своей толще она нагревается неравномерно: с поверхности нагревается быстрее, чем в центре. Поэтому поверхность гранулы еще до того, как вся ее масса приобретает пиропла-стическое состояние, покрывается плотной спекшейся газонепроницаемой оболочкой, предотвращающей утечку газов из гранулы даже в том случае, если под давлением газов отдельные перегородки пор окажутся прорванными.

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.

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.

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

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.

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.Если первоначальная высота зерна D, то после смятия она уменьшается на 13%.

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. 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.

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.

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.

Рисунок 4 Схема технологическоко процесса производства керамзита

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.

.2 Сущность 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.

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

Рисунок 5 Схема вращающейся печи для производства керамзита

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.

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.

а)кривая обжига керамзита; б)-схема барабанной печи:1- загрузка полуфабриката, 2-первая секция барабана для предварительной тепловой подготовки, 3- вторая секция для вспучивания , 4- барабанный холодильник.

Рисунок 6 Схема двухбарабанной вращающейся печи обжига керамзита

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.

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.

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.

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 глиномассу, 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.

3. ТЕХНИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА КЕРАМЗИТА

.1 Основные положения по контролю качества керамзита

НИИкерамзитом разработаны основные положения по контролю качества керамзита. Под техническим контролем качества подразумевается совокупность операций по обеспечению выпуска продукции высокого качества при оптимальных технико-экономических показателях его производства, что достигается, во-первых, поддержанием процесса производства на заданном технологической картой уровне и, во-вторых, совершенствованием процесса производства путем сбора и анализа данных о качестве сырья и продукции, технологических параметрах, установления связи между ними, составления новых принципов ведения процесса на основе вскрытых закономерностей.

В зависимости от места организации технический контроль подразделяется на входной контроль - контроль глинистого сырья, добавок, технологического топлива, огнеупоров и других материалов, поступающих на производство; операционный контроль - контроль качества материалов и технологических параметров в ходе производства; приемочный контроль - контроль качества продукции после завершения всех технологических операций по ее изготовлению.

Операционный контроль, в свою очередь, делится на оперативный, осуществляемый обслуживающим персоналом, и технологический, осуществляемый службами ОТК и заводской лабораторией.

Оперативный контроль выполняется на отдельных переделах и включает визуальный осмотр качества материалов, контроль по приборам за работой основного технологического оборудования. Информация оперативного контроля обеспечивает поддержание процесса на заданном уровне, она позволяет обслуживающему персоналу управлять агрегатами в соответствии с требованиями технологических карт.

Технологический контроль выполняется, главным образом, с целью постоянного сбора информации о режимах производства, о качестве перерабатываемого материала и готовой продукции. Полученная информация используется для разработки рекомендаций по совершенствованию технологического процесса.

Для повышения надежности принятия решения о необходимости регулирования процесса обжига оперативный контроль может выполняться с помощью контрольных карт, являющихся носителями статистической информации о состоянии технологического процесса.

3.2 Параметры качества керамзита

Международная служба стандартизации (ISO) рекомендует следующие виды нормативных документов:

. Стандарты.

. Технические условия (ТУ), в зависимости от вида и сложности продукции, разрабатывают конструктора. Более сложные изделия разрабатывают ТУ, НИИ и испытательные лаборатории

. Своды правил.

. Регламенты и технические регламенты.

. Положения.

.2.1 Стандарты

Это нормативный документ разработанный на основе общего согласия (консенсуса), утвержденный признаным в стране органом стандартизации, направленный на достажение оптимальной степени упорядочения в определенной области деятельности.

В стандарте устанавливаются общие принципы, правила и характеристики, касающиеся конкретных видов деятельности или видов продукции, а также результатов этой деятельности.

Стандарт основан на обобщенных результатах исследований предприятий, НИИ, военных исследований и др. технических и практических (научных) достижений в обществе. Стандарт только тогда эффективен и дает экономический эффект, когда в него заложены самые последние требования науки, техники и производства.

Технические условия (ТУ)

Технические условия устанавливают технические требования к продукции (общий вид, габариты, цвет, запах и др.) или технические требования к услуге. Часто в ТУ указывают методы и процедуры, которые необходимо использовать при оказании услуги или производстве товара для проверки соблюдения нормативных требований ТУ.

Примечание: Требование стандартов и ТУ подразделяется на 2-а вида:

. Обязательные требования, невыполнение которых может привести к аварии или угрозе жизни человека или угрозе окружающей среде

Свод правил

Свод правил - самостоятельный стандарт или часть какого-либо стандарта, который описывает методы, подходы процессов проектирования, конструирования, разработки и монтажа, оборудования, сложной технологической оснастки, сложных измерительных инструментов.

Свод правил носит рекомендательный характер для проектанта, конструктора, исследователя, и помогает в работе, особенно начинающим специалистам.

Регламент

Документ в котором содержатся обязательные правовые нормы, а поэтому это обязывающий документ, обязательный для всех, кто пользуется этим регламентом.

Разновидностью регламента является технический регламент, который содержит обязательные технические требования к объекту стандартизации. Регламентные требования заложены или в регламенте на конкретное изделие, или дается ссылка на пункты конкретного стандарта или ТУ, которые являются обязательным регламентом для данной продукции.

Пример:

. Компьютерный класс (гост), но есть и стандарт на установку оборудования (ссылка на санитарные нормы)

. Регламент подготовки вакцин для населения

. Технический регламент на проверку ВДВ

. Технический регламент предстартовой подготовки ракеты

Для гарантии качества проверяемой и выпускаемой продукции технические регламенты дополняются всевозможными методическими документами (правила испытания изделия, правила приемки).

Согласно руководства международного комитета по стандартизации (ISO/МЭК) стандарты подразделяются:

. Основопологающие стандарты, которые содержат общие положения для определения области деятельности и служат базой для создания других стандартов (ЕСКД "Основные положения, термины, определения" ГОСТ 2.101-78 - он является базой для других стандартов). В каждой области деятельности человека разрабатываются свои основопологающие стандарты, которые являются базой для обеспечения качества продукции этой отрасли.

. Терминологические стандарты. Объектом стандартизации и разъяснения являются термины, понятия и их толкование.

. Стандарты на методы испытания изделий (климатические условия).

. Стандарты на продукцию (игрушка для ребенка до 1 года).

. Стандарты на услуги и процессы (оборудование парикмахерских, санитарно-гигиенические требования).

. Стандарты на совместимость различных процессов, продуктов, технологий (химические реактивы).

. Стандарты с открытыми значениями (стандарты, в которых обязательная часть прописана, а параметры изделия определяет потребитель, которые имеет право оговаривать в договоре поставки).

.2.2 Нормативные документы по стандартизации в РК

Все нормативные документы по стандартизации в РК установлены законом РК о стандартизации, принятом в 1993 г.

-й документ: ГОСТ К - основопологающий государственный стандарт РК. Он охватывает все виды работ и услуг, носящие межотраслевой общегосударственный характер. (ГОСТ на все виды крепежа, общие требования к черным металлам)

-й: Международные и региональные стандарты и ТУ действуют в РК только те, которые признаны гос. стандартом РК и разрешены к применению в пределах РК или совместными протоколами или межправительственными договорами. Разрешения на применение международных стандартов должны учитывать национальные приоритеты, климатические условия и т.д.

-й: Общереспубликанские классификторы, технико-экономической информации (технико-экономической информации)

-й: Стандарты отраслей промышленности (ОСТ 2.ГО.0511-78 - например, на гидронасосы). Разработанные ОСТ, регламентируя качество отраслевой продукции, не должны противоречить гос. стандартам. Допускается изменение только в сторону улучшения параметров изделия. При этом отрасль должна поставить в известность гос. стандарт о методах и способах улучшения этих качеств.

-й: Стандарты предприятия (СТП). СТП разрабатывается или на конкретную продукцию, или на какой-то показатель качества продукции, или на ограничение применяемой номенклатуры и сортамента. (на ограничение размеров шайбы (2 мм)). СТП не должны противоречить отраслевым и гос. стандатам и, если они направлены на улучшение ее параметров, то предприятие обязано согласовать методы и средства повышения качества с отраслевым отделом стандартизации.

-й: ТУ - разрабатываются предприятием в том случае, если разработка стандарта экономически не целесообразна. Объектом разработки ТУ является или разовая продукция или внутри продукции специфическая особая поставка (ГОСТ на бумагу, гигиенические требования на туалетную бумагу)

Согласно закону о стандартизации относятся ТУ к техническим, а не к нормативным документам.

Особо выделим ТУ на продукцию, разработанную предприятием, они могут стать нормативным документом, если в договоре на поставку заказчик делает ссылку на это ТУ.

Согласно ТУ на производство выделим следующие качественные показатели:

Зерновой состав гравия, щебня и песка, прочность, насыпную плотность, влажность, морозостойкость, потери массы гравия и щебня при кипячении, прокаливании, силикатном распаде, содержание водорастворимых сернистых и сернокислых соединений, количество слабообожженных зерен в песке, гравии и щебне, теплопроводность гравия и щебня определяют по ГОСТ 9758, удельную активность естественных радионуклидов - гамма-спектрометрическим методом по ГОСТ 30108.

В ГОСТ 9757-90 предусматриваются следующие фракции керамзитового гравия по крупности зерен: 5-10, 10- 20 и 20-40 мм. и керамзитовый песок фр.0-5. 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

Таблица 3

Требования к прочности керамзитового гравия

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.

.2.3 Стандартная методика определения прочности керамзитового гравия

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%.

Рисунок 7 Схема сдавливания зерен керамзита при испытании.

Рисунок 8 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.

3.2.4 Показатель объемного водопоглощения

Водопоглощение заполнителя выражается в процентах от веса сухого материала. Этот показатель для некоторых видов пористых заполнителей нормируется (например, в ГОСТ 9757-90). 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 гидрофобизации 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.

.2.5 Морозостойкость

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.

Морозостойкость ( F, циклы) - ГОСТ нормирует, чтобы этот показатель был не менее 15 (F15), причем потеря массы керамзитового гравия в %, не должна превышать 8%.- как правило заводы-изготовители выдерживают эту норму.

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%) .

В зависимости от технологии изготовления и свойств сырья, показатель теплопроводности может быть разным, у разных производителей, но в среднем он составляет 0,07 - 0,16 Вт/м ^oС, где соответственно меньшее значение соответствует марке по плотности М250. (Здесь следует отметить что марка М250 является редкой и изготавливается часто под заказ. Обычная плотность материала это М350 - М600 соответственно тогда К 0,1-0,14).

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 материалов.

4. ПОЛУЧЕНИЕ ЛЕГКОГО КЕРАМЗИТА

В настоящее время основным показателем, определяющим перспективность производства и применения в строительстве тех или иных материалов, конечно не ухудшающих комфортность жилья, является энергоемкость производства.

Базовой отраслью искусственных пористых заполнителей является керамзитовая промышленность, которая составляет в странах СНГ 85% от общего производства. Изменение требований стройиндустрии по качественным и экономическим показателям к используемым материалам, повлекло за собой вытеснение использования керамзита в производстве стеновых материалов и теплоизоляционных засыпках из-за практически остановленного усовершенствования технологии его производства.

Более 60% всего керамзита имеет марку 500 и ниже, что обусловило его использование преимущественно для изготовления наружных ограждающих керамзитобетонных панелей, для которых высокие теплозащитные свойства, обеспечиваемые легким керамзитом, являются ведущим техническим показателем. Для конструктивных бетонов до последнего времени использовали всего лишь 5% общего выпуска керамзита. В этих условиях тяжелый керамзит рассматривали как продукцию низкокачественную. Однако в настоящее время наметился переход к широкому внедрению в строительстве конструктивных легких бетонов, для которых нужны и более прочные пористые заполнители. В связи с этим особую актуальность приобретают мероприятия, позволяющие повысить прочность керамзита без увеличения его насыпной массы. Но вместе с тем, по-видимому, более широко будут применять для конструктивных бетонов и тяжелый керамзит, которому свойственна более высокая прочность.

Рисунок 9 Влияние насыпной объемной массы керамзита на его себестоимость

Рисунок 10 Зависимость себестоимости керамзита от годовой производительности завода

Выработка керамзита на одного работающего составила в среднем 1250 м³ в год, трудоемкость 1,35 чел.-ч/м³, удельный расход условного топлива 112 кг/м³, а электроэнергии 23 кВт-ч/м³. Статистические данные устанавливают достаточно четкую зависимость себестоимости керамзита от его насыпной объемной массы (рис. 9) и мощности предприятия (рис. 10). Эти зависимости указывают на нецелесообразность строительства маломощных предприятий. С увеличением насыпной массы керамзита резко снижается экономичность его производства и применения.

 Опыт производства керамзита указывает на прямую зависимость между насыпной плотностью и расходом энергоносителей на производство 1 м³ гравия, а насыпная плотность, в свою очередь пропорциональна коэффициенту вспучивания глины и коэффициенту теплопроводности. Следовательно, необходимо разработать мероприятия позволяющие достичь снижения насыпной плотности и уменьшить коэффициент теплопроводности керамзита. Вместе с тем, снижение прочности керамзита не является сдерживающим фактором, т.к. переход на новые конструктивные системы (каркасные) зданий не предусматривает повышенную прочность стеновых композиций.

Энергоемкость производства 1 м³ керамзита марки 300 и 350 по насыпной плотности европейских производителей составляет 45 - 63 кг.у.т./м³, российских производителей 78 - 150 кг.у.т./м³, причем, такой насыпной плотности подавляющее количество производителей получить не могут. Конечно, данное существенное отличие часто объясняется существующей разницей в технологическом оборудовании (двух барабанные печи производительностью 400 тысяч м³ в год типичные для европейских производителей и печи с переменным сечением в странах СНГ производительностью до 140 тысяч м³ в год), однако возможности усовершенствования технологии производства на отечественном оборудовании далеко не исчерпаны. Кроме того, существуют свои плюсы и минусы в той и другой технологии. В качестве примера приведем динамику изменения энергоемкости производства на ТОО «Стройкомбинат».

 Таблица 4

Энергоемкость производства керамзита

Суммарная энергоемкость производства керамзита за 2014 год при выпуске 234000 м³ составила 53,2 кг.у.т./м³, причем за данный период в четыре года изменился фракционный состав потребления, а следовательно, и выпуска мелких фракций 0-5 мм и 5-10 мм суммарно с 20% до 50%. Соответственно можно сделать вывод о возможности производства керамзита на отечественном оборудовании с энергоемкостью соответствующей европейской и намного ниже существующей у производителей стран СНГ, из-за которой производство керамзита считается энергоемким.

Проведенный комплекс исследований позволил разработать рекомендации по энергосберегающему производству облегченного керамзита пяти этапов технологического процесса.

.1 Рекомендации по подготовке сырья к переработке и переработка глины с добавками при производстве керамзита

. Для производства керамзита используются темно-коричневые глины Погодаевского месторождения .

. Глина не должна иметь примесей вскрышных пород, растительного слоя, супеси и подстилающего глину песка, вылеживаться на открытом воздухе не менее 30 суток.

. Формовочная влажность глины 20-25%.

. Для снижения карьерной влажности глинозапасники должны заполняться и вырабатываться поочередно.

. Переработка глиномассы осуществляется двухвальными глиномешалками. Для обеспечения нормальной работы глиномешалки, разрушения структуры глины и смешивания ее с добавками, вал глиномешалки должен быть всегда засыпан глиной, но не выше высоты лопастей, находящихся в верхнем положении.

. Угол разворота лопастей и частота вращения валов в глиномешалках:

№ 2 12° - 8° - 10° и 12,5 об/мин

№ 3 10° - 6° - 8° и 24 об/мин

№ 4 10° - 6° - 8° и 24 об/мин

. Число лопастей в глиномешалках:

№ 2 - 34 шт.

№ 3 - 46 штук

№ 4 - 36 штук

Износ лопастей по толщине - не более 50%.

. Для улучшения процесса вспучивания, в глиномассу вводится органическая добавка - мазут в количестве до 2%. к весу сухой глины или концентрат отработанной эмульсии в количестве до 4% к весу сухой глины до 300 л/час, в том же количестве возможно введение отработанных масел.

4.2 Рекомендации по формовке гранул при производстве керамзита

керамзит гравий водопоглощение

1. Формующие шнековые прессы, оборудованные гранулирующими приставками, предназначены для формования сырцовых гранул.

. Для формовки гранул глина должна поступать хорошо переработанная и перемешанная с мазутом или концентратом отработанной эмульсии.

. Формовка гранул производится на ленточных прессах. Диаметр отверстий лобовых плит 7-12 мм.

. Частота вращения шнеков: пресса СМК-133 - 21 и 25 об/мин.

. Формовочная влажность глины 20-25%.

. При работе пресса запрещается продолжать работу при засорении более 10% всех формовочных отверстий, при больших деформациях лобовых плит и частичном их разрушении, при непрерывном формовании рваного, просеченного полуфабриката.

. Нагрузка электродвигателя 100-150А.

При увеличении нагрузки должна производиться чистка лобовых плит и фильтрующей рубашки и наплавка шнеков прессов.

. Сформованные жгуты должны иметь сплошную гладкую поверхность, диаметр жгутов должен соответствовать диаметру отверстий лобовых плит.

. Для увеличения выпуска керамзита мелкой фракции, при необходимости, гранулы измельчают приспособлением для резки гранул.

4.3 Рекомендации по сушке гранул в сушильном барабане

1.      Температура дымовых газов на входе в сушильный барабан не менее 300°С.

2.      Температура дымовых газов на выходе из сушильного барабана 60-130°С.

.        Влажность высушенных гранул 0,5-6%.

.        Частота вращения барабана:

№ 2 - от 1,5 до 2,5 об/мин № 3 - от 1,5 до 2,5 об/мин

5.      Высушенные гранулы должны быть плотными, окатанными.

6.      Для увеличения выпуска керамзита фракции 0-4 мм и 4-8 мм, высушенные гранулы измельчают в дробилке и опудривают доломитовой мукой до 1,5 % к массе.

4.4 Рекомендации по обжигу керамзита во вращающихся печах

. Обжиг материала производится в модернизированных однобарабанных вращающихся печах длиной 40 м переменного сечения, включающих барабан термоподготовки диаметром 2,5 м и барабан вспучивания диаметром 3 м с частотой вращения от 2 до 3 оборотов в минуту. 2. Питание печей гранулами должно осуществляться равномерно с помощью ленточных питателей, гранулы должны быть однородными по качеству переработки и влажности. Гранулометрический состав полуфабриката должен быть стабильным.

Загрузка печей полуфабрикатом 95-120 л/мин. (6,5 - 7,2 м³/час).

. Температура футеровки и материала в зоне вспучивания 1040-1100°С (при погашенном факеле).

. Во избежание образования спеков гранулы опудриваются, факел должен быть слабосветящимся, не должен касаться футеровки и материала. Ось факела должна совпадать с осью печи, длина факела 0,1-0,2 длины печи.

. Не просматриваемая (черная) зона на участке, удаленном от горячего конца печи, должна занимать не более 1/3 длины печи.

. Давление газа, поступающего на обжиг 400-600 Па.

. Напор дутьевого вентилятора 250-350 Па.

. Температура отходящих газов из печей 380-420°С.

. Разрежение в загрузочной камере печи 20-40 Па.

Предельные значения марок по насыпной плотности

Таблица 5

Марка по насыпной массе

. Расход газа для обжига 620-700 м³/час на одну печь.

. Температура дутьевого воздуха 40-80°С.

. Температура керамзита, поступающего в слоевой холодильник 800-900°С, а на выходе из холодильника - 60-150°С.

4.5 Рекомендации по рассеву керамзита по фракциям

. Гравиесортировка керамзита предназначена для рассева керамзитового гравия на 4 фракции: 0-4, 4-8, 8-16 и 16-32 мм.

. Сетки с квадратными ячейками из стальной рифленой проволоки по ГОСТ 3306 (номер сетки - 4, 8, 16). Допускаемые отклонения от номинального размера стороны 3,0%.±ячейки в свету

. Степень засоренности материала не должна превышать нормы, установленные СТБ ЕН 13055-1-2003.

Зерновой состав каждой фракции должен находиться в пределах:

Таблица 6

Зерновой состав.

. Гравий должен храниться раздельно по фракциям. Не допускается смешивание разных фракций при складировании.

. При хранении гравий и песок не должны подвергаться засорению и механическим воздействиям.

. Частота вращения гравиесортировки должна варьироваться в зависимости от гранулометрического состава смеси в диапазоне от 12 до 20 об/мин.

Данные рекомендации, а также технологический регламент на производство облегченного керамзита соответствующего европейским нормам, разработаны и внедрены согласно приказа Министерства строительства и архитектуры Республики Казахстан № 43 от 03.03.2003г. в соответствии с которым с 01.01.2004г. вводится в действие стандарт СТБ ЕН 13055-1-2003 идентичный европейскому стандарту разработанному Техническим комитетом CEN/TC 154 «Заполнители легкие для бетона и строительного раствора».

Отличительной особенностью этой технологии являются:

·              Обязательное вылеживание сырья глинистого на открытом воздухе не менее 30 суток, позволяющее увеличить коэффициент вспучивания;

·              Ввод обволакивающих (опудривающих) добавок на подсушенные гранулы с помощью гибкого шнека, позволяющее получить максимальный эффект по снижению насыпной плотности мелких фракций 0 - 4 и 4 - 8 мм при обжиге на более высоких температурах;

·              Ввод обволакивающих (опудривающих) добавок непосредственно в зону обжига с помощью кольцевого питателя, позволяющее снизить насыпную плотность фракций 8 - 16 и 16 - 32 мм, также при обжиге на более высоких температурах;

·              Плавное регулирование технологического процесса с помощью частотных регуляторов на следующих операциях:

1.       дозирование глины на входе в технологический процесс - частота вращения ящичного питателя;

2.      скорость движения слоя в сушильном барабане - частота вращения барабана;

.        скорость движения при обжиге - частота вращения печи;

.        скорость движения слоя при сортировке - частота вращения барабана сортировки.

Заключение по 4 главе

1.      Получен легкий керамзитовый заполнитель с низкой энергоемкостью производства, позволяющий производить керамзитобетон объемным весом 400 - 600 кг/м³ используемый в наружных стеновых композициях, а также теплоизоляционных засыпках с коэффициентом теплопроводности 0,1 - 0,11 Вт/мºС.

2.      Конструкционные изменения сушильного барабана, а также изменения в части интенсификации теплообмена в барабане позволили сэкономить до 500 тысяч м³ газа в год.

.        Использование наружных теплообменников на горячем конце печи позволяет получить более 800 Гкал тепловой энергии в год и обеспечить горячим водоснабжением и на 50% отоплением основные производственные здания предприятия.

.        Определены направления энергосберегающих мероприятий предприятия .

.        Использование вторичного тепла от охлаждения керамзита путем подачи горячего воздуха на форсунку печи позволяет сэкономить 195 т.у.т. в год.

.        Разработанные инструкции и технологический регламент позволяют использовать результаты проведенных исследований с целью дальнейшего снижения энергоемкости производства керамзита и уменьшения его насыпной плотности.

5.ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

.1 Охрана труда и техника безопасности

Охрана труда на предприятиях обеспечена и защищена актами, законами, нормативно-технической документацией, утвержденной и принятой на территории РК, ведомственными и отраслевыми правилами, а также надзором и контролем государственных органов РК и непосредственно службами охраны труда и техники безопасности предприятий.

Служба охраны труда и техники безопасности в работает непосредственно под руководством руководителя предприятия и подчиняется в методическом отношении службе охраны труда производственного объединения.

Служба охраны труда и техники безопасности предприятия выполняет:

Осуществление контроля за безопасным ведением работ, условиями труда на рабочих местах, обеспеченностью рабочих спецодеждой и средствами индивидуальной защиты, внедрением в производство безопасных машин, приемов и методов труда, за соблюдение законодательства по охране труда;

Организует разработку планов по охране труда всеми звеньями предприятия и контролирует выполнение этих планов и расходование средств на охрану труда;

Проводит вводный инструктаж рабочих и ИТР, контролирует качество всех видов пропаганды и обучения безопасному ведению работ, организует комиссии по проверке знаний и участвует в их работе;

Участвует в расследовании аварий и несчастных случаев, проводит анализ и ведет документацию по их расследованию и учету, участвует в разработке мероприятий по устранению и предупреждению причин травматизма и профзаболеваний.

Служба охраны труда наделена большими правам, в том числе правом остановки объекта или отдельного механизма, запрета ввода их в эксплуатацию при угрозе здоровью обслуживающего персонала, с правом отстранять от работы(через руководителей подразделений) лиц, нарушающих нормы охраны труда, и, лиц, квалификация которых не соответствует выполняемой работе.

Отменить названные решения службы охраны труда и техники безопасности могут только руководитель предприятия или главный инженер, несущие согласно законодательства персональную ответственность за создание безопасных и здоровых условий труда.

.1.1Планирование работ службы охраны труда и техники безопасности

Долговременная и целенаправленная деятельность предприятия по охране труда не может осуществляться периодически, непланово. Поэтому в ежегодно разрабатываемый план организационно-технических мероприятий включают мероприятия, улучшающие охрану труда и условия труда.

В план организационно-технических мероприятий входят: общая рационализация производства, внедрение новых технологических процессов, усовершенствование оборудования, благоустройство территории, уменьшение загрязнения водного и воздушного бассейнов, ремонт и содержание различных защитных средств и приспособлений, приобретение индивидуальных средств защиты, спецобуви, спецмыла и др..

Дополнительно на предприятии действуют комплексные планы улучшения условий, охраны труда и санитарно-оздоровительных мероприятий:

Основные мероприятия по улучшению условий труда;

Капитальный ремонт, реконструкция или закрытие неудовлетворяющих требованиям правил и нормам техники безопасности предприятий и цехов;

Строительство и реконструкция санитарно-бытовых помещений, медицинских и оздоровительных учреждений;

Ввод в действие вентиляционных систем, очистных сооружений и устройств, кабинетов по технике безопасности, промышленно-санитарных лабораторий;

Мероприятия по механизации и автоматизации тяжелых и трудоемких процессов;

Сокращение численности женщин, работающих в ночную смену, и рабочих, занятых на тяжелых и трудоемких ручных работах;

Переквалификация женщин с целью перевода их с тяжелых и вредных работ;

Освоение средств, выделенных на предупреждение несчастных случаев.

.1.2 Мероприятия по охране труда и технике безопасности

В типовой номенклатуре предусматриваются три вида мероприятий по охране труда.

Мероприятия по предупреждению несчастных случаев. К ним относятся: модернизация в соответствие с правилами безопасности оборудования и инструмента, устройство дополнительных защитных приспособлений, рациональная расстановка оборудования, приобретение контрольных приборов для обеспечения электро- и взрывобезопасности, осуществление двусторонней светозвуковой сигнализации, изготовление знаков безопасности, механизация процесса розлива и подачи к рабочим местам ядовитых и горючих жидкостей.

Мероприятия по предупреждению заболеваний на производстве. К ним относятся: приобретение или изготовление устройств и приспособлений, защищающих от различных излучений и других факторов производственной среды, усовершенствование герметичности оборудования, устройство и реконструкция вентиляционных систем, приобретение и монтаж средств контроля и сигнализации об условиях внешней среды, устройство приспособлений, снижающих производственный шум и вибрацию.

Мероприятия по общему улучшению условий труда. К ним относятся: рационализация естественного и искусственного освещения, реконструкция и переоборудование различных санитарно-бытовых помещений и мест отдыха, приобретение и монтаж установок для подачи утоляющих жажду напитков, оборудование кабинетов и выставок по охране труда, издание инструкций по технике безопасности, приобретение инвентаря, оплата инструкторов по физкультурно-оздоровительной работе и др.

.1.3 Мероприятия по взрывобезопасности

Для обеспечения взрывобезопасности на предприятиях эксплуатирующих газотурбинные установки предпринимаются ряд мер:

введение пропускного режима на объект;

обеспечение мер безопасности при проведениях огневых и газоопасных работ - инструктаж, выдача разрешений на проведение, определение содержания загазованности рабочего места и т.д..

обеспечение средствами индивидуальной защиты персонала и взрывобезопасным инструментом;

содержание оборудования электрообеспечения и теплоснабжения в исправном техническом состоянии;

своевременные проведения испытаний электрооборудования, в частности замеры сопротивления изоляций кабелей и проводов;

своевременные проведения замеров контуров заземлений по растеканию тока;

оборудование объектов охранно-пожарной сигнализацией;

наличие на предприятии средств пожаротушения.

5.1.4 Мероприятия по электробезопасности

Проектирование и сооружение установок связано с применением электроэнергии для привода машин как грузоподъемных, так и переносных.

Предупреждение электротравматизма связано с использованием большого числа защитных мероприятий, проектирование и выбор которых ведут на основе знания законов поражения человека электрическим током.

Факторы, определяющие степень опасности поражения человека электрическим током, весьма разнообразны. Чаще всего опасность характеризуется не одним, а несколькими факторами в определенном сочетании: сила тока, время воздействия, путь тока через организм, параметры электрической цепи и электрическое сопротивление тела человека. При снижении сопротивления кожного покрова общее сопротивление тела человека резко падает, поэтому расчетную величину при анализе и разработке защитных мер принимают сопротивление 1000Ом. Окружающая среда уменьшает сопротивлении тела человека за счет влияния внешних факторов. В связи с этим согласно «Правил устройства электроустановок» производственные помещения по степени опасности поражения электрическим током подразделяются на следующие группы:

Особо опасные помещения, характеризующиеся наличием:

относительной влажностью близкой к 100%;

химически активной среды;

не менее двух признаков опасности, характеризующих помещение с повышенной опасностью

Помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием:

сырости (относительная влажность воздуха более 75%);

температуры, длительное время превышающей 30 градусов Цельсия;

токопроводящих полов (металлических, земляных, железобетонных и др.);

токопроводящей пыли;

возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединения с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, и т.п., с одной стороны, и к металлическим корпусам оборудования с другой стороны.

Помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, характеризующие помещения по группам 1 и 2.

При эксплуатации и ремонте электрического оборудования и сетей человек может оказаться в сфере действия электрического поля или непосредственном соприкосновении с находящимися под напряжением проводками электрического тока. В результате прохождения тока через человека может произойти нарушение его жизнедеятельных функций.

Опасность поражения электрическим током усугубляется тем, что, во первых, ток не имеет внешних признаков и как правило человек без специальных приборов не может заблаговременно обнаружить грозящую ему опасность; во вторых, воздействия тока на человека в большинстве случаев приводит к серьезным нарушениям наиболее важных жизнедеятельных систем, таких как центральная нервная, сердечно-сосудистая и дыхательная, что увеличивает тяжесть поражения; в третьих, переменный ток способен вызвать интенсивные судороги мышц, приводящие к не отпускающему эффекту, при котором человек самостоятельно не может освободиться от воздействия тока; в четвертых, воздействие тока вызывает у человека резкую реакцию отдергивания, а в ряде случаев и потерю сознания, что при работе на высоте может привести к травмированию в результате падения.

Электрический ток, проходя через тело человека, может оказывать биологическое, тепловое, механическое и химическое действия. Биологическое действие заключается в способности электрического тока раздражать и возбуждать живые ткани организма, тепловое - в способности вызывать ожоги тела, механическое - приводить к разрыву тканей, а химическое - к электролизу крови.

Воздействие электрического тока на организм человека может явиться причиной электротравмы. Электротравма - это травма, вызванная воздействием электрического тока или электрической дуги. Условно электротравмы делят на местные и общие. При местных электротравмах возникает местное повреждение организма, выражающиеся в появлении электрических ожогов, электрических знаков, в металлизации кожи, механических повреждениях и электроофтальмии (воспаление наружных оболочек глаз). Общие электротравмы, или электрические удары, приводят к поражению всего организма, выражающемуся в нарушении или полном прекращении деятельности наиболее жизненно важных органов и систем - легких (дыхания), сердца (кровообращения).

Характер воздействия электрического тока на человека и тяжесть поражения пострадавшего зависит от многих факторов.

Оценивать опасность воздействия электрического тока на человека можно по ответным реакциям организма. С увеличением тока четко проявляются три качественно отличные ответные реакции. Это прежде всего ощущение, более судорожное сокращение мышц (неотпускание для переменного тока и болевой эффект постоянного) и, наконец, фибрилляция сердца. Электрические токи, вызывающие соответствующую ответную реакцию, подразделяют на ощутимые, неотпускающие и фибрилляционные.

К факторам, влияющим на исход поражения электрическим током, относят:

величину тока, величину напряжения, время действия, род и частоту тока, путь замыкания, сопротивление человека, окружающую среду, фактор внимания.

По величине тока, токи подразделяются на:

неощущаемые (0,6 - 1,6мА);

ощущаемые (3мА);

отпускающие (6мА);

неотпускающие (10-15мА);

удушающие (25-50мА);

фибрилляционные (100-200мА);

тепловые воздействия (5А и выше).

По ГОСТ 12.1.038-82 ССБТ «Предельно допустимые величины напряжений и токов. Электробезопасность». Факторы величины напряжения и время воздействия электрического тока, приведены в табл.7.

Таблица 7

Факторы величины напряжения и время воздействия электрического тока

При кратковременном воздействии (0,1-0,5с) ток порядка 100мА не вызывает фибрилляции сердца. Если увеличить длительность воздействия до 1с, то этот же ток может привести к смертельному исходу. С уменьшением длительности воздействия значение допустимых для человека токов существенно увеличивается. При изменении времени воздействия от 1 до 0,1с допустимый ток возрастает в 16 раз.

Кроме того, сокращение длительности воздействия электрического тока уменьшает опасность поражения человека исходя из некоторых особенностей работы сердца. Продолжительность одного периода кардиоцикла (рис. 5.1.) составляет 0075-0,85с.

В каждом кардиоцикле наблюдается период систолы, когда желудочки сердца сокращаются (пик QRS) и выталкивают кровь в артериальные сосуды.

Фаза Т соответствует окончанию сокращения желудочков и они переходят в расслабленное состояние. В период диастола желудочки наполняются кровью. Фаза Р соответствует сокращению предсердий. Установлено, что сердце наиболее чувствительно к воздействию электрического тока во время фазы Т кардиоцикла. Для того чтобы возникла фибрилляция сердца, необходимо совпадение по времени воздействия тока с фазой Т, продолжительность которой 0,15-0,2с. С сокращением длительности воздействия электрического тока вероятность такового совпадения становится меньше, а следовательно, уменьшается опасность фибрилляции сердца. В случае несовпадения времени прохождения тока через человека с фазой Т токи, значительно превышающие пороговые значения, не вызовут фибрилляции сердца.

Постоянный и переменный токи оказывают различные воздействия на организм главным образом при напряжениях до 500 В. При таких напряжениях степень поражения постоянным током меньше, чем переменным той же величины. Считают, что напряжение 120 В постоянного тока при одинаковых условиях эквивалентно по опасности напряжению 40 В переменного тока промышленной частоты. При напряжении 500В и выше различий в воздействии постоянного и переменного токов практически не наблюдаются.

Исследования показали, что самыми неблагоприятными для человека являются токи промышленной частоты (50Гц). При увеличении частоты (более 50Гц) значения неотпускающего тока возрастает. С уменьшением частоты (от 50Гц до 0) значения неотпускающего тока тоже возрастает и при частоте, равной нулю (постоянный ток - болевой эффект), они становятся больше примерно в три раза.

Значения фибрилляционного тока при частотах 50-100Гц равны, с повышением частоты до 200Гц этот ток возрастает примерно в 2 раза, а при частоте 400Гц - почти в 3,5 раза.

При прикосновении человека к токоведущим частям путь тока может быть различным. Всего существует 18 вариантов путей замыкания тока через человека. Основные из них:

голова - ноги;

рука - рука;

правая рука - ноги;

левая рука - ноги;

нога - нога.

Степень поражения в этих случаях зависит от того, какие органы человека подвергаются воздействию тока, и от величины тока, проходящего непосредственно через сердце. Так при протекании тока по пути «рука - рука» через сердце проходит 3,3% общего тока, по пути «левая рука - ноги» 3,7%, «правая рука - ноги» 6,7%, «нога - нога» - 0,4%. Величена неотпускающего тока по пути «рука - рука» приблизительно в два раза меньше, чем по пути «рука - ноги».

Величина тока походящего через какой-либо участок тела человека, зависит от приложенного напряжения (напряжения прикосновения) и электрического сопротивления оказываемого току данным участком тела.

Между воздействующим током и напряжением существует нелинейная зависимость: с увеличением напряжения ток растет быстрее. Это объясняется главным образом нелинейностью электрического сопротивления тела человека. На участке между двумя электродами электрическое сопротивление тела человека в основном состоит из сопротивлений двух тонких наружных слоев кожи, касающихся электродов, и внутреннего сопротивления остальной части тела. Плохо проводящий ток наружный слой кожи, прилегающий к электроду, и внутренняя ткань, находящаяся под плохо проводящим слоем, как бы образуют обкладки конденсатора емкостью С и сопротивлением его изоляции V_н .

С увеличением частоты тока сопротивление тела человека уменьшается и при больших частотах практически становится равным внутреннему сопротивлению.

При напряжении на электродах 40-45В в наружном слое кожи возникают значительные напряженности поля, которые полностью или частично нарушают полупроводящие свойства этого слоя. При увеличении напряжения сопротивление тела уменьшается и при напряжении 100-200В падает до значения внутреннего сопротивления тела. Это сопротивление для практических расчетов может быть принято равным 1000 Ом.

Влажность и температура воздуха, наличие заземленных металлических конструкций и полов, токопроводящая пыль и другие факторы окружающей среды оказывают дополнительное влияние на условие электробезопасности. Во влажных помещениях с высокой температурой или наружных электроустановках складываются неблагоприятные условия, при которых обеспечивается наилучший контакт с токоведущими частями. Наличие заземленных металлических конструкций и полов создает повышенную опасность поражения вследствие того, что человек практически постоянно связан с одним полюсом (землей) электроустановки. Токопроводящая пыль также улучшает условия для электрического контакта человека как с токоведущими частями, так и с землей.

.1.5 Обеспечение электробезопасности

Электробезопасность обеспечивается комплексом мероприятий:

Организационные мероприятия, обеспечивающие безопасность работ;

Технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ.

Организационные мероприятия, обеспечивающие безопасность работ включают:

оформление работы нарядо-допуском, распоряжением или перечнем работ, выполняемых в порядке текущей эксплуатации;

допуск к работе;

надзор во время работы;

оформление перерыва в работе, переводов на другое рабочее место, окончание работы.

Технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ включают:

выполнение необходимых отключений и предотвращения самопроизвольного включения и подачи напряжения на рабочее место;

вывешивание запрещающих плакатов на приводах и ключах дистанционного управления коммутационной аппаратуры;

проверка отсутствия напряжения на токоведущих частях рабочего места и включение или наложение переносного заземления;

вывешивание предупреждающих плакатов в местах оставшихся под напряжением, а также установка ограждений мест оставшихся под напряжением.

Электрозащитные средства и предохранительные приспособления.

Средства защиты по характеру их применения подразделяются на две категории: средства коллективной защиты и средства индивидуальной защиты(ГОСТ 12.4..011-75).

Части конструкции электроустановки(постоянные ограждения, стационарные заземляющие ит.д.), выполняющие защитные функции в понятие средств защиты не входят.

К электрозащитным средствам относятся:

изолирующие штанги, изолирующие и электроизмерительные клещи, указатели напряжения, указатели напряжения для фазировки и т.д..

изолирующие устройства и приспособления для ремонтных работ под напряжением выше 1000 Вольт и слесарно-монтажный инструмент с изолирующими рукоятками для работы в электроустановках напряжением до 1000 Вольт;

диэлектрические перчатки, боты, галоши, изолирующие накладки и подставки;

индивидуальные экранирующие комплекты;

переносные заземления;

плакаты и знаки безопасности.

Кроме перечисленных электрозащитных средств при рпаботах в электроустановках следует при необходимости применять такие средства индивидуальной защиты, как очки, каски, противогазы, рукавицы, предохранительные пояса и страховочные канаты.

Изолирующие части средств защиты должны быть выполнены из электроизоляционных материалов с устойчивыми диэлектрическими свойствами. Материалы поглощающие влагу, должны быть покрыты влагостойким лаком и иметь гладкую поверхность без трещин, расслоений и царапин.

.1.6 Оказание первой доврачебной помощи пораженному электрическим током

Первая медицинская помощь - это комплекс мероприятий, направленных на восстановление или сохранение жизни и здоровья пострадавшего, осуществляемых не медицинскими работниками(взаимопомощь) или самим пострадавшим(самопомощь). Одним из важнейших положений оказания первой помощи является ее срочность: чем быстрее она будет подана, тем больше надежды на благоприятный исход. Поэтому такую помощь своевременно может и должен оказать тот, кто находится рядом с пострадавшим.

При поражении электрическим током необходимо как можно скорее освободить пострадавшего от действия тока, так как от продолжительности воздействия зависит тяжесть электротравмы.

Первым действием оказывающего помощь должно быть немедленное отключение той части электроустановки, которой касается пострадавший, путем отключения коммутационной аппаратуры, снятия предохранителей или разъема штепсельного соединения.

Если пострадавший находится на высоте, то отключение установки и тем самым освобождение от тока может вызвать падение, необходимо принять все меры для предотвращения и обеспечит безопасность пострадавшему.

Во всех случаях оказывающий помощь не должен прикасаться к пострадавшему без надлежащих мер предосторожности, так как это опасно для жизни

После освобождения пострадавшего от действия электрического тока необходимо оценить его состояние. Признаки, по которым можно быстро определить состояние пострадавшего, следующие: а)сознание: ясное, отсутствует, нарушено(пострадавший заторможен), возбужден; б) цвет кожных покровов и видимых слизистых: розовые, синюшние, бледные; в) дыхание: нормальное, отсутствует, нарушенное(неправильное, поверхностное, хрипящее); г) пульс на сонных артериях: хорошо определяется(ритм правильный или неправильный), плохо определяется, отсутствует; д) зрачки: узкие, широкие.

При определенных навыках, владея собой, оказывающий помощь в течении 1 минуты способен оценить состояние пострадавшего и решить, в каком объеме и порядке следует оказывать ему помощь.

Цвет кожных покровов и наличие дыхания (по подъему и опусканию грудной клетки) оцениваются визуально. Пульс на сонной артерии прощупывается подушечками второго, третьего и четвертого пальцев руки, располагая их вдоль шеи между кадыком(адамово яблоко) и кивательной мышцей, и слегка прижимая к позвоночнику. Ширину зрачков при закрытых глазах определяют следующим образом: подушечки указательных пальцев кладут на верхние веки обеих глаз, и слегка придавливая их к глазному яблоку, поднимают вверх. При этом глазная щель открывается и на белом фоне видна округлая радужка, а в центре ее округлой формы зрачки, состояние которых оценивают по тому, какую площадь радужки они занимают.

Если у пострадавшего отсутствуют сознание, дыхание, пульс, кожный покров синюшний, а зрачки широкие(0,5 см в диаметре), можно считать, что он находится в состоянии клинической смерти и немедленно приступить к оживлению организма с помощью искусственного дыхания по способу «изо рта в рот» или «изо рта в нос» и наружного массажа сердца.

Если пострадавший дышит очень редко и судорожно, но у него прощупывается пульс, необходимо сразу же начать делать искусственное дыхание. Не обязательно, чтобы при проведении искусственного дыхания пострадавший находился в горизонтальном положении.

Приступив к оживлению необходимо позаботиться о вызове врача или скорой медицинской помощи, через лиц не участвующих в реанимации пострадавшего.

Если пострадавший в сознании, но до этого был в обмороке или находился в бессознательном состоянии, но с сохранившимся устойчивым дыханием и пульсом, его следует уложить, расстегнуть одежду, создать приток воздуха, обеспечит прохладу или тепло в зависимости от состояния и создать полный покой с контролем за дыханием и пульсом.

Если пострадавший находится в бессознательном состоянии, необходимо наблюдать за его дыханием и в случае нарушения дыхания из-за западания языка выдвинуть нижнюю челюсть вперед, взявшись пальцами за ее углы, и поддержать ее в таком положении, пока не прекратится западание языка.

При возникновении у пострадавшего рвоты необходимо повернуть его голову и плечи налево для удаления рвотных масс. Ни в коем случае нельзя позволять пострадавшему двигаться и тем более продолжать работу.

Переносить пострадавшего в другое место следует только в тех случаях, когда ему или лицу оказывающему помощь, продолжает угрожать опасность.

В случае невозможности вызова врача на место происшествия необходимо обеспечить транспортировку пострадавшего в ближайшее лечебное учреждение. Перевозить пострадавшего можно только при удовлетворительном дыхании и устойчивом пульсе. Если состояние пострадавшего не позволяет его транспортировать, необходимо продолжать оказывать помощь.

.2 Охрана окружающей среды

Мероприятия по охране окружающей среды.

Проблемы охраны окружающей среды является одной из актуальнейших на современном этапе развития общества. В целях предотвращения недопустимого загрязнения окружающей среды организуют учет и нормирование выбросов вредных веществ.

Барабанные обжиговые печи (БОП) предопределяют выбросы в атмосферу токсичных оксидов азота, оксида углерода, углеводородов, этилмеркаптана, поэтому для них должны устанавливаться предельно допустимые выбросы вредных веществ в атмосферу(ПДВ).

При работах БОП предусмотрены следующие операции, связанные с выбросом вредных веществ в атмосферу:

работа БОП, при которой через выхлопные трубы выбрасываются в атмосферу продукты сгорания, содержащие окиси азота и окись углерода;

пуск БОП, при котором через свечу в атмосферу выбрасывается природный газ(углеводороды);

останов БОП, при котором через свечу нагнетателя в атмосферу выбрасывается природный газ(углеводороды);

продувка пылеуловителей, при котором также происходит выброс углеводородов

Основными мероприятиями по снижению окислов азота являются:

Вывод на консервацию БОП вследствии изменения режима работы или техперевооружения предприятия, в частности замены или модернизации БОП;

Внедрение микрофакельной камеры сгорания на БОП. В камере за счет образования равномерного температурного поля уменьшается образование окислов азота на 30-40%;

6.ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМЗИТА

.1 Теплотехнические расчеты и тепловая экономичность вращающейся печи

Производительность вращающейся печи при нормальном режиме обжига керамзита зависит от ее размеров, главным образом, от диаметра ,угла наклона, частоты вращения, коэффициента заполнения печи, мощности тяговых устройств, коэффициента вспучивания сырья, температуры и времени, необходимых для тепловой подготовки и вспучивания данного материала, влажности загружаемого полуфабриката, количества сжигаемого топлива и т.д.

Производительность же вращающейся печи данных размеров при нормализации и равенстве всех других указанных параметров в основном определяется ее тепловой мощностью, измеряемой количеством условного топлива, которое может быть сожжено в ней в течение 1 ч и удельным расходом топлива на 1 кг керамзита. При этом чем больше может быть сожжено топлива в печи при нормальных условиях ее работы, а также чем меньше расход топлива на обжиг 1 кг керамзита, тем выше производительность печи. Для данных размеров вращающейся печи и заданной ее производительности тепловая мощность, а следовательно, объем топочного пространства и длина зоны горения, в основном его определяющая, должны быть вполне определенными.

При укорочении факела горения тепловую мощность можно сохранить лишь за счет повышения температуры факела горения, что приведет к концентрированному» нагреву материала и футеровки на узком отрезке длины печи и свариванию керамзита. Удлинение факела горения при сохранении его температуры и прежней загрузки приводит к повышению тепловой мощности печи изменениям в распределении зон печи, нарушению кривой обжига керамзита и может иметь следствием преждевременный пережог материала в керамический черепок до его вспучивания на керамзит.

Тепловая мощность печи определяется произведением объема топочного пространства на его тепловое напряжение, выражаемое, например, в тоннах условного топлива, сжигаемого в 1 м3 топочного объема в 1 ч.

Нами установлено, что чем больше коэффициент вспучивания сырья и меньше плотность получаемого керамзита, тем больше по объему выход готовой продукции и выше производительность теплового агрегата. Следует, однако, заметить, что такая прямо пропорциональная зависимость наблюдается лишь при производстве особо легкого и легкого керамзита, используемого в основном для теплоизоляции и стеновых ограждающих конструкций. При производстве же керамзита повышенных плотности и прочности для конструктивных, особенно высокопрочных легких бетонов из сырья с малым коэффициентом вспучивания производительность теплового агрегата и экономика производства в решающей степени зависят от температуры, скорости обжига и коэффициента заполнения печи, который может быть повышен при этом в несколько раз.

Для наиболее эффективного использования теплоты и выполнения условий, обеспечивающих обжиг керамзита по специфической кривой (см. рис. 33), зона вспучивания должна располагаться в пределах зоны горения топлива и развития максимальных температур факела. При этом эффективное вспучивание достигается тогда, когда скорость продвижения материала тесно взаимосвязана с длиной зоны горения и обеспечивается требуемая длительность пребывания материала при температуре его вспучивания.

Коэффициент заполнения печи на действующих керамзитовых предприятиях, составляющий обычно 4 - 6 % ее сечения, должен строго соответствовать тепловое мощности печи. При перегрузке печи материалом, так же как и при недогрузке, нельзя достигнуть требуемой кривой обжига керамзита.

Увеличение производительности печи за счет сжигания большего количества топлива должно сопровождаться эквивалентным увеличением пространства, где материал наиболее интенсивно поглощает теплоту. Это пространство можно увеличить либо путем увеличения толщины слоя материала, либо за счет распространения пламени на более длинный участок печи. Первое может быть рекомендовано лишь при использовании примерно однородного по размерам полуфабриката без примеси мелких фракций. Если полуфабрикат содержит наряду с более крупными большое количество мелких фракции, то мелкие препятствуют перемешиванию и перекатыванию крупных фракций, а также закрывают их от непосредственного воздействия лучистого тепла. Кроме того, совместный обжиг крупных и мелких фракций приводит к пережогу одних, недожогу других и свариванию материала в целом.

При ограниченных возможностях изменения факела горения теплопередачу улучшают, увеличивая до известного предела частоту вращения печи в сочетании с меньшим шагом, следствием чего будет лучшее перемешивание материала и увеличение частоты появления отдельных гранул на поверхности слоя загрузки, а также в местах соприкосновения с раскаленной футеровкой.

При выборе размеров печи руководствуются главным образом двумя факторами: задаваемой производительностью печи и влажностью исходного полуфабриката. Чем суше полуфабрикат, подаваемый в печь, тем более короткой может быть вращающаяся печь, и наоборот, чем выше задаваемая производительность печи, тем больших размеров должен быть ее диаметр при надлежащем соблюдении соотношения между длиной и диаметром.

Производительность печи как транспортирующего аппарата, по Е.И.Ходорову, определяется формулой

где V_М - объемная производительность лечи, м³/ч (по насыпному объему); D - внутренний диаметр печи, м; L - длина печи, м; φ - коэффициент заполнения печи материалом; t - время пребывания материала в печи, мин;

здесь n - число оборотов печи, мин; i - угол наклона печи, град., ν - угол естественного откоса материала, %.

Достаточных данных для вычисления действительной производительности различных по размеру вращающихся печей, работающих на разнотипном керамзитовом сырье, все еще нет.

Значительный опыт по применению и уточнению различных эмпирических формул для определения производительности различных по размеру вращающихся печей, работающих на различном сырье, накоплен в цементной промышленности. Вместе с тем наиболее часто используют метод определения производительности вращающихся печей по формуле А.Н.Иванова, учитывающий тепловую мощность теплового агрегата и удельный расход топлива на обжиг данного материала

где G - производительность печи, т/ч; Q - тепловая мощность печи, т условного топлива в 1 ч; q₁ - удельный расход условного топлива, т/ч.

Важнейшее достоинство формулы А.Н.Иванова состоит в том, что она как бы суммирует и обобщает множество причин, влияющих на производительность печи в простейшем выражении соотношения трех решающих взаимозависимых факторов. Кроме того, она нормирует производительность печи в весовых единицах, что согласуется с нормированием теплопотребления. При необходимости значения производительности печи могут быть переведены в объемные единицы путем деления на насыпную плотность керамзита.

В среднем тепловая мощность вращающейся печи Q кДж/ч, по А.Н.Иванову, составит

Тогда формула А.Н.Иванова для расчета производительности вращающихся печей G, кг/ч, принимает вид

Где q₂ - удельный расход теплоты на обжиг, кДж/кг, или (в м³/ч)

Где ρ_Н - насыпная плотность материала, кг/м³

Тепловой баланс двухбарабанной вращающейся печи. Тепловые балансы печи позволяют оценить достоинства и недостатки теплотехнического оборудований и эффективность его использования. При этом полезно выявить возможные показатели работы вращающихся печей при оптимальных условиях, сопоставить их с данными работы действующих печей и наметить пути рационализации режима обжига керамзита.

При правильной организации работы печи выдерживаются следующие условия: часовая производительность печи равна расчетной; сжигание необходимого для обжига керамзита топлива производится при расчетном коэффициенте избытка воздуха; теплота отходящих из печи газов используется для сушки и подогрева сырца перед обжигом (физически связанная и свободная вода при этом полностью удаляется за счет указанной теплоты, а температура отходящих газов не превышает 250°С); теплота остывающего керамзита используется для подогрева первичного и вторичного воздуха, поступающего в печь для сжигания топлива.

Отклонения от рационального режима работы печи: недостаточное использование теплоты отходящих из печи газов для сушки и подогрева материала, обусловленное, как правило, несовершенством конструкции обжигового агрегата (однобарабанных печей), температура отходящих газов при этом 400 - 700 °С; существенное превышение коэффициента избытка воздуха сверх расчетного; недостаточное использование теплоты остывающего керамзита для подогрева воздуха, поступающего в печь; отклонение часовой производительности печи от расчетной.

Исходные данные для теплотехнического расчета двухбарабанной печи:

. Способ производства - пластический.

. Формовочная влажность сырца W = 25%.

. Топливо - природный газ с элементарным составом, %: СН₄ - 94, С₂Н₆ -1,2, С₃Н₈ - 9,7, С₄Н₁₀ - 0,4, С₅Н₁₂ - 0,2, N₂ - 3,3, СО₂ - 0,2.

Теплота сгорания топлива Q^H_P = 8560 ккал/(н·м³), или 35 952 кДж/( н·м³).

. Химический состав сырья в пересчете на сухую массу, %: SiО₂ - 54, Аl₂О₃ - 22, Fe₂О₃ - 8, MgO - 2, CaO - 2, Na₂О + K₂О_-4, ППП - 8.

. Температура вспучивания сырья 1180°С.

. Температура керамзита на выходе из печи 900°С.

. Температура газов, отходящих из вращающейся печи, 250°С

. Температура материала на выходе из зоны подогрева 350°С.

. Температура материала на выходе из холодильника 80°С.

. Производительность двухбарабанной печи 200 тыс. м³ в год или 24,8 м³/ч, или 12 400 кг/ч при насыпной плотности ρ_Н = 500 кг/м³.

. Безвозвратный пылеунос и технологические потери сырья i = 3%

. Уклон печи 3,5%

. Температура воздуха 15°С

. Температура сырья 10°С

Расчет горения топлива. 1. Теоретический расход сухого V₀= 9,51 нм³/нм³ газа.

. Выход продуктов сгорания топлива при коэффициенте избытка воздуха α = 1

Общий выход топочных газов при α = 1

. Фактическая температура горения при температуре вспучивания t = 1180°С.

Теоретическая температура горения при избытке воздуха t^Т_Г = t^Ф_Г/η, где η - пирометрический коэффициент печи, учитывающий теплообмен между газом и материалом и потери теплоты в зоне горения через корпус печи: для вращающейся печи η = 0,9. Тогда t^Т_Г = 1230/0,9 = 1365°С.

Теоретическая температура горения находится по формуле

Где Q_В - теплосодержание воздуха, входящего в зону горения на холодильнике; при охлаждении керамзита от 900°С до 80°С Q_В ≈ 155 ккал/кг, или 651 кДж/кг; ΣV - сумма продуктов сгорания; с_р - средняя теплоемкость продуктов сгорания.

Из этого соотношения находим требуемый коэффициент избытка воздуха в зоне вспучивания:

Принимаем α в зоне вспучивания α₁ = 1,6; с учетом подсоса на стыках барабанов, в барабане термоподковки α₂ = 1,8, в холодильнике α₃ = 2.

. Действительный расход воздуха в барабане вспучивания (α = 1,6)

В барабане термоподготовки (α = 1,8)

В холодильнике (α = 2)

. Общий выход топочных газов при α = 1,8 (барабан термоподготовки)

При α = 1,6

Расчет материального баланса производства керамзита. 1. Удельный расход сырца

Или 0,746/0,5 = 1,492 кг/кг керамзита

. Удельный расход сухого сырца

. Выход физической влаги из сырья

Или

Где ρ_Н2О - плотность водяных паров

. Выход химический связанной воды

. Общее количество испаряемой влаги

. Выход СО₂ или СаСО₃ и МgСО₃, содержащихся в глине. Количество содержащегося в глине СаСО₃:

Количество СО₂ из СаСО₃:

Количество содержащегося в глине МgСО₃:

Количество СО₂ из МgСО₃:

Общий выход СО₂:

Или

Или

Расчет теплового эффекта керамзитообразования. Расход теплоты. 1. Расход теплоты на нагрев сухой части сырья до 450^ОС.

. Расход теплоты на дегидрацию глинистых минералов сырья

. Расход теплоты на дегидратированного сырья от 450 до 900^ОС

. Расход теплоты на декарбонизацию СаСО₃ и МgСО₃, содержащихся в глине

. Расход теплоты на декарбонизацию сырья от 900 до 1180^ОС

6. Расход теплоты на образование жидкой фазы при 900 - 1180 ^ОС , или 168 кДж/кг.

Расход теплоты. 1. Потери теплоты с материалом, уходящим из зоны испарения в зону подогрева, 40,4 ккал/кг, или 169,1 кДж/кг.

. Расход теплоты на испарение влаги 222 ккал/кг, или 929,5 кДж/кг.

. Потери теплоты в окружающую среду 9,2 ккал/кг, или 38,5 кДж/кг.

. Расход теплоты на нагрев влаги сырья 37,2 ккал/кг, или 155,7 кДж/кг.

. Потери теплоты с отходящими газами 189,25 ккал/кг, или 792,3 кДж/кг.

. Невязка баланса 1,45 ккал/кг, или 6 кДж/кг. Сумма расходных статей ΣQ_р = 499,5 ккал/кг, или 2091,3 кДж/кг.

Сопоставлены расчетные показатели расхода теплоты на обжиг керамзита при нормальных условиях с температурой отходящих из печи газов 200^оС и избытке воздуха α = 1,05 и при отклонениях - температуре отходящих газов 500 - 700^оС и избытке воздуха α, равного 1,65 и 2.

Из данных расчета теплового баланса видно, что теоретически потребная теплота для обжига составляет всего около 800 - 950 ккал/кг, или 3350 - 3977,5 кДж/кг. Вместе с тем результаты расчетов (см. табл. 21) показывают как могут возрастать расходы теплоты только при увеличении избытка воздуха и температуры отходящих из печи газов. Так, если при температуре отходящих газов 200 °С и избытке воздуха α = 1,05 расход топлива составляет 791 ккал/кг (3312 кДж/кг), то при температуре отходящих из печи газов 600 °С и избытке воздуха α = 2, как это нередко бывает на плохо работающих вращающихся печах, расход теплоты возрастает до 1500 ккал/кг (6280 кДж/кг), т.е. более чем в 2 раза. Если к тому же и другие потери теплоты завышены, например в окружающую среду при недостаточной изоляции корпуса печи, с горячим керамзитом и т. д., то расходы теплоты иногда увеличиваются в 2,5 - 4 раза и достигают 2500 - 2900 ккал/кг (10647 - 12142 кДж/кг).

Сравнение основных показателей тепловых балансов показывает большой перерасход топлива. Так, хотя расход теплоты из печи завода снижен до 1516 ккал/кг (6347 кДж/кг), все же имеются большие резервы для дальнейшего улучшения ее работы. И это убедительно подтверждается опытом завода. Достаточно было снабдить вращающиеся печи теплообменным устройством, устроить пороги и улучшить конструкцию горелки, как расход топлива на тех же печах был доведен до 1350 - 1410 ккал/кг (5652 - 5903 кДж/кг). К сожалению, теплообменники и другие устройства, резко улучшающие экономические показатели обжига керамзита, еще не получили массового применения.

Анализ тепловых балансов и передовой опыт керамзитовых предприятий позволяют наметить основные пути рационализации обжига керамзита.

Основной источник экономии топлива - снижение теплопотерь с отходящими из печи газами и в окружающую среду, все еще составляющих около 1000 - 1300 ккал/кг (4187 - 5443 кДж/кг).

6.2 Технико-экономические показатели производства керамзита

Для оценки технико-экономических показателей производства керамзитового гравия произведены расчеты применительно к заводу мощностью 100 тыс.м³ керамзита в год.

Расчет технико-экономических показателей выполнен в сравнении с проектом-аналогом, где в качестве сырьевой базы используются глины Погодаевского месторождения верхнего и нижнего горизонтов залегания в соотношении 1:1.