Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций

Раздел: Строительство

При использовании природного сырья завод по производству вяжущего должен располагаться вблизи месторождения сырья н иметь собственное карьерное хозяйство. На производство 1 т гипсового вяжущего расходуется до 1,25 т гипсового камня, 1 т молотой негашеной извести—1,8 т известняка, 1 т портландцемента— 1,2—1,8 т карбонатных и 0,2—0,8 т глинистых пород. Поэтому дополнительные перевозки сырья значительно удорожают стоимость вяжущего. При получении вяжущих веществ из полуфабрикатов (отходов промышленности) завод предпочтительнее располагать на общей территории с промышленным предприятием, отходы которого он будет использовать.

Технология производства вяжущего предусматривает следующие операции: добычу и транспортирование сырья, дробление и гомогенизацию, сушку, обжиг, помол и складирование (упаковку). Производство вяжущих веществ связано с большими энергозатратами. Так, сырьевую смесь обжигают при разных температурах в зависимости от вида вяжущего. Гипсовое вяжущее p-CaS04-0,5H20 получают обжигом гипсового камня при 150— 180°С, затрачивая на 1 кг вяжущего 1,2— 4 кДж теплоты. Температура обжига комовой негашеной извести 1100—1200°С, а портландцементного клинкера— 1450 °С. При этом на получение 1 кг извести расходуют около 4 МДж, а на 1 кг портландцементного клинкера — 5,2—7,2 МДж теплоты.

2.3.1. Добыча и транспортирование сырья

Добычу сырья природного происхождения ведут обычно в карьерах открытым или подземным способом. Выбор системы разработки месторождения определяется безопасностью и экономичностью работ. Необходимо обеспечить планомерную выдачу из карьера заданного количества сырья при рациональном использовании его запасов. При разработке месторождения следует обращать внимание не только на химический состав сырья, но и на его физические свойства: предел прочности при сжатии и ударе, влагоемкость, водопроницаемость, среднюю плотность, угол наклона пластов, чередование пластов и их мощность, уровень и приток грунтовых вод и т. п.

Добыча сырья открытым способом аналогична добыче нерудных материалов. При добыче подземным способом работы усложняются, так как следует обеспечивать крепление и вентиляцию выработок, освещение, отвод воды и т. п. К числу таких предприятий можно отнести Новомосковский гипсовый рудник Тульской области. Гипсовый пласт толщиной в 14 м залегает на глубине более 140 мм.

Транспортирование сырья из карьера или шахты на завод может осуществляться автомобильным, железнодорожным, конвейерным и гидротранспортом. Выбор вида транспорта зависит от многих причин, но он должен быть экономичным и бесперебойным.

2.3.2. Дробление

Полученная в карьере (в шахте) порода еще не является готовым сырьем для заводов вяжущих. Крупные куски сырьевых компонентов необходимо предварительно измельчать до нужных размеров. Достигается это дроблением.

В зависимости от физико-механических свойств породы применяют несколько способов измельчения: раздавливание, истирание, удар, раскалывание. На практике часто совмещают эти способы, например раздавливание с истиранием, удар с раздавливанием и т. д.

Мягкие породы выгоднее измельчать с помощью удара, вязкие — истиранием, твердые — ударом и раздавливанием.

Экономичнее в мельницу направлять материал в виде мелких кусочков, так как производительность ее зависит не только от тонкости измельчения (удельной поверхности) готового продукта, но и от размера кусков, поступающих на помол. Эти обстоятельства и определяют характер и степень измельчения породы. Обычно приходится применять двух- или трехкратное дробление. Иногда дробление совмещают с сортировкой (грохочением).

При измельчении мягких пород (глина, мел, мягкий известняк) предпочтение отдают валковым дробилкам. Для вторичного измельчения служат молотковые самоочищающиеся дробилки.

Для измельчения влажных пород рациональны дробилки-сушилки. Совмещение в одном агрегате процессов сушки и дробления позволяет обрабатывать породу с влажностью до 25 % ( 2.1). Горячие газы с температурой 350—850 °С подсушивают материал, исключают слипание кусков. Измельченный материал в виде мелких частиц размером около 1 мм с влажностью до 1 % уносится потоком горячих газов. Более крупные частицы оседают и вновь измельчаются.

При дроблении следует обращать внимание не только на качество дробления, производительность дробилок, но и на очистку воздуха от пыли и ее утилизацию.

2.3.3. Сушка

ушка — удаление влаги из материалов при их подготовке к переработке, использованию и хранению. Различают сушку конвективную (в потоке нагретого газа или воздуха), контактную (при соприкосновении с нагретой поверхностью), сублимационную (в вакууме), высокочастотную (диэлектрическим нагревом), радиационную (инфракрасным излучением). В производстве вяжущих веществ используют конвективную сушку. При нагревании над материалом образуется пар, который удаляется потоком нагретого сухого газа. Влага в этом случае испаряется с поверхности материала.

Сушка материалов в производстве вяжущих веществ в большинстве случаев является необходимым и часто самостоятельным технологическим переделом. Вызвано это тем, что большинство вяжущих веществ получают тонким измельчением в специальных помольных установках, эффективность их работы зависит от влажности размалываемого материала, которая колеблется в пределах 1—2 % для минерального сырья и 1,5—5 % для твердого топлива. \

Влажность сырьевых материалов, поступающих на сушку, зависит от вида материала, способа получения (для гранулированного шлака) и колеблется от 3 до 25 %. На скорость сушки влияет размер кусков материала. Мелкие куски высушиваются быстрее при меньшей относительной влажности теплоносителя.

В процессе сушки необходимо следить не только за относительной влажностью теплоносителя, но и за его абсолютной влажностью и точкой росы. Понижение температуры газа или воздуха ниже точки росы сопровождается конденсацией пара на поверхности аппаратов, что приводит к их коррозии. Поэтому в процессе прохождения теплоносителя по трубопроводам и аппаратам не должно происходить их запотевание.

Сушат материал до помола или сушку совмещают с помолом. Одновременные сушка и помол позволяют вести процесс более экономно. Однако в этом случае влажность материала не должна превышать 12 %. При раздельной сушке в качестве сушильных аппаратов используют сушильные барабаны, вихревые, аэрофонтанные сушилки и т. д. Наиболее распространены сушильные барабаны — стальные цилиндры длиной 14—30 м и диаметром 2,2—3,5 м. Барабан устанавливают наклонно под углом 1—3° на опорные ролики. Вращение осуществляется с помощью электродвигателя через зубчатую передачу. Частота вращения барабана 2—6 об/мин.

Поступающий на сушку материал (домеииый гранулированный шлак, гипс и др.) в виде мелких кусков попадает в приподнятый конец барабана. При вращении барабана материал перемещается к нижнему концу. В зависимости от направления движения теплоносителя (горячих топочных газов) и материала различают су

шильные барабаны прямоточные и противоточные. В прямоточных движение материала и газов совпадает, в противоточных газы и материал движутся навстречу друг другу. Горячие газы просасываются через сушильный барабан с помощью вентилятора и, проходя через пылеосадительную систему, выбрасываются в атмосферу. Температура поступающих газов 600—700 °С, а на выходе из барабана 80—120 °С.

Для ускорения высушивания материала на внутренней поверхности барабана устанавливают лопасти, полки, навешивают цепи. При вращении барабана лопасти перемешивают материал, пересыпают, а потоки горячего газа омывают куски со всех сторон. Конструкция пересыпных устройств зависит от физико-механических свойств и структуры материала. Использование различных теплообменных устройств внутри барабана позволяет повысить эффективность сушки: снизить расход теплоты, увеличить производительность. Эффективность барабана определяется удельным паронапряжением. Выражается оно количеством воды, удаляемой из материала в 1 м3 объема барабана за 1 ч сушки. Обычно удельное паронапряжение составляет 20—50 кг/(м3-ч) в зависимости от вида высушиваемого материала.

О работе сушильного барабана можно судить и по его производительности по сухому материалу, и по расходу теплоты. Обычно производительность по сухому материалу равна 20—50 т/ч. Теоретически для испарения 1 кг воды следует затратить 2690 кДж теплоты. Однако на практике на этот процесс расходуется 3500— 6000 кДж. Разница этих показателей указывает на потерю теплоты с отходящими газами, нагретым материалом и теплоиспусканием.

Сушильные барабаны просты по конструкции и в эксплуатации. Их легко ремонтировать. К недостаткам сушильных барабанов относятся высокая металлоемкость и большие потери теплоты. Коэффициент заполнения барабана 0,05—0,2. Увеличение этого коэффициента резко снижает прохождение теплоносителя, что сопровождается снижением производительности агрегата. Коэффициент полезного действия сушильных барабаноа 0,7-0,8.

В настоящее время применяют более эффективные сушильные агрегаты: вихревые сушилки и высокотемпературные аэрофонтанные сушилки. В отличие от су-

шильного барабана в вихревой сушилке испаряется воды за 1 ч примерно в 2 раза больше, чем в сушильном барабане, что составляет 125—150 кг/(м3-ч). Кроме того, вихревые сушилки более компактны и экономичны. Однако они более металлоемки и сложны в эксплуатации и ремонте. У них наблюдается частый износ лопаток, валов н футеровки. Поэтому вихревые сушилки не нашли пока широкого распространения и используются лишь для сушки шлака.

Более производительны сушилки, в которых сушка материала происходит в «кипящем» слое: аэрофонтаи- ная и 1819А. Аэрофонтанная сушилка по удельному па- ронапряжению [255—300 кг/(м3-ч)] в несколько раз превосходит и сушильный барабан, и вихревую сушилку. Производительность ее по сухому материалу 70 т/ч. Масса такой сушилки в 50 раз меньше массы сушильного барабана. В сушилке 1819А сырой материал через загрузочное устройство попадает на наклонную решетку. Газы, поступающие через низ решетки, пронизывают слой материала толщиной 300 мм и как бы взвешивают кусочки, заставляя материал «кипеть». Размер кусков (обычно шлака) не более 50 мм в поперечнике. Влажность поступающего шлака достигает 25 %. Температура дымовых газов 1100 °С. Постепенно перемещаясь (ссыпаясь) по решетке, шлак высушивается до 2 %-ной влажности и по течке поступает на ленточный конвейер, который подает его к месту хранения.