ГлавнаяСтатьи

Обработка шлака и легких заполнителей

Шлаковые заполнители

Шлаки для заполнителей получают в качестве побочного продукта при производстве чугуна и стали в доменных печах, и поэтому обработка таких материалов начинается уже в стадии производства. Количество получаемого шлака и, до некоторой степени, его химический состав зависят от качества и характера железной руды. Шлак образуется из соединения кремнезема и глинозема, содержащихся в железной руде или остающихся в виде золы от сгорания кокса, извести и окиси магния из флюсов. Минералогический состав и физические свойства шлака обусловливаются в значительной степени способом охлаждения расплавленного шлака после удаления его из печи.

Большинство дробленых шлаковых заполнителей производят путем охлаждения на воздухе. Процесс представляет собой цикл медленного охлаждения, обеспечивающий оптимальные условия для минералообразования. Расплавленный шлак транспортируется или выливается из печей в ямы или канавы. Типичная яма может иметь ширину 15 м, длину 60 м и глубину 1,5—3 м. После того как шлак затвердел в результате остывания в яме Или канаве, его дальше охлаждают приблизительно до 95° с помощью тщательно регулируемой струи воды. В результате этого твердый шлак трескается и ломается, что дает возможность производить выемку и погрузку, не применяя взрывания. Регулирование охлаждения водой необходимо для того, чтобы обеспечить получение сухого материала для эффективного дробления и грохочения.

После того как шлак вынут из ямы или Канавы, окончательная обработка (дробление, грохочение, сортировка, повторное смешивание, хранение и транспортировка) мало отличается от таковой при производстве любого дробленого заполнителя.

Гранулированный шлак представляет собой стекловидный зернистый материал, получаемый резким охлаждением при погружении расплавленного шлака в воду. Резкое охлаждение осуществляется при падении расплавленного шлака прямо в бассейн с водой, или же поток шлака разбивают струями воды под большим давлением, и он падает в бассейн с водой, где подвергается дальнейшему резкому охлаждению. Зерновой состав полученного таким образом шлака соответствует зерновому составу естественных песков.

Легкий шлак получают, вызывая вспенивание шлака во время его затвердевания. Вспенивание осуществляется водой во вращающихся машинах или смешиванием струй воды под высоким давлением с потоком расплавленного шлака. При этом образуются пористые куски или шлаковые зерна, которые, будучи раздроблены и обработаны обычным способом, дают прекрасный легкий заполнитель.

Легкие заполнители

Обычные методы обработки дробленых заполнителей применяются при производстве легких природных заполнителей, как, например, вулканического шлака и пепла, туфов и пемзы. Изменения в последовательности и сочетании требуемых операций зависят от природы и исходных характеристик сырьевых материалов.

Легкие заполнители получают путем обжига смесей из угля и глины, сланца, золы, котельных шлаков или шлака на спека-тельных подвижных решетках, обогрев которых происходит с принудительной тягой. Полученный материал дробят и сортируют до требуемых размеров.

До последнего времени в качестве легкого заполнителя широко применялся котельный шлак от сжигания при высоких температурах угля и кокса в промышленных печах. Постепенное уменьшение производства котельных шлаков значительно сократило этот источник легких заполнителей. Операции обработки могут состоять в снижении содержания сульфатов и сульфидов не больше чем от 1,00 до 0,45%, соответственно, для удаления несгоревшего угля и классификации по размерам.

Диатомовые легкие заполнители получают путем обжига во вращающихся печах смесей дробленых диатомовых земель и сланцев.

Вермикулит представляет собой продукт метаморфического изменения слюды, встречающийся в штатах Монтана, Колорадо и Каролина. При нагревании он расширяется под прямыми углами к плоскостям спайности до объема, превосходящего первоначальный в 30 раз.

Перлит является другим легким материалом, получаемым при обжиге дробленой перлитовой породы во взвешенном состоянии во вращающихся печах.

При быстром нагреве порода расширяется, разрушаясь и образуя небольшие, вспученные, очень хрупкие частицы округлой формы. Проблемой при производстве перлитовых заполнителей являются пылеулавливание и образование переизмельченных частиц, которые обычно идут в отвал.

Как уже указывалось, в настоящее время важнейшими источниками легких заполнителей являются вспученные глины, глинистые и кремнистые сланцы. В большинстве случаев такого рода заполнители получают путем обжига во вращающихся печах и дробления полученного клинкерообразного агломерата. Иногда в качестве легкого заполнителя используются более мягкие глины и кремнистые сланцы, которые сушат, измельчают в порошок, смешивают с пылевидным углем и соответствующим количеством воды и гранулируют. Полученные таким образом гранулы различных размеров обжигают. Окончательная сортировка по размерам должна быть осуществлена с помощью дробления и рассеивания для получения зерен ‘недостающих размеров. Все эти операции обходятся довольно дорого, и поэтому процесс считается нерентабельным.

Наиболее широко в настоящее время применяется так называемый керамзитовый процесс, заключающийся в том, что сырье из аргиллита или кремнистых сланцев дробят до крупности ± 50 мм, которые затем при обжиге расширяются или вспучиваются, после чего с помощью дробления и рассеивания получают материал требуемой крупности. Как указывалось выше, полученный таким образом заполнитель обладает некоторыми нежелательными свойствами, как, например, высокой поглотительной способностью, большой водопотребностью и обусловливает повышенный расход цемента в бетонной сМеои. Поэтому все больше и больше заводов подготавливают зерновой состав; перед обжигом для получения хорошо округленных зерен в-сех размеров, покрытых непроницаемой стекловидной пленкой. Имеются указания, что этот процесс требует несколько большего расхода топлива, чем керамзитовый метод, поскольку печи приходится загружать меньшим количеством материала во избежание образования настылей. Однако экономия в расходе цемента при изготовлении бетона и легкость транспортирования полностью перекрывают небольшую дополнительную стоимость заполнителя, полученного путем предварительной подготовки зернового состава до обжига.

Расширение кремнистого сланца или аргиллита во вращающейся печи при производстве легкого заполнителя происходит в-четырех технологических зонах печи, имеющих соответствующие температуры, каждая из которых является важной для успешного течения процесса. Это: 1) сушка, 2) подогрев, 3) вспучивание и создание ячеистой структуры и 4) охлаждение.

Приготовление сырья и скорость подачи его в печь для поддержания оптимальной толщины слоя материала также являются важными факторами. Одновременно следует обжигать куски породы размером в пределах только одной фракции. Важно, чтобы крупность кусков колебалась в сравнительно узких пределах, причем содержание переизмельченного материала должно быть, минимальным. Опыт показал, что для получения вспученного материала вполне пригодны куски породы следующих размеров:
— 25 мм + 14 мм; — 14 мм +8 мм; —8 мм + 2,5 мм и — 2,5 мм — 0 мм. Для поддержания необходимых температурных условий в печи большое значение имеет скорость подачи материала. Скорость меняется для каждой фракции того или иного типа исходной породы, для каждой печи и форсунки. Установить величину скорости можно только опытным путем на заводе.

Первая зона (сушка) особенно важна для лежащих тонким слоем сланцев, так как нужно предупредить отслаивание и растрескивание поверхностного слоя на вспученных частицах и излишнее их разрушение в печи. Сушка должна происходить сравнительно медленно в рагрузочном конце печи при температурах около 370°. Быстрое испарение влаги вызывает отслаивание и растрескивание поверхностного слоя. Длительность процесса сушки должна составлять 20—30% от всего времени пребывания материала в печи (45—60 мин.).

Продолжительность процесса подогрева должна составлять 40—50% от времени пребывания материала в печи. В течение этого времени отдельные зерна должны быть постепенно и равномерно нагреты до белого каления перед поступлением в зону обжига. Продолжительность процесса обжига обычно составляет 20—25% времени пребывания материала в печи. Этот цикл является наиболее важным из всех, потому что большинство сланцев обладает очень узким температурным интервалом, при котором они вспучиваются, при температуре около 1150°, с отклонением в 10° или меньше. В течение этого периода, когда поверхностный слой частично расплавляется, отдельные куски начинают слипаться, что сопровождается вспучиванием и образованием пор внутри куска. На такой стадии смешивающаяся масса должна подниматься высоко по стенке вращающейся печи и падать вниз, чтобы снова образовать зерна различной формы.

Исследования, проведенные на опытном заводе, показали, что .другими факторами, имеющими важное значение в поддержании «оптимальных температурных условий для каждой стадии процесса, являются: длина, размеры, наклон и скорость вращения печи; гибкий тип форсунки, который позволил бы легко регулировать размер, форму и направление факела; средства для точного регулирования тяговых условий в печи, т. е. эффективное устройство регулятора тяги, и вспомогательные приборы для регулирования воздуха. Обычно требуется сравнительно высокий избыток воздуха (30—50%). Очень важно, чтобы между факелом и поверхностью частиц во время обжига сохранялись перепады температур от 200 до 540°.

Охлаждение, составляющее от 5 до 10% времени пребывания материала в печи, должно протекать в период между окончанием обжига и разгрузкой материала из печи в холодильники. Слишком быстрое охлаждение повлечет за собой образование поверхностных трещин.

При обычных условиях на футеровке печи образуется незначительный слой обмазки; часто он совсем не образуется, поэтому футеровка подвергается непосредственному действию факела. Это создает значительные трудности в отношении сохранения футеровки печи, если только не применяются огнеупоры соответствующих типов и качества.

Один из недавно построенных заводов по производству сланцевых легких заполнителей отличается тем, что планировка его рассчитана на прямолинейный поток материалов, начиная от поступления сырья до выпуска готовой продукции. Большинство подобных заводов планируются более компактно. Данный завод производит заполнители керамзитового типа, но он может быть с таким же успехом приспособлен для материалов, сортированных перед обжигом, что потребует незначительных изменений в складах сырья и оборудования для дробления и грохочения.

Производство легких заполнителей и подготовка зернового состава перед обжигом требуют определенной последовательности довольно простых, обычных операций при наличии подходящего сырья — глинистого сланца, аргиллита или кремнистого сланца. При добыче в карьере, погрузке, транспортировании, разгрузке и хранении сырьевых материалов не возникает каких-либо особых проблем, за тремя возможными исключениями. Мягкие глинистые сланцы быстро разрушаются под действием атмосферных реагентов и поэтому должны быть защищены от них любыми практикуемыми средствами, например, ограниченными забоями в карьерах, применением закрытых ленточных транспортеров и складов сырья. Некоторые глинистые сланцы можно разрабатывать с помощью рыхлителей (рипперов) и бульдозеров, но в большинстве случаев необходимо применять взрывные работы. Так как область применения специального оборудования для бурения и взрывания очень широка, то это оборудование часто оказывается вполне рентабельным. Многие глинистые сланцы в естественном состоянии содержат довольно значительное количество влаги (20—30%). В связи с этим особое внимание должно быть уделено конструкции воронкообразных бункеров для хранения сырья, разгрузочных вибраторов, систем питателей и передачи. Особо важно, чтобы во время сушки глинистых сланцев, лежащих тонким слоем, не происходило отслоения. Легкая подсушка с использованием горячих отходящих газов на какой-нибудь стадии передвижения сырья может оказаться эффективной.

Вследствие абразивности сырых кремнистых сланцев и особенно обожженных материалов применение резиновых ленточных транспортеров и питателей в любых точках оказалось более удовлетворительным, чем использование механических методов. Горизонтальные вибрационные грохоты в противоположность наклонным являются наиболее подходящими для сортировки как сырьевых, так и готовых материалов. Для дробления сырых глинистых сланцев больше всего пригодны молотковые дробилки, потому что они образуют больше кусков кубической формы. Такие дробилки должны быть снабжены регуляторами скорости и сменными плитами, чтобы для каждого сырьевого материала на данном заводе можно было создать оптимальные условия эксплуатации. В мелких фракциях при подготовке зернового состава’ перед обжигом обычно недостает фракция минус 0,3 мм, которую можно получить путем размола некоторого количества более-крупных фракций и смешения для получения требуемого зернового состава. Молотковые дробилки дают удовлетворительно-раздробленные мелкие фракции, но при этом сильно изнашиваются. Стержневые мельницы при соответствующим образом регулируемой работе тоже дают подходящие мелкие фракции. Необожженный мелкий кремнистый сланец оказывает в бетоне такое же действие, как и глина, вызывая избыточное расширение во влажных условиях и снижение прочности. Поэтому использование уловленной пыли не рекомендуется, пока не будет точно установлено, что она полностью обожжена. Этим оправдываются специальные устройства для регулирования процесса обжига и тяги, так как потери с пылеуносом обычно бывают значительными.

Как уже указывалось, обжиг легкого заполнителя — вспученного сланца — является исключительно сложным, и многие вопросы, касающиеся этой операции, остаются еще открытыми. В настоящее время наиболее часто пользуются печами 2.4 X 37,5 м, но еще никем не было доказано, что эти размеры — наилучшие.

В заводские проекты должны быть включены устройства для регулирования скорости вращения печи и ее наклона, автоматического контроля подачи топлива, воздуха, регулирования форсунки, тяги и температуры.

Предполагалось, что устройство сдвоенной печи может иметь, некоторые преимущества. Наибольшей популярностью пользуются барабанные холодильники, хотя было высказано предположение, что сочетание вибрационного транспортера с холодильником имеет свои достоинства.

Должно быть обеспечено хранение готового продукта по меньшей мере трех размеров. Некоторые заводы поставляют своим заказчикам материал четырех размеров, например, от 0 до 2.5 мм, от 2,5 до 8 мм, от 8 до 14,5 мм и от 14,5 до 25,5 мм. Необходимо обеспечить дозирующие устройства для получения соответствующих количеств заполнителей определенной крупности» предназначенных для различных целей.



Читать далее:
Однородность заполнителей для бетона
Установка для обработки породы
Разработка месторождений заполнителей
Испытание отобранных проб заполнителей
Отбор проб
Разведка заполнителей
Поисковые работы
Легкие заполнители
Реакция между щелочами и заполнителями в бетоне
Химические свойства заполнителя



Ваш отзыв