Подготовка сырьевых материалов

Песок, поступающий из карьера на завод очищают от посторонних примесей: камней, комьев глины, металлических предметов, остатков растений. Для этой цели песок просеивают на грохотах (ситах) – плоских эксцентриковых, вибрационных, барабанных. Барабанные грохоты постепенно вытесняются плоскими эксцентриковыми и вибрационными в силу преимуществ последних. Вибрационные сита характеризуются компактностью и высокой производительностью, простотой смены сит и относительно невысоким пылеобразованием. Такие сита почти не забиваются просеиваемым материалом в отличие от барабанных.

В качестве сырья для производства извести используют карбонатные породы с преимущественным содержанием СаСО₃. Это как правило осадочные горыне породы - плотный известняк, известняковый туф, известняк-ракушечник, мел, мрамор. Известняк состоит из кальцита и незначительного количества примесей – углекислого магния, глин, кварцевого песка, солей железа. Содержание глины в составе известняка недолжно превышать 30 %. Доломиты, также относящиеся к карбонатным породам для производства извести не используются. Требования к карбонатным породам, применяемым для производства извести приведены в таблице 2.

При обжиге карбонатных пород класса А получают маломагнезиальную жирную известь, пород классов Б и В – маломагнезиальную известь, класса Г – доломитовую известь, класса Д – гидравлическую известь. Для получения извести в производстве силикатного кирпича обычно используют карбонатные породы классов А и Б.

Таблица 2 - Требования к карбонатным породам для

производства извести

Известняк со склада поступает к приемным бункерам дробильного отделения, после чего подвергается дроблению в щековых дробилках. Затем известнях поступает на сортировочные грохоты, которые производят фракционирование известняка.

Обжиг каждой фракции производится отдельно. Для обжига известняка используют либо шахтные либо вращающиеся печи непрерывного действия. Шахтные печи экономичны по расходу топлива, просты в обслуживании и могут быть полностью механизированы (загрузка, выгрузка). Вращающиеся печи отличаются более высокой производительностью. Они также надежны в эксплуатации и полностью механизированы. Качество полученной извести, обожженной во вращающихся печах более высокое за счет большей равномерности обжига, однако такие печи расходуют больше топлива. Кроме того строительство вращающейся печи более дорогое удовольствие. Существуют также печи для обжига извести в кипящем слое производительностью 100 т в сутки и выше. Такие печи позволяют получить высокоактивную известь.

Процесс обжига извести выражается следующим химическим уравнением:

СаСО₃ = СаО + СО₂

В зависимости от условий (температуры и давления) эта обратимая реакция может идти либо в одном, либо в другом направлении. Выход готовой подукции составляет 1 тонну от 1, 8-2, 1 тонн сырья.

В зависимости от распределения температуры по зонам печи различают три этапа обжига извести:

1) зона подогрева (верхняя часть шахтной печи) – происходит нагрев поступающего известняка;

2) зона обжига (центральная часть печи) 900 –1300 ^оС. (Повышение температуры выше температуры разложения карбонатного сырья вызвано необходимость ускорения процесса разложения). Применение более высоких температур может вызвать пережог извести;

3) зона охлаждения (нижняя часть печи) – охлаждение обожженной извести до 50-80 ^оС.

Нарушение режима обжига влечет за собой снижение качества извести. При недожоге снижается активность извести, что увеличивает расход известняка на единицу продукции. При пережоге извести уменьшается скорость ее гашения. Необходимое время пребывания известняка в печи зависит от размеров кусков известняка.

Обожженую известь измельчают в шаровых мельницах, двухкамерных и многокамерных мельницах. Последние дают более тонкий и однородный помол. Тонина помола извести определяет сроки ее гашения и активность. Для обеспечения более тонкого помола извести используют мельницы, работающие в замкнутом цикле с воздушным сепаратором, где отделяются мелкаие фракции, поступающие в производство, а более крупные возвращаются на домол. Возможно также использование вибромельниц, применение которых, однако, ограничено невысокой производительностью.

Приготовление сырьевой смеси

Сырьевую смесь (силикатную массу) приготовляют из двух основных компонентов - молотой негашеной извести и кварце­вого песка естественной крупности.

Если необходимо получить кирпич повышенной прочности, то в состав сырьевой смеси вводят также некоторое количество тон­комолотого песка. В этом случае часть песка предварительно размалывают в шаровых мельницах, чаще всего совместно с известью. Как показали опыты, введение в состав сырьевой смеси от 10 до 20 % молотого песка позволяет значительно (в 2-2, 5 раза) повысить прочность силикатного кирпича.

Большое влияние на качество силикатного кирпича оказывает количество извести, содержащейся в сырьевой смеси и равномерность ее дозировки в процессе приготовления смеси.

При составлении сырьевой смеси известь дозируют не по ее общему весу, а по весу ее активной части, которая будет участ­вовать в реакции твердения, то есть по весу активного оксида кальция. Поэтому нормы расхода извести устанавливают, в первую очередь, в зависимости от ее активности; кроме того, учитывают свойства второго компонента сырьевой смеси - кварцевого песка.

На каждом заводе силикатного кирпича опытным путем оп­ределяют собственную норму расхода извести на 1000 шт. кир­пича, при которой на данном предприятии получается кирпич требуемого качества (заданной марки).

Основная задача nри приготовлении сырьевой смеси состоит в том, чтобы строго придерживаться установленной нормы рас­хода извести по активной СаО, так как сокращение расхода из­вести против нормы приводит к ухудшению качества кирпича, а увеличение ее расхода - к необоснованному увеличению себестои­мости продукции. В среднем содержание активной окиси каль­ция в силикатной массе на заводах составляет от 6 до 8 %.

При одном и том же, содержании активной СаО в смеси фак­тический расход извести зависит от ее качества. Если приме­няется свежеобожженная высокоактивная известь, содержащая минимальное количество посторонних примесей и недожога, расход ее сокращается; если же известь содержит большое ко­личество неразложившегося известняка и посторонних примесей, а также если известь долго хранилась на воздухе, то расход ее увеличивается.

Активность извести, поступающей в производство, часто из­меняется, поэтому для получения сырьевой смеси с заданной постоянной активностью, приходится часто изменять расход из­вести. Для этого на заводах пользуются заранее составленными таблицами, позволяющими определять дозировку извести в килограммах на единицу продукции (1 м³ силикатной массы или 1000 шт. кир­пича). Расход извести в кгна 100 шт. кирпича при определенной активности извести и силикатной массы приведены в таблице 2.

Таблица 2 Расход извести в кг на 1000 шт. кирпича

При дозировке компонентов сырьевой смеси необходимое количество песка отмеривают по объему, а известь дозируют по весу с помощью бункерных весов или весовых дозаторов иного типа.

Процесс приготовления сырьевой смеси включает тщатель­ное смешивание извести с песком и гашение извести. Реакция гашения (гидратации) окиси кальция протекает по уравнению:

СаО + Н₂О=Са(ОН)₂

В результате получается сырьевая смесь, в которой частицы гидратной извести Са(0Н)₂, равномерно распределены между зернами песка.

Сырьевую смесь приготовляют барабанным или силосным способом. При барабанном способе известь и песок совместно загружают в гасительный барабан, где происходит одновременно их перемешивание и гашение извести; при этом процесс гашения извести ускоряют, вводя в, барабан насыщенный пар под дав­лением. При силосном способе молотую негашеную известь и песок предварительно перемешивают и увлажняют, а затем за­гружают в силосы, где известь гасится. Этот процесс длится от 1, 5 до 4 часов.

После силосов силикатную массу обрабатывают в дезинте­граторе, где она перемешивается и частично измельчается. Затем вмешалке масса увлажняется и подается на пресса.

Кроме извести и песка, составной частью сырьевой смеси яв­ляется вода, необходимая для полного гашения извести. Вода также придает массе пластичность, необходимую для прессования кирпича-сырца, и создает благоприятную среду для проте­кания химической реакции твердения кирпича при его запари­вании.

Увлажнять смесь следует точно определенным количеством воды. Недостаток воды приводит к неполному гашению извести; избыток воды, хотя и обеспечивает полное гашение, но создает избыточную влажность сырьевой смеси.

Влага частично поступает с песком. Карьерная влажность, песка колеблется в зависимости от климатических условий. Ко­личество воды, необходимое для получения сырьевой смеси тре­буемой влажности можно ориентировочно рассчитать, принимая во внимaние карьерную влажность поступающего в производ­ство песка.

Пример такого расчета приведен в таблице 3.

Общий расход воды для получения сырьевой смеси влажностью 7 % составляет в среднем около 13 % от веса массы и распределяется ориентировочно следующим образом:

- на гашение извести. 2, 5 %

- на испарение при гашении 3, 5 %

- на увлажнение массы. 7, 0 %

Таблица 3 – Определение количества воды для дополнительного

увлажнения сырьевой смеси в зависимости от

карьерной влажности песка

Приготовление сырьевой смеси в гасильных барабанах. Загрузка компонентов может проводиться двумя способами: при первом способе загружают весь песок и всю известь, при втором – сначала загружают 20-25 % песка, потом всю известь и затем остальной песок. При загрузке вторым способом масса перемешивается лучше, но уменьшается коэффициент использования гасильного барабана по времени. Молотую негашеную известь подают пневмотранспортом в бункер-запасник, откуда она поступает на автоматические весы или в весовой дозатор Отвешенная порция извести подается ленточным транспортером, куда также подается отдозированный песок, на предварительно смешивание в одно- или двухвальный лопастной смеситель непрерывного действия. После загрузки в гасильный барабан закрывают крышку люка и открывают клапан, впускающий пар. Пар должен подаваться в течение всего времени гашения при постоянном заданном давлении. После остановки гасильного барабана осторожно выпускают пар, открывают люк и, медленно вращая барабан выгружают смесь в бункер-запасник, находящийся под гасильным барабаном. Готовую сырьевую смесь дозируют тарельчатым питателем и подают к прессам ленточным транспортером.

Приготовление сырьевой смеси в силосах. На рис.1 показана логическая схема производства силикатного кирпича с приготовлением сырьевой смеси по силос­ному способу.

Рис. 1 – Технологическая схема приготовления смеси

силосным способом

Силосный способ приготовления смеси имеет значительные экономические преимущества перед барабанным, так как при силосовании массы на гашение извести не расходуется пар. Кроме того, силосный способ производства значительно проще бара­банного.

Подготовленные известь и песок непрерывно подаются питателями в заданном соотношении в одновальный или двухвальный смеситель непрерывного действия и увлажняются. Переме­шанная и увлажненная смесь поступает в силосы, где выдерживается 0, 1; 1, 5 да 4 чв течение которых известь гасится.

Силос представляет с­обой циллиндрический сосуд из листовой стали или железобетона. Высота сило­са 8-10 м, диаметр 3, 5-4 м.. В ниж­ней части силос имеет конусообраз­ную форму.

Силос разгружается при помощи тарельчатого питателя на ленточный транспортер. Как при разгрузке сили­катный массы из запасников гасиль­ных барабанов, так и из силосов вы­деляется пыль, что является большим недостаткам в работе оборудо­вания.

При вылеживании в силосах смесь часто образует своды. Причина это­го - относительно высокая влажность массы, а также уплотнение и частич­ное твердение ее при хранении. Наиболее часто своды образуются в нижних слоях массы у основания си­лосов. Для лучшей разгрузки силоса не­обходимо, чтобы масса имела по воз­можности меньшую влажность. Из опыта работы заводов установлено, что силосы разгружаются удовлетвори­тельно при влажности массы 3, 5­-4, 5 %.

Для облегчения разгрузки периодически включают вибратор, укрепленный на стенке силоса, и этим уменьшают прилипание массы к стенкам. Если эта не помогает, томассу выбивают ломами через разгрузочные окна.

Прессование кирпича-сырца - это одна из важнейших операций в технологической схеме производства силикатного кирпича. От степени уплотнения сырьевой смеси при прессовании сырца в значительной мере зависит плотность, прочность и дру­гие физико-механические свойства силикатного кирпича.

Хорошо уплотнить сырец - значит довести до минимума свободное пространство между частицами песка, сблизив их на­столько, чтобы они разделялись друг от друга только тончайшими прослойками вяжущего вещества. Такое сближение зерен песка создает благоприятные условия для получения плотного и проч­ного силикатного кирпича.

В момент прессования сырьевой смеси зерна песка сопротив­ляются сжатию. Сила трения массы о стенки формы и зерен друг о друга преодолевается применением давления, которое должно распределяться равномерно по всей площади прессуемого изде­лия. Прессование необходимо вести только до известного преде­ла, так как при увеличении давления выше предельного в смеси появляются упругие деформации, которые не исчезают после сня­тия давления.

При формовании силикатного кирпича удельное давление прессования составляет 15-20 МПа.

Существенное значение имеет также скорость, с которой возрастает давление при прессовании. Так, быстрое нарастание давления при ударном прессовании может вызвать не уплотнение, а разруше­ние структуры изделия. Поэтому для преодоления внутренних сил трения давление при прессовании должно возрастать плавно с определенной оптимальной скоростью.

На работу пресса и на качество силикатного кирпича большое влияние оказывает содержание влаги в сырьевой смеси в момент прессования сырца.

Оптимальная влажность сырьевой смеси при прессовании кир­пича-сырца зависит от ряда факторов (в основном свойств песка). На каждом заводе силикатного кирпича эту величину устанавлива­ют опытным путем. Ориентировочно можно считать, что опти­мальная влажность сырьевой смеси составляет около 6-7 % к ее общему весу.

Увеличение влажности смеси выше оптимальной не дает воз­можности спрессовать сырец, снять его со стола пресса и уло­жить на вагонетку. Уменьшение влажности приводит к получению сырца низкой прочности, который разла­мывается под действием собственного веса. Кроме того, недоста­точное содержание влаги в сырце лишает известь необходимой пластичности, обеспечивающей связь между отдельными зерна­ми песка.

Содержание влаги в сырьевой смеси систематически контро­лирует лаборатория завода. Ориентировочно влажность смеси можно определить непосредственно у пресса. Это делается сле­дующим образом: пробу смеси берут в руку и сжимают. Если при этом смесь не рассыпается и на комке не остаются слабые отпечатки пальцев - влажность массы близка к норме.

Процесс прессования кирпича-сырца складывается из следу­ющих основных операций: наполнения прессовых коробок мас­сой, прессования сырца, выталкивания сырца на поверхность стола, снятия сырца со стола, укладки сырца на запарочные ва­гонетки.

Сырьевую смесь, приготовленную в силосах или гасильных барабанах, подают с помощью ленточного транспортера в бун­кер над мешалкой пресса. Подачу смеси в пресс-мешалку регу­лируют с таким расчетом, чтобы смесь всегда заполняла ее при­мерно на 3/4 объема. Если поступающая масса имеет более низ­кую влажность, чем требуется, ее дополнительно увлажняют в пресс-мешалке. Вокруг стенок пресс-мешалки уложена водопро­водная труба с мелкими направленными вниз отверстиями по всей длине трубы.

Увлажненная смесь перемешивается ножами пресс-мешалки при вращении их и поступает в две смежные прессовые коробки через отверстия, имеющиеся в дне мешалки. При повороте стола пресса коробки, наполненные массой, перемещаются и занимают такое положе­ние, при котором смесь находится между прессующим поршнем и плитой контрштампа. Поршень постепенно поднимается и, сжи­мая смесь, формует кирпич-сырец.

Во время прессования стол пресса остается неподвижным, а ножи пресс-мешалки, вращаясь, заполняют массой следующую пару прессовых коробок. По окончании прессования стол пресса поворачивается таким образом, что обе коробки с отформованными полуфабрикатами останавливаются над выталкивающим поршнем.

Величину давления прессования, а следовательно плотность полуфабриката варьируют путем изменения высоты наполнения прессовых коробок сырьевой смесью: с увеличением последней плотность полуфабриката повышается.

Съем полуфабрикатов и садка на заправочную вагонетку может производиться вручную либо автоматическим съемником-укладчиком (например, СМ 481), который работает синхронно с прессом.

Автоклавная обработка силикатного кирпича

Чтобы придать силикатному кирпичу необходимую прочность, его обрабатывают насыщенным паром под повышенным давлением - обычно от 8 до 12 атмосфер. Температура насыщенного пара составляет от 174, 5 до 187, 1°. Температурное воздействие на сырец при автоклавной обработке способствует протеканию реакции образования цементирующего вещества с максимальной интенсивностью.

В процессе автоклавной обработки (запаривания) кирпича­

сырца согласно различают три стадии.

Первая стадия начинается с момента впуска пара в автоклав и заканчивается при наступлении равенства температур теплоносителя (пара) и обрабатываемых изделий.

Вторая стадия характеризуется постоянством температуры и давления в автоклаве. В это время получают максимальное раз­витие все те физико-химические процессы, которые способствуют образованию гидросиликатов кальция, а следовательно, и твер­дению обрабатываемых изделий.

Третья стадия начинается с момента прекращения доступа пара в автоклав и включает время остывания изделий в автоклаве до момента выгрузки из него готового кирпича.

В первой стадии запаривания в автоклав с сырцом впускают насыщенный пар с температурой 175°С под давлением 8 ат. При этом пар начинает охлаждаться и конденсироваться на кирпи­че-сырце и стенках автоклава. После подъема давления пар начи-нает проникать в мельчайшие поры кирпича и здесь превраща-ется в воду. Следовательно, к воде, введенной при изготов­лении силикатной массы, присоединяется вода от конденсации пара.

Образовавшийся в порах конденсат растворяет присутствующий в сырце гидрат окиси кальция и другие растворимые вещества, входящие в состав сырца.

Известно, что упругость пара растворов ниже упругости пара чистых растворителей. Поэтому притекающий в автоклав водя­ной пар будет конденсироваться над растворами извести, стре­мясь понизить их концентрацию. Это дополнительно увлажняет сырец в процессе запаривания. И, наконец, одной из причин кон­денсации пара в порах сырца являются капиллярные свойства материала.

Роль пара при запаривании сводится к сохранению воды в сырце в условиях повышенных и высоких температур. При отсут­ствии пара происходило бы немедленное испарение воды, а сле­довательно, высыхание материала и полное прекращение реак­ции образования цементирующего вещества (гидросиликата кальция).

С того момента, когда в автоклаве будет достигнута наивыс­шая температура (175-187 °С), наступает вторая стадия запа­ривания. В это время максимальное развитие получают все те процессы, которые ведут к образованию монолита. К этому моменту поры сырца заполнены водным раствором гидрата окиси кальция Са(ОН)₂, непосредственно соприкасающимися с крем­неземом Si0₂ песка.

Таким образом, в рассматриваемых условиях взаимодействие между известью и кремнеземом протекает при наличии раствора. В результате этого взаимодействия образуются новые вещест­ва - гидросиликаты кальция.

Сначала гидросиликаты находятся в коллоидном (желе­образном) состоянии, а затем постепенно превращаются в кристаллы и сращивают песчинки между собой.

Таким образом, во второй стадии запаривания образование гидросиликатов кальция и перекристаллизация их вызывает по­степенное твердение кирпича-сырца.

Третья стадия запаривания начинается с момента прекраще­ния доступа пара в автоклав и кончается в момент извлечения изделий из автоклава.

С прекращением подачи пара начинается падение темпера­туры в автоклаве, быстрое или медленное в зависимости от изоляции стенок автоклава и наличия перепуска пара. Происходит снижение температуры изделия и обеднение его водой, так как вода испаряется.

При авто­клавной обработке силикатного кирпича сначала образуется двухкальцевый гидросиликат (ориентировочный химический состав 2 СаО× SiO₂× mH₂O), который затем переходит в однокальциевый силикат СаО× SiO₂× mH₂O.