Технология вспученного перлита и обсидиана

Вспученный перлит и обсидиан получают обжигом:
1) в шахтных (вертикальных) печах во взвешенном состоянии (песок);
2) во вращающейся барабанной трубчатой наклонной печи раздельно фракций 3—10; 10—20 и 20—40 мм (щебень);
3) во вращающейся барабанной печи во взвешенном состоянии раздельно фракций менее 3 мм (песок и щебень);
4) в установке с кипящим слоем;
5) в наклонной невращающейся трубчатой печи (будапештская схема).
Шахтные (вертикальные) печи. Конструкция и размеры печей непрерывно совершенствуются, и наряду с работающими печами диаметром 404 мм в настоящее время ВНИПИТеплопроек-том рекомендована шахтная вертикальная печь, которая имеет?>нар=0,84 м,?>вн=0,6 м и высоту 7,6 м, а НИИСМИ — вертикальная печь ПУ-10М DBH=0,54 м и высотой 4,5 м (рис. 39).
Шахтная печь конструкции ВНИПИТеплопроекта (рис. 40) имеет запроектированную производительность 750 кг/ч при работе на газе и соляровом масле и 500 кг/ч— на мазуте. Однако эта производительность может колебаться. При поступлении частично вспученного перлита из вращающейся барабанной печи термоподготовки DBH= = 0,95 м, L = 8 м и частотой вращения барабана 2—3,15 об/мин она может достигать 1200—1600 кг/ч при выпуске мелкого песка '^н— = 70—250 кг/м3. В зависимости от вида топлива изменяется высота печи, типы горелки и форсунки.
Шахтная печь конструкции НИИСМИ ПУ-10М (см. рис. 39) состоит из трех секций: нижней, выполненной в виде усеченного конуса с водоохлаждаемыми стенками и футеровкой из высокоглиноземистого огнеупорного материала; средней — имеющей форму цилиндра с двойными стенками; верхней — в виде цилиндра с двойными стенками, между которыми пропускают воздух для охлаждения. Подлежащую вспучиванию измельченную породу загружают в печь на разных отметках в зависимости от ее технологических свойств. На охлаждение зоны вспучивания расходуется в 1 ч воды 1500 л, воздуха на охлаждение верхней части печи — 350 м3 при жидком топливе и 900 м3 при газообразном. На 1 кг вспученного перлита расходовалось теплоты 5450—5880 кДж, жидкого топлива с QP = 42 000 кДж/кг —60—80 кг/ч или природного газа с QP =35 700 кДж/м3 —70—100 м3/ч. За 1 ч получалось вспученного перлита объемной насыпной массой около 70 кг/м3 — 8—12 м3. Далее приведен тепловой баланс печи и исходные данные для его составления (табл. 36).

Расход сырьевых материалов 485 кг/ч; влаги в нем 29,1 кг/ч; потери связной воды при обжиге 16,6 кг/ч; выход вспученного перлита 439,3 кг/ч. Производительность по первой и второй ступени осаждения соответственно 361,8 и 60 кг/ч, или 5,4 и 1,1 м3/ч. Потери пылеватых фракций в скруббере 17,6 кг/ч. Расход топлива 61 кг/ч и воздуха на горение 1150 м3/ч; объем горячего воздуха с температурой 260° С, подаваемого в форсунку, 350 м3/ч. Объем отсасываемого вентилятором воздуха составляет 7500 м3/ч. Температура газов перед вентилятором отсоса 1209С, в печи на стыке первой и второй 1300° С, в третьей секции—1080° С, при выходе из печи 850 С. Давление воздуха, Па: перед пятой секцией печи — 2800, перед форсункой— 1600, после вентилятора отсоса — 350 (соответственно в мм вод. ст. 280, 160 и 35).
Разрежение, Па: у нижнего обреза печи—1; в третьей секции —52; в четвертой секции— 56; в пятой секции —60; после сдвоенного циклона —) и перед вентилятором отсоса —700 (соответственно в мм вод. ст. 0,1; 5,2; 5,6; 6; 60 и 70).
Барабанные трубчатые наклонные печи. ВНИПИТеплопроект разработал проект агрегата для вспученного перлита, состоящего из печи термоподготовки и печи вспучивания (рис. 41).
Печь термоподготовки имеет диаметр внутренний 0,7 или 0,95 м, наружный 0,88 или 1,2 м и длину 5 или 8 м. Работает по противопоточной схеме. В качестве сушильного агента используют смесь дымовых газов с воздухом, имеющим температуру до 700° С. На печи установлена одна форсунка. Дымовые газы уходят из барабана с температурой около 150° С. Частота вращения печи DBH=0,7 м—3—6—9 и Z)BH=0,95—1,6—2—3,15 об/мин.
Расход мазута в этих печах составляет в 1 ч — 35 кг, на 1 кг

перлита — 280 кг, воздуха температурой 200—250° С на разбавление продуктов горения около 600 м3/ч и на горение мазута 615 м3/ч. Расход природного газа или солярового масла примерно составляет (кг/ч): газа 50 и солярового масла — 42. Коэффициент заполнения печей не более 1—1,3%;.
Вращающиеся печи обжига перлита, работающие по поточной схеме, имеют следующие основные характеристики (табл.37).
Ниже приведена технология перлитового песка и щебня по проекту, выполненному для Матуизского завода строительных материалов производительностью 30 тыс. м3/год.

Подготовка сырья. Породу, доставляемую ковшом автопогрузчика 19 (рис. 42) марки 400 М, грузоподъемностью 1,5 и 2 т, ссыпают в приемный бункер 1, имеющий подвесной качающийся питатель 22, на котором установлен электродвигатель мощностью 4,5 кВт. Питатель подает породу в комбинированную ще-

ковую дробилку 19 с вальцами типа СМ-165А и двумя электродвигателями мощностью 10 и 7 кВт. После дробления породу ковшовым элеватором 2 (тип Т-194) подают в цилиндрическую гравиемойку-сортировку 3 (тип С-2-115-Б), где она рассеивается на четыре фракции. Затем дробленая порода поступает в расходные бункера 4, состоящие из четырех секций для каждой фракции. В этих бункерах породу подогревают горячим воздухом. Из бункера 4 через тарельчатые питатели 20 (тип ПБ-1) фракционированная дробленая порода поступает на ленточные конвейеры 21, которые загружают ее в сушильные барабаны или непосредственно в печи для обжига.
Технология изготовления перлитового песка. Породу определенной фракции непрерывно загружают в печь термоподготовки 22 производительностью 700 кг/ч, где она подсушивается до требуемой для вспучивания оптимальной влажности и подогревается до температуры 300—400° С и по лотку 23 подается в нижнюю часть вертикальной шахтной печи 14. Дымовые газы из сушильного барабана отводятся в циклон 6, где отделяются от пыли, и вентилятором 15 удаляются в атмосферу. В печи 14 падающие мелкие частицы породы, имеющие в поперечнике в зависимости от принятой к вспучиванию фракции 0—0,5; 0,5— 1,5; 1,5—2 и 2—3 мм, попадая в восходящий поток дымовых газов с температурой 900—1000° С, вспучиваются, в связи с этим приобретают «парусность» и уносятся по трубопроводу сначала в циклон 7 и классификатор 9, а затем часть неостывших частиц попадает в батарейный циклон типа БЦК-24, где и отделяется от газов.
Перед циклоном-классификатором дымовые газы охлаждаются подсасываемым наружным воздухом до 300° С через специальные отверстия в конической части циклона. Из циклонов вспученный перлитовый песок поступает в расходные бункера вместимостью 50 м3 каждый. Газы из циклонов отсасываются центробежным вентилятором 8 типа ЦП 7-40 № 8 с объемом отсасываемых газов 10 000 м3/ч при давлении 3000 Па. Вентилятор 15 нагнетает воздух в горелки шахтной печи, а центробежный вентилятор 26 ЦП 7-40 № 6 с подачей 2000 м3/ч при давлении 1500 Па (с электродвигателем АО-42-2 мощностью 2,8 KBTJ осуществляет охлаждение печи.

Тепловой процесс шахтной печи регулируется автоматически системой изодромного регулирования температуры в верхней части печи, а температуры газов регулируются с помощью потенциометра, работающего в комплексе с хромель-алюмелевой термопарой. Изодромный исполнительный механизм сочленяется с регулирующим краном на мазутопроводе. Печи термоподготовки и шахтная могут работать как на мазуте, так и на газе.
Технология изготовления перлитового щебня. Из печи термоподготовки сырье попадает в бункер, затем на тарельчатый питатель, откуда по брезентовому защитному рукаву порода направляется во вращающуюся барабанную печь 27 (см. рис. 42). Длина печи 6000 мм и диаметр 1200 мм. Внутренний диаметр печи, футерованной огнеупорным кирпичом, составляет около 800 мм. Опытами НИИСМИ установлена продолжительность пребывания перлита в зоне обжига печи от 20 до 60 с в зависимости от фракционного состава. Печь работает по принципу прямотока, причем продолжительность пребывания материала в печи регулируют изменением частоты вращения, изменением угла -наклона печи к горизонту и объема подаваемого сырья. Продолжительность также зависит от скоростного напора дымовых газов.
Мелкие и более легкие частицы обожженной породы вместе с газами уносятся в циклоны 7 и 9, из которых они поступают в расходные бункера 10. Более крупные частицы вспученной породы из разгрузочной камеры печи 27 направляются в воронку пневмотрубопровода 16 и вентилятором 17 воздухом уносятся в расходный бункер 10.Печь может работать как на мазуте, так и на газе. При работе на мазуте с QP = 40 500 кДж/кг на одной форсунке высокого давления (не ниже избыточного 0,1 МПа) его расходуется 70 кг/ч. При работе на газе, имеющем давление 600 Па и Q* = S = 35 600 кДж/м3, при одной горелке типа ГИП-8 расход газа составляет около 80 м3/ч. Автоматическое регулирование температуры в барабане вращающейся печи осуществляется так же, как и в шахтной печи, в зависимости от температуры отходящих газов.

В расходных бункерах 10 вспученная порода постепенно охлаждается до 30—40° С. Температурам отжига соответствует некоторый интервал со средней границей перехода вещества из пластично-вязкого состояния в хрупкое, более или менее продолжительное охлаждение должно осуществляться при 600— 700° С. Это возможно в том случае, если печь сконструирована с более длинной зоной охлаждения или за ней установлены холодильники," напоминающие холодильники цементных печей. Бункера 10 оборудованы объемными дозаторами 11 и заслонками, имеющими пневматический привод. Сжатый воздух в приводе поступает от компрессора 25 марки 0-39А с электродвигателем АО-42-4 мощностью 2,8 кВт.
Охладившийся вспученный перлит упаковывают в мешки 13 при помощи мешкозашивочной машины 12 марки ЗЗБ-14. Машина имеет швейную головку класса 38а и два электродвигателя: АОЛ-32-4 мощностью 2 кВт и АОЛ-21-4 мощностью 0,27 кВт. Машина смонтирована на передвижной тележке и может передвигаться вдоль бункеров. Вспученную породу транспортируют на склад вилочным электропогрузчиком 24. План размещения технологического оборудования для производства перлитового песка и щебня на Матуйзском заводе приведен на рис. 43. По технологической схеме производства вспученного перлита (рис. 44), разработанной ВНИПИТеплопроектом для завода производительностью не менее 50 тыс. м3 в год, предусмотрена установка следующего основного оборудования и сооружений: приемного бункера с решеткой /; пластинчатого питателя 2; ленточного конвейера 3; веерного конвейера 4; мостового крана с грейфером грузоподъемностью 5 т 5; приемной воронки 6; пластинчатого конвейера 7; колосниковой решетки 8; щековой дробилки СМ-741 9; ленточного конвейера 10, 16, 17; валковой дробилки ДВГ-ЗМ 11; двухцепного элеватора В-200 12; грохота 13; печи термоподготовки 14; системы очистки дымовых газов печи термоподготовки 15; двухцепного элеватора В-200 18; реверсивного конвейера 19; системы очистки дымовых газов вращающейся печи 22; вертикальной печи с шахтой 23, набранной из трех концентричных цилиндров из стали обычной (наружный) и Х18Н10Т — жароупорной (внутренний), между которым проходит охлаждающий их воздух, нагреваемый до 200—400° С, вентилятора 24, системы охлаждения 25 и силосного склада 26. Воздух из шахты поступает в горелочное устройство. Снаружи печь теплоизолирована. На рис. 45 приведена технологическая схема производства вспученного песка и фильтроперлита на Мытищинском заводе стеновых и теплоизоляционных изделий, выпускающего более 80 тыс. м3 перлитового песка в год.

В Венгерской Народной Республике перлитовый песок получают в наклонной невращающейся трубчатой печи производительностью 20—25 м3 в 1 ч или до 130 тыс. м3 в год (рис. 46) (будапештская схема). Природное сырье с естественной влажностью до 20—30% и содержанием связанной воды до 5% на карьере дробят и размалывают до зерен размером 3 мм. Там же измельченный перлит обезвоживают при температуре 300—350° С до содержания химически связанной воды до 1 %. Перлит вспучивается при 1150—1200° С. Процесс вспучивания протекает следующим образом: измельченный и высушенный перлит-ленточным конвейером / подается со склада в бункер 2,, а оттуда питателем 3 в печь 4. Печь представляет собой наклонную под углом 10° футерованную шамотным кирпичом трубу диаметром 600 мм, врезанную в футерованную также шамотным кирпичом цилиндрическую часть печи диаметром 1500 и' высотой 7000 мм. В цилиндрической зоне печи осаждается часть вспученного перлита, а остальной перлит засасывается по двум газоходам 5 с водяной рубашкой в цилиндрический бункер-оса-дитель 6. Печь отапливают жидким топливом, поступающим из бака 7 в форсунку 8 при одновременной подаче в последнюю воздуха вентилятором 9 мощностью 2800 м3/ч при давлении 7000 Па и при 2800 об/мин. На 10 м3 вспученного перлита, получаемого на установке в течение часа, расходуется около 120 кг мазута. Из бункера-осадителя 6 вентилятором 10 мощностью 11 000 м3/ч при давлении 2500 Па и при частоте вращения 1700 об/мин отсасывается газовоздушная смесь. Отходящие газы имеют температуру около 250° С.
Вспученный перлит по пневмопроводу 11 подается в циклоны 12 откуда поступает в цилиндрические приемники перлита 13 диаметром 1500 и высотой 6000 мм. В циклонах для транспортирования вспученного перлита необходимое разрежение создается вентилятором 14 мощностью 4500 м3/ч при давлении 2451 Па и 1400 об/мин. Вспученный перлит выгружают в мешки из цилиндрических приемников 13 через открытые затворы 15.
Аэродинамическая система установки состоит из двух частей. В одной части происходит отсос газов и перемещение ими перлита в процессе вспучивания, в другой — транспортирование вспученного перлита по пневмотрубопроводу в цилиндрические приемники 13. Переброс вспученного перлита из сферы действия одной части системы в другую осуществляется через пульсирующий клапан 16. Установкой управляют через пульт управления.
Вспученный перлит имеет частички преимущественно размером от 0,25 до 2 мм. Объемная масса перлитового песка составляет 60—110 кг/м3.

Агрегат ВНИПИТеплопроекта для вспучивания крупного перлитового песка (рис. 47) состоит'из двух вращающихся барабанных печей, смонтированных друг над другом. Верхний барабан— бесконтактная печь термоподготовки перлита 1,2X6 м. В качестве теплоносителя используют дымовые газы от печи обжига. Теплоноситель проходит вначале по центральной жаровой трубе большого диаметра, а затем в обратном направлении по системе периферийно расположенных труб малого сечения и далее в систему очистки газов. Газы не соприкасаются с перлитом, который пересыпается в межтрубном пространстве. Такая система позволяет избежать уноса невспученной перлитовой мелочи и ее перемешивания с уносом из печи обжига. Из печи термоподготовки материал, нагретый до 200—220° С, поступает в прямоточную печь вспучивания, имеющую длину 8 м, наружный диаметр 1,2, внутренний 0,75 м, угол наклона 7° и частоту вращения 14'—18 об/с-1.
Часть перлита вспучивается в факеле и дымовыми газами выносится из печи. Основная же масса материала вспучивается на футеровке и вращением барабана транспортируется к разгрузочной камере. Отсюда вспученный перлит пневмотранспортом подается в систему осаждения. Производительность агрегата 1000 кг/ч при объемной насыпной массе вспученного перлита 200 кг/м3, фракционный состав сырья 3—5 мм, вспученного перлита — до 8 мм.