Рассмотреть технологию производства строительных материалов (Гипсовые вяжущие)

Содержание
1 Назначение
2 Способы производства
3 Технологическая схема с применением гипсоварочных котлов
Литература

Рассмотреть технологию производства строительных материалов (Гипсовые вяжущие)

Рис. 5 Схема варочного котла
Варочный котел (рис. 5) представляет собой вертикаль­ный стальной барабан 1 с разборным сферическим днищем 10, состоящим из чугунных сегментов. Разборное днище лучше выдерживает напряжения, возникающие при местном перегреве, а при износе отдельные его части легко заменя­ются новыми элементами.
Для перемешивания гипса в процессе варки котел снаб­жен мешалкой, состоящей из вертикального вала 12, ло­пастей 11 и привода. Котел закрывают крышкой 5 с патруб­ком и пароотводной трубой, через которую удаляются пары воды, образующиеся при варке гипса. Устанавливают ко­тел вертикально и обмуровывают кирпичной кладкой. Чтобы обеспечить равномерный прогрев гипса и увеличить поверхность нагрева, в варочных котлах большой емкости устанавливают жаровые трубы 7. В этом случаетопочные газы обогревают сначала днище, затем боковые поверхно­сти котла в кольцевых каналах, далее проходят через ко­тел по жаровым трубам и, наконец, уходят в дымовую тру­бу 3. Часто газы из топок варочных котлов направляют в установки для совместной сушки и помола двуводного гипса, что способствует значительной экономии топлива. Загружают котел порошком двуводного гипса при помощи винтового конвейера 4, привод которого установлен на кар­касе котла. Пары воды удаляются через трубу 2.
Обжигают гипс в котле следующим образом. После прогрева котла включают мешалку и начинают постепен­но загружать его гипсовым порошком. Продолжительность процесса варки зависит от размеров котла, температуры и степени влажности и частичной дегидратации поступаю­щего в него гипса. Обычно продолжительность варки колеб­лется от 1 до 3 ч, при этом в первые 20-30 мин гипс нагре­вается от температуры 60-70° С, которую он имел при загрузке в варочный котел, до. начала интенсивной его де­гидратации, т. е. до 130-150° С. Далее температура мате­риала почти не меняется вследствие интенсивного выделе­ния и испарения кристаллизационной (гидратной) воды. В это время наблюдается как бы «кипение» гипсового по­рошка. После окончания дегидратации гипса начинается дальнейший подъем температуры, и по мере прекращения парообразования гипс оседает.
Нагревание материала с подъемом температуры до 170-200° С может привести к обезвоживанию полуводного гипса до растворимого ангидрита и к ухудшению его качества. Выдержка гипса во время варки в течение 3-4 ч при 140-150° С способствует уменьшению водопотребности продук­та и повышению его прочности.
Водопотребность гипса, получаемого в гипсоварочных котлах, как показали опыты, значительно снижается при варке его с добавкой поваренной соли. По­следняя в виде насыщенного водного раствора пульверизи­руется непосредственно в котел. При добавке соли в количе­стве 0,1-0,15% массы гипса нормальная густота снижает­ся до 45-50%, а прочность продукта увеличивается с 10- 12 до 15 МПа и более.
Полученный полуводный гипс из котла через люк 9 о шибером 8 выпускают в бункер выдерживания гипса, назы­ваемый иногда камерой томления. Здесь в процессе охлаж­дения качество гипса улучшается. Некоторое количество двуводного гипса, оставшегося в полугидрате, постепенно за счет физического тепла, содержащегося в выгружаемом материале, переходит в полуводный, а обезвоженный полу­гидрат и растворимый ангидрит гидратируются и также пре­вращаются в полугидрат.
Из бункера выдерживания после охлаждения гипс по­дают на склад готовой продукции. Длительное вылежива­ние полугидрата на складе также влияет на его строитель­ные свойства, в частности при этом уменьшается водопотреб­ность.
В настоящее время гипсоварочные котлы выпускают ем­костью 3 и 15 м3; предполагается выпуск котлов емкостью 25 м3.
Недостаток варочных котлов - периодичность работы, затрудняющая автоматизацию производственных процес­сов.
За рубежом для непрерывного обжига гипса применяют тепловые установки в виде винтовых конвейеров с подачей теплоносителя в полые винты шнека. В СССР подобная ус­тановка разработана НИИСМ (Киев). Нагревание гипсово­го порошка в установке осуществляется с помощью электро­нагревателей, размещенных на наружной поверхности вин­тового конвейера и внутри вала. В первой секции электро­нагревателя поддерживается температура греющей поверх­ности около 300° С и обеспечивается быстрый прогрев поступающего в установку гипсового порошка до температу­ры дегидратации (115-125° С); в следующих секциях тем­пература греющей поверхности 220° С, материала - около 150° С, что почти исключает образование обезвоженных мо­дификаций сернокислого кальция. Пар, образующийся при дегидратации гипса, отводят из установки через трубки с вентилями, что позволяет регулировать количество отводи­мого пара на каждом участке и создавать условия для пре­имущественного образования α-модификации полугидрата и сушки готового продукта.
Применение установок непрерывного действия, как и котлов больших размеров периодического действия, позво­ляет значительно сократить количество обслуживающего персонала, уменьшить объем здания на единицу продукции и повысить качество гипса. Поэтому при строительстве но­вых заводов предусматривается установка только этих кот­лов.
Для улучшения качества готовой продукции на отдель­ных заводах после обжига в варочных котлах гипс подвер­гают вторичному помолу в шаровых мельницах. При этом обнажающиеся при помоле необезвоженные ядра частиц гипса под влиянием тепла, выделяющегося от трения и уда­ров шаров, дегидратируются, а обезвоженный полугидрат и растворимый ангидрит гидратируются выделяющимися водяными парами и переходят в полуводный гипс. Кроме того, полагают, что частицы при вторичном помоле приобре­тают таблитчатую форму, обеспечивающую повышение пла­стичности теста и раствора из такого материала.
Гипс в варочных котлах непосредственно не соприкаса­ется с топочными газами. Кроме того, в процессе варки он интенсивно перемешивается и равномерно нагревается, что обеспечивает получение однородного продукта высокого ка­чества. Расход условного топлива при изготовлении строи­тельного гипса в варочных котлах составляет 40-45 кг, электроэнергии – 20-25 кВт·ч на 1 т. Данный способ получил наибольшее распространение в промышленности.
Рис. 6 Схема совмещенного помола и обжига гипса
Строительный гипс на установках совмещенного помола и обжига полу­чают по следующей схеме (рис. 6). Поступающий со склада гипсовый камень загружают в бункер 1, откуда он питате­лем 2 направляется в щековую дробилку 21, а затем посту­пает через ленточный конвейер 20 и воронку 19 в молотко­вую дробилку 18, где измельчается до частиц размером не более 10-15 мм в поперечнике. Раздробленный материал элеватором 3 и питателем 16 через расходный бункер 17 подают в шаровую мельницу 15, в которой гипсовый щебень проходит совместный помол и обжиг. В шаровую мельницу из специального подтопка 4 поступают дымовые газы с тем­пературой 600-700° С. В мельнице материал в процессе из­мельчения дегидратируется до полуводной модификации, выносится из нее газовым потоком, проходит через сепара­тор 5, где выделяются крупные частицы, поступающие через аэрожелоб 14 обратно на дополнительное измельчение, и направляется в пылеосадительные устройства 6, 10 и 12. В них обезвоженный гипс выделяется из газового потока и си­стемой транспортных устройств 11, 13, 8 направляется в бункер готовой продукции 7. Очищенные газы отсасываются вентилятором 9 и выбрасываются в атмосферу.
Другие технологические схемы получения гипса при од­новременном помоле и обжиге отличаются от описанных главным образом типами устанавливаемых мельниц и дро­билок, а также тем, что иногда мельницы работают по схе­ме с рециркуляцией газов, прошедших пылеосадительные устройства. Применение схемы с рециркуляцией связано с дополнительным расходом электроэнергии, но эффективно с точки зрения использования тепла, так как позволяет раз­бавлять газы, получаемые в топке, до температуры 600-700° С не наружным холодным воздухом, а возвращаемыми из пылеуловителей газами с температурой 120-130° С.
Расход условного топлива при обжиге на этих установках колеблется в пределах 40-50 кг, а электроэнергии – 30-35 кВт·ч на 1 т продукта.
Следует отметить, что дегидратация двуводного гипса идет не только в мельнице, но и в потоке газов, когда они проходят по трубопроводам и пылеосадительным устройст­вам. В этом случае гипс обжигается «во взвешенном состоя­нии». Доля гипса, обезвоженного во взвешенном состоянии, зависит от типа мельниц. В тихоходных шаровых мельни­цах, в которых материал находится значительное время, процесс дегидратации протекает преимущественно в их камерах. При быстроходных мельницах типа ударно-цент­робежных, в которых материал быстро измельчается и вы­носится в трубы, процесс дегидратации завершается не в мельницах, а в основном в трубах и пылеосадительных ап­паратах. Это приводит иногда к неполной дегидратации двуводного гипса. Кроме того, при кратковременном воздей­ствии на такие частички двуводного гипса газов с высокой температурой (600-700° С) создаются предпосылки к по­лучению полугидрата рыхлой губчатой структуры с при­месью растворимого ангидрита, что обусловливает повышен­ную активность продукта при взаимодействии с водой. Вследствие этого гипс, получаемый обжигом на установках с быстроходными мельницами, часто характеризуется по­вышенной водопотребностью, пониженной прочностью и ко­роткими сроками схватывания (2-4 мин). На установках с тихоходными шаровыми мельницами при правильно уста­новленных параметрах помола и обжига (температура га­зов, поступающих в мельницу, их скорость и др.) получают продукт высокого качества с показателями, соответствую­щими требованиям стандарта.
Производство строительного гип­са обжигом кускового материала. В этом случае дробление гипсового камня осуществляют по одно- или двухступенчатой схеме в щековых и других дро­билках в зависимости от размера кусков исходного материа­ла и требуемого размера кусков, направляемых в печь на обжиг. Размер кусков материала зависит от типа печи.
В настоящее время гипс в кусках обжигают почти ис­ключительно во вращающихся печах. В последние годы для обжига гипса в виде щебня используют иногда подвиж­ные решетки, подобные агломерационным. Печи же шахт­ные, камерные, кольцевые и т. п. вследствие больших за­трат труда и топлива, а также низкого качества получае­мого продукта не применяют.
Рис. 7 Схема производства гипса с обжигом во вращающихся пе­чах (сушильных барабанах)
1 - приемный бункер; 2 - лотковый питатель; 3 - ленточный конвейер; 4 - молотковая дробилка; 5 - элеватор; 6 - шнек; 7 - бункер щебня; 8 - тарель­чатый питатель; 9 - сушильный барабан; 10 - элеватор; 11 - бункер обож­женного щебня; 12 - пылеосадительная камера; 13, 15, 17, 20, 21, 23, 25 - шнеки; 14 - вентилятор; 16 - элеватор; 18, 19 - бункера готового продукта; 22 - шаровая мельница; 24 - тарельчатый питатель; 26 - скребковый конвейер; 27 - пневмомеханический погрузчик угля; 28 - бункер угля.
Вращающимися печами для обжига строительного гип­са в настоящее время служат барабаны, применяемые в дру­гих отраслях промышленности для сушки сыпучих материа­лов (рис. 7).
Сушильный барабан представляет собой сварной сталь­ной цилиндр, вращающийся на опорных роликах со ско­ростью 2-3 оборота в 1 мин. Барабан устанавливают с на­клоном к горизонту 3-5° и приводят во вращение электродвигателем. Гипс для обжига в виде щебня размером до 35 мм с помощью питателя подают в приподнятый конец барабана через загрузочную воронку; благодаря наклону барабана он перемещается в нем в осевом направлении к разгрузочной воронке. В зависимости от выбранного на­правления потока горячих газов в барабане к загрузочно­му или разгрузочному концу его пристраивают топку. В первом случае направление движения горячих газов и материала в печи совпадает, и барабан работает по прин­ципу прямотока; во втором случае - газы и материал дви­жутся навстречу друг другу (противоток). Последняя схе­ма отличается пониженным расходом топлива.
Сушильные барабаны могут работать на твердом (кус­ковом и пылевидном), жидком и газообразном топливе. Удельный расход топлива в них составляет около 5% мас­сы готового продукта. Для обжига гипса применяют су­шильные барабаны производительностью 5-15 т/ч.
На обжиг обычно поступает гипсовый щебень 10-20 и 25-35 мм. Фракция 0-10 мм является отходом произ­водства и используется в качестве муки для гипсования почвы или после дополнительного помола идет на обжиг в варочном котле. Фракции 10-20 и 20-35 мм обжигают­ся раздельно.
Температура газов в месте входа в сушильный барабан при прямотоке принимается около 900, а при противотоке 600-700° С. До поступления в печь газы разбавляют воз­духом до требуемой температуры. Из барабана газы при прямотоке выходят с температурой 160-180°С, а при проти­вотоке - около 100°С.
Обожженная гипсовая крупка поступает в расходные бункера шаровой мельницы или же направляется в бункер выдерживания (томления). Выдерживание продукта в бун­керах в течение 24-48 ч способствует получению более однородного продукта за счет дегидратации неразложившегося двугидрата и перехода растворимого ангидрита в полуводный гипс.
Обожженную крупку размалывают до остатка на сите № 02 не более 10-12%. Измельчают гипс чаще всего в од­но- или двухкамерных шаровых мельницах.
Технологические процессы производства гипса с об­жигом его во вращающихся печах непрерывные, и поэтому легко осуществить их автоматическое управление. Полу­чать гипс по этому способу экономично. Расход топлива колеблется в пределах 45-50 кг, расход электроэнергии – 15-20 кВт·ч на 1 т.
Гипс, получаемый обжигом во вращающихся печах, от­личается пониженной водопотребностью (48-55%) при по­лучении теста нормальной густоты по сравнению с гипсом из варочных котлов (60-65%), что обусловлено отчасти применением для размола шаровых мельниц, придающих частичкам таблитчатую форму. Кроме того, при помоле гипса в мельницах при температуре 120-130° С происхо­дят дегидратация остатков гипса и выравнивание его модификационного состава. Этот способ производства гипса наряду с изготовлением в варочных котлах применяют в значительных масштабах в отечественной и зарубежной практике. Строительный гипс хранят обычно в круглых силосах диаметром 6-10 м.
3 Технологическая схема с применением гипсоварочных котлов
Технологическая установка ООО "Тобис" предназначена для производства строительного гипса марок Г5-Г8 (β - полугидрата) в непрерывном и периодическом режимах. Основным агрегатом установки является гипсоварочный котёл непрерывного и периодического действия ТОС160. Производительность гипсоварочного котла и всей установки 7,5 т/час. Производство строительного гипса на базе котлов гипсоварочных ТОС160 может происходить как в непрерывном, так и в периодическом циклах в автоматизированном режиме.
Состав установки
Номера позиций оборудования указываются в соответствии с технологической схемой производства строительного гипса (рис. 8)
Таблица 3
Спецификация оборудования
1
Котёл гипсоварочный ТОС160,  шт.
1
2
Мельница молотковая сепараторная ММС1300.1300.750, шт.
1
3
Дробилка щековая СМД-109А, шт.
1
4
Питатель качающийся, тарельчатый, шт.
2
5
Фильтр рукавный двухсекционный ТОС3.8, шт.
3
6
Фильтр рукавный трёхсекционный ТОС3.9., шт.
1
7
Циклон ЦН15, шт.
1
8
Элеватор ковшовый ленточный ЭЛМ250, шт.
1
9
Вентилятор радиальный, шт.
1
10
Дымосос, шт.
1
11
Конвейер винтовой КВ3225 (L=4200 мм), шт.
1
12
Конвейер винтовой 3225М (L=6000 мм), шт.
1
13
Питатель винтовой, шт.  (L=3100 мм)
1
14
Затвор шлюзовой, шт.
2
15
Пневмоподъёмник , шт.
1
16
Расходный бункер дробилки, шт.
1
17
Расходный бункер мельницы, шт.
1
18
Бункер сырьевой мучки, шт.
1
19
Бункер томления котла гипсоварочного, шт.
1
20
Конвейер ленточный (В=650 мм), шт.
1