Файл: Резников Ю.К. Шунгизит и шунгизитобетон.pdf

растеризуется частицами, имеющими примерно одинаковые размеры в поперечнике во всех направлениях. Такая форма обеспечивает получение шарообразного шунгизита, наибо­ лее удовлетворяющего требованиям технологии приготовле­ ния шунгизитобетона. Наличие в последнем шунгизитового заполнителя, длина частиц которого значительно пре­ вышает их поперечный размер, нежелательно.

Следует отметить, что из большого количества разно­ видностей камнеподобного керамзитового сырья способ­ ностью приобретать в процессе обжига шарообразную или овальную форму в зависимости от размеров щебня облада­ ют, насколько нам известно, лишь карельские шунгитовые сланцы, что является их положительным качеством, выте­ кающим из природы этого сырья.

Важное значение для обжига шунгита на шунгизит име­ ет также постоянство и интенсивность подачи материала в печь (загрузка).

Опытным путем и практикой Главстроя установлено, что для 12-метровых вращающихся печей оптимальная ин­ тенсивность загрузки подсушенных глиняных гранул, при соблюдении прочих параметров обжига, составляет 15—

16л !мин.

Несмотря на то что шунгитовые сланцы не содержат

практически свободной воды, а влажность их по временам года на каждый данный период остается почти постоянной, загрузка 12-метровых вращающихся печей Мурманской установки Главстроя составила 8—9 л/мин при термопод­ готовке и 6—7 л/мин при ее отсутствии.

Увеличение интенсивности загрузки до 10—11 л/мин при­ водило к резкому изменению режима обжига, охлаждению печи, смещению зон обжига в сторону выхода. В результа­ те этого материал выходил из печи не обожженный или с частично вспученной поверхностью. Попытки повысить температуру в печи за счет увеличения подачи топлива не­ которое время давали положительные результаты, а затем материал начинал сплавляться в большие комья («козлы») или приваривался к футеровке («кольцо»).

Установленная практическим путем интенсивность за­ грузки для 12-метровых печей не является, по-видимо­ му, оптимальной для единицы объема топочного про­ странства.

Механизм вспучивания шуигитовых сланцев еще не­ достаточно изучен, поэтому ряд параметров его производст-

20

ва, в частности и интенсивность загрузки сырья, требует дальнейшего изучения и уточнения.

Охлаждение шунгизита

По выходе из вращающейся печи шунгизит имеет тем­ пературу 900—950° С. Для дальнейших технологических операций (сортировки, дробления) его охлаждают до темпе­ ратуры 50—100° С. Режим охлаждения шунгизита оказы­ вает существенное влияние на его качество: прочность, тре­ щиноустойчивость, водопоглощение и др.

Температура, при которой материал начинает терять эластичность вследствие затвердевания стекловидной фазы, является критической температурой охлаждения. При этой температуре материал приобретает жесткость и, если в этот момент его подвергнуть быстрому охлаждению, в нем разви­ ваются внутренние напряжения, которые могут привести к образованию видимых и волосных трещин или к разруше­ нию. Критическая температура затвердевания шунгизита колеблется в пределах 600—700° С.

Внутренние напряжения в шунгизите резко увеличи­ ваются при его неравномерном охлаждении. Чтобы пред­ отвратить трещиноватость и возможное раннее или позд­ нее разрушение шунгизита, режим его охлаждения должен предусматривать снижение температуры до 700° С со ско­ ростью, зависящей от требуемой степени образования стек­ ловидной структуры материала, и замедленное охлажде­ ние в период температур 700—550° С с последующим быст­ рым остыванием. Такой режим охлаждения практически достигается в колосниковых, шахтных и бункерных холо­ дильниках. Холодильники с орошением шунгизита водой применять нежелательно из-за частичного разрушения зе­ рен шунгизита вследствие развития в них внутренних на­ пряжений, приводящих к образованию трещин.

Экспериментальные и производственные данные эксплуа­ тации мурманской установки наглядно показали необхо­ димость устройства холодильного агрегата с регулируемым режимом охлаждения, с изотермической выдержкой.

При обжиге шунгизита без холодильника его прочность не превышала 8—10 кгс/см2, с установкой холодильного агрегата прочность шунгизита повысилась до 15—20 кгс/см2 и в настоящее время стабильна.

Опыты во ВНИИСтроме по повышению прочности шунгизитового песка за счет медленного его охлаждения или тер-

21

Т а б л и ц а 3. Влияние охлаждения шунгизита на изменение его прочности

мической выдержки при определенной температуре дали положительные результаты (табл. 3).

Многократные производственные обжиги подтверждают, что постепенное, не резкое охлаждение шунгизита является необходимым технологическим процессом, который улуч­ шает качество поверхности гранул, повышает механическую прочность и сокращает объем пылевидных образований.

На основе обобщения накопленного эксперименталь­ ного и производственного опытов можно рекомендовать сле­ дующую технологическую схему производства шунгизитового гравия: предварительная тепловая обработка сырья в запечном теплообменном устройстве барабанного или шахт­ ного типа до 400—600° С; обжиг подогретого материала во вращающейся печи; охлаждение шунгизита с выдержкой в течение 20—30 мин при 600—800° С и последующим ох­ лаждением до 50—100° С.

Определение технологических параметров производства шунгизита в полупромышленных условиях

В результате лабораторных испытаний Петрозаводско­ го института геологии и полупромышленных испытаний на Красковском опытном и Дубровском заводах была установ­ лена возможность вспучивания шунгитсодержащих слан-

22

цев при их нагревании до 1100° С ± 15° и выдерживании при этой температуре в течение 8—12 мин. Но при этом от­ мечалось, что материал, внесенный в среду с такой темпера­ турой без предварительного нагрева, частично растрески­ вается.

Для предотвращения растрескивания рекомендовалось нагревать материал в течение 15 мин до 400° С, выдержи­ вать его при этой температуре в течение 10 мин, а затем вво­ дить материал в зону с температурой 1100° С ± 15° и обжи­ гать его также в течение 10 мин.

Было установлено, что коэффициент вспучивания нигозерских сланцев в среднем составляет 5.

На Красковском опытном заводе в результате обжига шунгитсодержащих сланцев в одиннадцатиметровой вра­ щающейся печи был получен легкий шунгизит марок 300—- 350 (табл. 4).

23

В рекомендациях Красковского опытного завода указы­ валась как обязательное условие обжига шунгита на шун­ гизит его предварительная термообработка; для его об­ жига рекомендованы печи длиной не менее 20 м.

Для широкого использования шунгизита как легкого заполнителя необходимо было установить возможность про­ мышленного получения шунгизита, отработать производст­ венные параметры обжига и оптимальные размеры исходно­ го сырья, а также провести обжиги в печах типовых керам­ зитовых установок Главстроя УК-2А.

Для выявления указанных параметров было принято решение произвести опытно-промышленный обжиг шунги­ зита в керамзитовом цехе КЖИ-355 (Москва).

Исходное сырье — шунгитсодержащие сланцы Нигозерского месторождения перед обжигом были подвергнуты двухстадийному дроблению, так как завезенный материал в виде бута имел крупность 300—700 мм. После дробления

1Насыпная объемная масса-—1390 г/л.

2Насыпная объемная масса-—1340 г/л.

Сланцы обжигали во вращающейся печи длиной 12 м, диаметром 1,2 м, работающей на газовом топливе. Первые экспериментальные обжиги проведены на печи № 2 на всех указанных фракциях по принятому на КЖИ-355 режиму обжига керамзита (температура обжига 1100° С, время на-

24

хождения материала в лечи при нормальной загрузке 10— 12 мин). Материал загружали в печь через лоток вручную и выгружали из печи, минуя холодильник. Отдельные гра­ нулы вследствие единовременной загрузки находились в пе­ чи до 50 мин. В результате этих обжигов установлено сле­ дующее:

материал фракций крупнее 40 мм не вспучивался даже при длительном пребывании в печи;

материал фракций 10—30 мм показал удовлетворитель­ ное вспучивание (коэффициент выхода шунгизита — 3, за­ грузка щебня — 40 л, выход шунгизита — 120 л);

материал фракций 5—12 мм частично не вспучился. Вспученный шунгизит обладает удовлетворительным ка­ чеством; коэффициент выхода — 2,5.

В процессе работ колебания температуры в печи контро­ лировали двумя хромель-алюмелевыми термопарами, уста­ новленными в зоне обжига, и термопарой, установленной в борове. Фактическая температура в зоне обжига, замерен­ ная с помощью термопар, колебалась в пределах 1080— 1120° С, длина зоны вспучивания составила 3—4 м. Мате­ риал при нормальной загрузке печи находился в зоне вспу­ чивания 5—6 мин, при единовременной загрузке до 10 мин. При нормальной загрузке пребывание материала в зоне вспучивания не соответствовало оптимальному (10—12мин). Поэтому для последующих обжигов было принято решение увеличить время нахождения материала в зоне вспучива­ ния за счет уменьшения числа оборотов печи с 2 до 1,3 об/мин. Благодаря этому время пребывания материала в печи при непрерывной нормальной загрузке было увели­ чено до 25—30 мин.

В результате пробного единовременного обжига по но­ вому режиму был получен шунгизит удовлетворительного качества, с незначительным содержанием невспученных гранул.

Для установления оптимальной производительности пе­ чи, вращающейся со скоростью 1,3 об/мин, были проведены обжиги сланцевого щебня с различной интенсивностью не­ прерывной загрузки его в печь: 4, 6, 8, 10 л/мин.

Лучшие результаты получены при загрузке 6—7 л/мин. Это обеспечивало выход шунгизита хорошего качества в ко­ личестве 24—28 л/мин, что соответствует паспортной про­ изводительности печи. Коэффициент вспучивания сланцев при этом составил 4—5 и коэффициент выхода 4.

Эти оптимальные режимы были приняты за основу при

25