ПРОИЗВОДСТВО ГИПСА

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБЖИГА ГИПСА (ТЕПЛОВЫЕ АГРЕГАТЫ)

Для обезвоживания двуводного гипса при получении полу - гидратных вяжущих и для обжига гипса и ангидрита при полу­чении ангидритовых вяжущих применяется следующее оборудо­вание.

Шахтные печи. Шахтные печи применяются для получения из гипса иолугидрата и ангидрита. Шахтные печи встречаютсяна заводах, которые строили более 30 лет тому назад.

В шахтных печах не получается равномерного обжига мате­риала. Поскольку в этих печах расходуется меньше топлива на обжиг, чем в других печах, их целесообразно использовать для получения ангидритовых вяжущих (ангидритового цемента или высокообжигового гипса).

Шахтная печь (рис. 109) представляет собой шахту круглого или овального сечения высотой 10—16 м, в которую сверху за­гружается сырье, а снизу выгружается обожженный материал. Газовый поток в шахтных печах направлен снизу вверх. Следо­вательно, шахтные печи работают по принципу противотока,

В шахтной печи различают три зоны: зону подогрева (верх­няя часть), зону обжига (средняя часть) и зону охлаждения (нижняя часть).

В зоне обжига за счет сгорания топлива или поступления продуктов сгорания из топок развивается максимальная темпе­ратура газов, а соответственно и материала.

В зоне подогрева нагревается сырье поступающими из зоны обжига газами.

В зоне охлаждения материал охлаждается поступающим сни­зу в печь холодным воздухом, а этот воздух подогревается.

В результате теплообмена между газами и материалом в зо­нах подогрева и охлаждения часть тепла, уносимого из зоны об­жига, снова возвращается в нее.

Благодаря этому шахтные печи имеют в сравнении с други­ми печами более высокий коэффициент полезного действия, до­стигающий 0,6.

Шахтные печи различаются по способу отопления.

В пересыпных печах топливо в печь подается вместе с сырь­ем и сгорает между кусками обжигаемого материала. Выносные топки расположены вокруг печи, в них сжигается твердое топ­ливо (полностью или неполностью), и газ или полугаз пбдается в зону обжига. В газовых печах газ подается непосредственно в шахту и сжигается в среде самого материала.

В шахтной печи для обжига гипса на ангидрит (см. рис. 109) имеется две выносные топки полного сгорания. Гипсовый камень размером в поперечнике 50—150 мм обжигается при температу­ре 600—700° в течение 17—18 час. В зоне подогрева материал

находится 6 час., в зоне обжига — 3—4 часа и в зоне остыва­ния — 8 час. Производительность печи 50 т в сутки. Расход ус­ловного топлива 70 кг на 1 г ангидрита. Выгружаемый из печи материал имеет температуру 200—300°, а отходящие газы — тем­пературу 130—150°. Коэффициент полезного действия печи 0,5.

На верх печи материал подается при помощи скипового подъемника. Простейшим устройством для равномерной загруз­ки материала по сечению печи служит направляющий конус. Он закрывает верх печи, когда нет материала, и опускается в печь, когда высыпается материал. Для равно­мерной выгрузки материала из шахтных печей наиболее часто используется раз­грузочное устройство системы Антонова.

Оно состоит из ступенчатых кареток, уста­навливаемых в разгрузочных окнах печи.

При движении каретки взад и вперед нахо­дящийся на ней материал ссыпается на транспортер. Одновременно новые порции материала высыпаются из печи на каретку, располагаясь на ней под углом естественно­го откоса. На рис. 110 показана шахтно-ко­лосниковая печь системы Маркелова, при­меняющаяся на заводах для обжига гипсо­вого камня на полугидрат. Производитель­ность печи 35 т в сутки. Подобные печи бы­вают производительностью до 90—100 г в сутки. В отличие от других шахтных печей в печи Маркелова можно обжигать мелкие фракции гипсового камня 0—60 мм (при небольшом содержании фракции0—10мм).

Печь представляет собой шахтупрямоуголь - ного сечения. Материал не заполняет сплошь всю шахту, а располагается слоем на кир­пичных сводах, образующих ступенчатую Рис. НО. Шахтно-ко-

решетку, расположенную под углом 60° к Л°™™°,ва^а «елова^'" основанию в два марша. Продукты сгорания с м ркелова топлива из топки поступают в шахту печи

под нижний марш решетки, разбавляясь іпо пути холодным воз­духом до температуры 600°. Затем газы проходят в щели между сводами и пронизывают слой материала, находящийся на ниж­нем и на верхнем марше. Далее газ вместе с водяными парамй, выделившимися из гипсового камня, удаляется в атмосферу с помощью дымососа. Материал находится 'в печи 5 час., из кото­рых около 1,7 часа — на обжиге и 2,1 часа — на томлении, кото­рое необходимо для выравнивания его качества. На верху печи имеется бункер емкостью 1,5 м3. Из бункера сырье самотеком поступает в печь по мере выгрузки из печи обожженного про­
дукта. Объем материала на решетке — 2 м3; на томлении —

2,5 м3. В печи имеется топка полного сгорания с горизонтальной решеткой для дров, в некоторых печах топки для сжигания дру­гих видов топлива. На обжиг расходуется 50 кг условного топ­лива на 1 т готового продукта.

Следует указать, что даже в лучших шахтных печах не удает­ся достичь равномерного обжига материала по сечению куска и получить удовлетворительный по качеству строительный гипс.

Вращающиеся печи. Вращающаяся печь представляет собой наклонно поставленную на ролики металлическую трубу, враща­ющуюся вокруг своей оси.

Материал, загружаемый в печь с приподнятого конца, вслед­ствие вращения печи перемещается по ней и выгружается с про­тивоположного конца.

Поток горячих газов может следовать в печи в направлении движения материала (параллельный ток, прямоток) или на­встречу материалу (противоток). В первом случае печь имеет топку со стороны загрузки материала, во втором случае — со стороны выгрузки (опущенного конца). Помимо топки, печь снабжается вентилятором (дымососом), транспортирующим то­почные газы по печи, и пылеуловителями, в которых очищаются от пыли выбрасываемые в атмосферу отработавшие газы.

Для обжига гипса на полугидрат или ангидрит применяются печи длиной от 8 до 14 м і(в отдельных случаях до 40 м) и диа­метром от 1,6 до 2,2 м. Угол наклона печи к горизонту— 1—3°, (1,7—5,2%), а число оборотов от 2 до 6 в минуту.

При обжиге гипса на ангидрит печи работают на противо­токе.

При обжиге на полугидрат печи работают и на прямотоке и на противотоке. При обжиге на полугидрат в печь загружают» куски размером от 0 до 40 мм. В зависимости от того, сколько времени находятся они в печи, определяют предельно допускае­мый размер кусков. Так, например, куски размером 40 мм мож­но загружать, если они находятся в печи 1,5—2,0 часа.

Прямоточная схема позволяет получить более равномерный обжиг гипса (без пережога), чем противоточная, так как в пер­вом случае газы высокой температуры воздействуют на куски гипса в начальной стадии обжига, во втором случае — в конце обжига. Поступающие в печь мелкие и пылевидные частицы гипса переносятся в холодный конец печи движущимися газами тем быстрее, чем меньше их размер и чем больше скорость га­зов. Это явление также способствует равномерности обжига при прямотоке. В противоточной печи мелкие частицы материала находятся более продолжительное время, чем крупные, вследст­вие чего пережигаются.

Машиностроительные заводы не выпускают специальных вращающихся печей для обжига гипса. Поэтому в большинстве 160

случаев приходится применять барабанные сушилки (рис. 111), предназначенные для сушки различных сыпучих материалов.

От правильного выбора и установки сушильного барабана зависит качество гипса, полученного при обжиге, производи-

тельность и удельный расход тепла. Это следует учитывать при строительстве новых цехов. Для более совершенного распределе­ния материала по всему объему внутри сушильных барабанов имеется металлическая насадка или так называемое пересып-

Рис. 112. Схемы внутренних насадок в бара­банной сушилке:

о — подъемно-лопастная система, б — секторная, в, г — распределительная, д — комбинированная, е — перевалочная с закрытыми ячейками

ное устройство. Простейшим пересыпным устройством служат лопатки, приваренные к стенкам барабана по всей его длине (рис. 112). При вращении барабана материал захватывается ло - 11—1838 161

патками и ссыпается с. них после того, как лопатка достигнет оп­ределенного верхнего положения (рис. 112, а). Так как этот процесс совершается непрерывно, в барабане образуется завеса из падающих частиц материала, которые интенсивно омываются горячими газами.

Более совершенная конструкция внутреннего устройства ба­рабана показана на рис. 112, б. При таком устройстве барабан делится по длине как бы на несколько самостоятельных бараба­нов. При этом возрастает коэффициент заполнения барабана материалом (отношение объема материала к объему барабана), уменьшается высота падения частиц материала и увеличивается время прохождения их через сушилку.

Топки сушильных барабанов могут работать на различных видах топлива: твердом (кусковом и пылевидном) (рис. М3), жидком, газообразном. Наилучшими являются 'газообразное и жидкое топливо, при которых наиболее легко автоматически регулировать процесс обжига. Топка должна быть достаточного размера, чтобы сжигать в ней топливо, необходимое для макси­мальной производительности сушильного барабана (из расчета 50—55 кг условного топлива на 1 т обожженного гипса). Произ­водительность сушильного барабана зависит от объема его внут­ренней части, угла наклона, числа оборотов, температуры и ско­рости газов, качества сырья и ряда других факторов и составля­ет 125—250 кг в час обожженного гипса на 1 м3 объема бара­бана.

Правильнее оценивать производительность барабанов по ко­личеству испаряемой влаги. При обжиге гипсового камня на по­лугидрат испаряется от 25 до 43 кг влаги в час на 1 м3 объема барабана.

При обжиге гипса в прямоточных вращающихся печах газы, поступающие в печь, имеют температуру от 900 до 1100°. Вы­ше этого предела нельзя повышать температуру, так как могут сгореть металлические части печи. Исходя из этого целесообраз­но производить футеровку печи на участке 1,5—2,0 м. В печах (сушильных барабанах), не имеющих футеровки, не следует до­пускать повышения температуры газов на входе выше 950— 1000°. Для снижения температуры топочных газов их разбав­ляют холодным воздухом в камере смешивания, находящейся между топкой и сушильным барабаном. Необходимую темпера­туру газов можно поддерживать автоматически, открывая или закрывая дроссель в зависимости от показаний прибора, изме­ряющего температуру газов.

В правильно сконструированной печи температура газов на выходе (при прямотоке) не должна превышать 160—180°. Тем­пература хорошо обожженного гипса равна 135—150°.

Производительность дымососа должна быть такова, чтобы он обеспечивал транспортировку необходимых для обжига гипса газов, а также воздуха, подсасываемого через неплотности. Ос­новными местами нежелательного подсоса воздуха являются, в первую очередь, сопряжения выгрузочного конца барабана с приемной ка, мерой и течка для выхода материала из нее. Не­редки случаи, когда объем подсасываемого (паразитного) воз­духа 'превышает объем газов, транспортируемых через барабан. Для приближенного подсчета можно указать, что через барабан на каждый килограмм обожженного гипса должно транспорти­роваться около 1,2 м3 газов.

Инженер Поплавский предложил другую конструкцию вра­щающейся печи для дегидратации порошкообразного гипса (рис. 114).

Печь представляет собой барабан диаметром 1,75 ж и длиной 14 м, опирающийся двумя бандажами на четыре ролика. Полный объем барабана 34 м3. Внутри барабан разделен четырьмя ди­афрагмами на пять сообщающихся секций. Диаметр отверстий в диафрагмах 800—900 мм. Диафрагмы увеличивают заполнение печи материалом, создавая подпор при его движении. Внутри барабана прикреплены также 10 продольных уголков размером 40x40 мм, которые препятствуют скольжению порошка по стен­кам при вращении барабана и помогают перемешивать мате­риал.

Печь имеет специальную обмуровку, позволяющую обогревать барабан извне топочными газами.

Топка для сжигания жидкого топлива (или газа) со смеси­тельной камерой расположена под барабаном. Газы сначала по­ступают в нижний газоход и омывают барабан снизу и с боков. После этого газы по верхнему газоходу поступают в выгрузоч­ную камеру и направляются внутрь барабана, где движутся навстречу материалу. Далее они проходят пылеосадительную камеру и удаляются через вытяжную трубу в атмосферу.

Температура газов, омывающих барабан снаружи, равна 800—900°, а при входе внутрь барабана—160—170°. Темпера­тура отходящих газов около 120°.

Вследствие того что при обжиге порошкообразного материа­ла много пыли уносится с газами, целесообразнее обжигать «крупку» (более крупные частицы). Кроме того, тонкомолотый продукт получить значительно труднее.

Гипсоварочные котлы. Наиболее часто применяют гипсова­рочные котлы для получения полугидрата. В настоящее время существуют котлы двух типов: с полезной емкостью до 3 м3 (котлы малой емкости) и с емкостью 12 м3 (котлы большой ем­кости) .

Варочный котел емкостью 3 м3 (рис. 115) представляет со­бой сварной стальной цилиндр — обечайку 1 с внутренним диа­метром 2000 мм и высотой 1400 мм. К нижней части обечайки изнутри приваривается кольцо из углового железа, на которое опирается сборное сферическое днище 2, состоящее из чугунных сегментов и круглого центрального вкладыша.

Котел снабжен мешалкой, приводимой в движение электро­двигателем через редуктор и пару конических шестерен. Верти­кальный вал мешалки свободно вращается в двух подшипниках, один из которых укреплен на раме привода, а второй — на двух швеллерах, расположенных внутри котла. На валу насажены якоря, к которым прикреплены лопасти мешалки. Верхняя ло­пасть 3 имеет вид граблей с изогнутыми ножами, перемешиваю­щими материал и направляющими его от стенок к центру.

К нижней лопасти 4 на цепях прикрепляются скребки 5, ко­торые очищают днище от гипса и предохраняют его от пригара.

/ — колосниковая решетка, 2 — пневмомеханический забрасыватель угля 3________________

оункер угля, 4 сферическое днище, 5—нижняя мешалка, 6 — обечайка / — верхняя лопасть, 8 жаровые трубы, 9 — дымовая труба, /0 — крышка котла, И — шиберы, 12 — выгрузочная течка

Число оборотов мешалки в минуту 20. Мощность электродвига­теля 4,5 кет.

К обечайке сверху крепится на болтах вторая обечайка с крышкой (компенсатор), в которой во время варки гипса скап­ливаются водяные пары, отводимые по трубе в пылеулавливаю­щие устройства. В этот же компенсатор сбоку врезается течка для загрузки материала. В нижней части обечайки имеется теч­ка с шибером для выгрузки готового гипса.

Котел заключен в обмуровку, представляющую собой топку, сводом которой является днище котла. Вокруг обечайки имеется кольцевой канал, куда поступают газы из топки, предваритель­но отдавшие часть тепла днищу. В кольцевом канале газы отда­ют свое тепло гипсу через обечайку и при температуре 500—600° отводятся в агрегаты для подсушки сырья.

Котел емкостью 12 м3 (рис. 116) имеет обечайку диаметром 3050 мм и высотой 2440 мм днище 4 — сферическое, штампо­ванное из листа стали толщиной 32 мм. Чтобы обеспечить рав­номерный прогрев гипса и увеличить поверхность нагрева внут­ри котла, установлены четыре жаровые трубы 8 диаметром 350 мм. Трубы расположены горизонтально в два ряда по вы­соте. Нижняя лопасть мешалки выгнута по профилю днища и находится на расстоянии 50—60 мм от него. К лопасти подве­шены цепи.

Верхняя лопасть 7 расположена между нижним и верхним рядами труб. Мешалка вращается со скоростью 18,5 об/мин от электродвигателя мощностью 20 кет через редуктор и пару ко­нических шестерен.

Котел заключен в обмуровку по типу котла малой емко­сти. В топке котла в большинстве случаев имеются механизмы для загрузки топлива и выгрузки шлака.

Мельницы совмещенного помола и обжига. В гипсовой про­мышленности в отдельных случаях применяются мельницы не только для размола материала, но и для одновременного обжи­га (дегидратации) гипса на полугидрат. Это шахтные, аэро - бильные, шаровые, ролико-маятниковые мельницы. Конструкция мельниц была описана ранее. Гипс в мельницах обжигается вследствие того, что в них вместе с материалом поступают газы с температурой 600—700° и выше. Основной обжиг достигается в размольной камере, где вместе с измельчением гипса происхо­дит интенсивный теплообмен между горячими газами и мате­риалом. Мельницы снабжены шахтами или сепараторами про­ходного типа, после которых измельченный и дегидратированный продукт поступает в пылеулавливающую аппаратуру.

Автоклавы. Автоклав для дегидратации гипса представляет собой стальной цилиндрический котел, устанавливаемый гори­зонтально (рис. 117). По торцам его имеются массивные крышки,

167

одна из которых (а иногда и обе) бывает съемной. Закрывается и открывается крышка специальным механизмом. Внутри авто­клава проложены рельсовый путь для перемещения вагонеток с материалом и труба для подвода и распределения пара. Пар выпускают через паровой вентиль, а конденсат — через штуцер. Автоклав снабжен предохранительным клапаном, манометром и термометром, которые вынесены на специальный щит.

Длина автоклава для производства высокопрочного гипса (ГДР) 18 м, диаметр 2 м, толщина стенок 15 мм, он рассчитан на давление 10 ати. Внутри автоклава по всей окружности рас­положены паровые трубы диаметром 108 мм, соединенные в сек­ции (калориферы).

По окончании запарки и выпуска пара из автоклава в эти трубы снова подается пар для того, чтобы просушить располо­женные на вагонетках куски гипса.

Демпферы. Запарочный аппарат для получения высокопроч­ного гипса конструкции Ф. Т. Садовского и А. С. Шкляра (наз­ванный авторами демпфером) представляет собой вертикальный стальной резервуар 3 длиной около 4 лі и даметром 2,3 м (рис. 118). Внутри резервуара вдоль оси проходит не доходящая до дна перфорированная труба 1 диаметром 500 мм. На расстоя­нии 50 мм от стенок цилиндра расположен дырчатый кожух (рубашка) 2. В крышке — два люка 4 для загрузки гипсового щебня. Снизу демпфера имеется люк 7 для выгрузки материа­ла. Пар подается по трубе 5, а конденсат отводится по трубе 6. Демпфер рассчитан на давление пара 1,5 ати. По окончании за­паривания и спуска давления щебень сушится горячими газами.

которые нагнетаются вентилятором в демпфер через внут­реннюю трубу, а удаляются через дырчатый кожух и тру­бу 8.

Аппарат самозапаривания. Аппарат для получения высоко­прочного гипса по методу «самозапаривания», предложенный Б. Г. Скрамтаевым и Г. Г. Булычевым (рис. 119), представляет собой вертикальный стальной цилиндр диаметром 1600 мм и вы­сотой 2100 мм с толщиной стенок 8 мм. Внутри цилиндра расположены 34 трубы диаметром по 102 мм для дымовых газов. 28 труб расположены у стенок цилиндра и 6 — в центре.

Концы труб вварены в верхнюю и нижнюю трубные стенки 6, являю­щиеся стенками двух газовых кол­лекторов. Нижний коллектор предна­значен для подвода газов, верх­ний—для отвода их. Вверху аппа­рата имеется люк 4 диаметром 450 мм для загрузки щебня (фрак­ции 10—60мм), а снизу — люк для выгрузки диаметром 500 мм. Оба люка закрываются герметическими крышками. Для того чтобы напра­вить материал в выгрузочный люк, в нижней части аппарата имеется конус. Наружный ряд газовых труб и каждая внутренняя труба закры­ты предохранительными кожухами 9, защищающими гипсовый щебень от соприкосновения с горячими трубами.

Кожух изготовляют из перфори­рованной стали толщиной 4 мм или из металлических стержней диамет­ром 6—8 мм. Аппарат рассчитан на внутреннее рабочее давление до

1,5 ати и газы с температурой до 600°.

Г. Г. Булычев и М. Е. Ботвинко предложили конструкцию вращаю­щегося «самозапарочного» аппарата, в котором можно получать высокопрочный гипс из несортированного сырья (фракции 0ч-25 мм). Внутреннее устройство вращающегося аппарата сходно с устройством вертикального стационарного самозапар - ника.

/ — штуцер для манометра, 2 — кронштейны, 3 — газовые кол­лекторы, 4 — люкн, 5 — перфорированная полусфера, 6 — труб­ные стенки, 7—газоподводящие трубы, 8— цилиндрический корпус, 9 — предохранительный перфорированный кожух, 10 — воздухоподводящая труба, 11 — штуцер для отвода пара, воды н воздуха, 12 — усеченный конус