Строительные статьи

Автоматизация процесса сушки каменных заполнителей для бетонов

Сушильные агрегаты асфальтобетонных заводов должны обеспечить полное удаление поверхностной, ги­гроскопической влаги из песка, шебня и нагрев их в зави­симости от вида приготовляемых смесей до температуры 160— IЙ0°С. Чаше всего выходным параметром сушильно­го агрегата как объекта регулирования, используемым в главном контуре управления, является температура су­шильного агента. При современном состоянии техники это. безусловно, наиболее доступная для измерении вели­чина. Ее можно регулировать путем изменения либо расхода топлива, подаваемого в топку, либо количества воздуха, которым разбавляются продукты сгорания, либо количества материала, подвергаемого сушке.

Этим вариантам управления соответствуют три ва­рианта построения системы регулирования, так как тех­нологическая структура сушильного агрегата сводится к схеме: Ф — форсунка, работающая на жидком, газооб­разном или твердом топливе; Т — топка, выполняющая роль смесителя продуктов сгорания с воздухом: С — су­шильный барабан; Д — датчик: Р — регулятор (рис. !).

Выбор вида управления приводит к укорачиванию цепи обратной связи и уменьшению времени прохожде­ния сигнала в процессе регулирования. При этом рас­пределенные по отдельным элементам системы возму­щения /в варианте рис. 1а концентрируются на входе одного элемента — сушильного барабана (рис. 1в).

При оценке полученных вариантов управления часто исходят из традиционных представлений об определяю­щей зависимости качества процесса от инерционности отдельных элементов системы, которая увеличивается с изменением регулирующего воздействия от варианта о к варианту е. Поскольку датчик целесообразнее разме­щать ближе к точке приложения возмущений, то вариант в кажется более предпочтительным, чем б и тем более а.

Однако необходимо учесть следующие обстоятель­ства. Возмущения, вызываемые работой форсунки и топки, являются высокочастотными в сравнении с возмущениями, приложенными к сушильному агрега­ту в виде изменения влажности и температуры компо­нентов смеси (рис In). Поэтому ни один из имеющихся вариантов управления процессом сушки не будет опти­мальным: а и 6 — из-за слишком большой инерционно­сти контура у правления, а в — из-за отсутствия возмож­ности имеющимися средствами загрузки материала в сушильный барабан обеспечить необходимое быстро­действие контура управления. Таким образом, хотя на практике обычно стремятся управлять процессом суш­ки, воздействуя в основном на приток тепла, с точки зрения регулирования рациональнее изменять скорость подачи материала при поддержании расхода тепла на определенном уровне с помошью вторичного контура регулирования.

Рассмотрим особенности смесительной камеры - топки как обл>екта регулирования, считая его в первом п рнбл и жен и и a in i арато м с сосредоточс иными нара мс i - рами. В топку поступают дымовые газы и наружный хо­лодный воздух, соответственно с расходами Q и (>>. температурами и tj и удельными теплоем костя ми С( и

На этапе внедрения технологии создан эффективный механизм на­несения гипсового раствора на марлю. На Рошальском химичес­ком комбинате (Московская обл.) в 1999 г. введена в эксплуатацию ус­тановка по производству гипсовых медицинских бинтов мощностью 1.5 млн шт. усл. бинтов. По своему качеству продукция не уступает лучшим зарубежным аналогам, а по цене в 2 раза ниже.

Разработаны составы и техноло­гия изготовления многокомпонент­ных сухих смесей и водно-дисперс­ных красок строительного назначе­ния с использованием отечественных местных сырьевых ресурсов и хими­ческих добавок Подобраны составы сухих плиточных цементных и гипсо­вых смесей, а также чодно-дисперс - ных красок. Созданные комплексные химические добавки многофункцио­нального действия обеспечивают по­вышение технологичности процесса и эксплуатационных свойств матери­алов. Полученные материачы соот­ветствуют по своим показателям ана­логи ч н ы м материала м ш вей царской фирмы «Эдинтон». Имеется техниче­ская документация для организации производства сухих строительных смесей и водно-дисперсных красок на базе ОАО <• Центргаз» (г. Тула).

Оказались востребованными рын­ком разработки по совершенствова­нию производства на действующих предприятиях с целью снижения се­бестоимости и повышения качества продукции.

Разработана не имеющая анало­гов в мировой практике отопитедьно - вентидяционная система туннельных печей для обжига керамических сте­новых изделий. Новизна ее заключа­ется в том, что на позициях загрузки и выгрузки печи обеспечивается прак - лически атмосферное давление, что позволяет минимизировать газооб­мен с окружающей средой, отказать­ся от дверей и форкамеры.

Результаты испытаний головной системы, внедренной на ОАО «Ленстройкерамика» (Ленинград­ская обл.), продемонстрировал и достижение экономии топлива в среднем на 20%.

Найдены технические решения по реализации технологии формова­ния сырца из масс пониженной влаж­ности на действующих предприятиях керамического кирпича с учетом максимального использования име­ющихся основных фондов. Пласти­ческая прочность сырца позволяет укладывать его в пакеты, которые за­тем проходят все стадии технологиче­ского процесса без перекладки.

Для реализации предложения создана отоп ител ьно- вентиля и ион - ная система туннельных сушилок, обеспечивающая бездефектную сушку сырца при минимальном расходе теплоносителя.

П о дан н ы м Бутове кого комби нала строительных материалов (Москов­ская обл.). успешно внедрившего с активным участием института техно­логию жесткого формования, получе­ны следующие результаты. Вовлечено в сферу полезного использования ме­стное глинистое сырье, считавшееся непригодным для производства кир­пича. Достигнуто получение кирпича правильной формы без дефектов внешнего вида с четкими у глами и ре­брами. что позволяет реализовать его как лицевой материал. Снижена себе­стоимость единицы продукции на 15% по сравнению с выпускаемым в соседнем цехе традиционным кирпи­чом пластического формования.

Разработана система автоматиза­ции теплового и газодинамического режима работы сушильного барабана в производстве кирпича полусухого прессования. Оптимизация теплово­го агрегата позволяет стабилизиро­вать его работу, у величить срок служ­бы. значительно сократить удельный расход топлива и повысить ал а го - съем. Внедрение системы на Зарай­ском кирпичном заводе (Московская обл.) позволило достичь экономии удельного расхода тепла на сушку глины на 15% и снизить выбросы пы­ли в окружающую среду.

Разработано и внедрено на Ка­занском заводе силикатных стено­вых материалов ресурсосберегающее теплотехническое и технологическое решение получения качественной извести в коротких вращающихся печах из отходов производства с ис­пользованием цепного запечного по­догревателя конструкции ВНИИ - строма. Себестоимость продукции снижена на 50%.

Большую часть в тематике ин­ститута занимают внедрение ранее выполненных научных разработок, направленных на совершенствова­ние технологических процессов на действующих предприятиях, освое­ние новых материалов и расшире­ние ассортимента выпускаемой продукции. К их числу относятся работы по организации производ­ства лицевого кирпича объемного окрашивания и методом офактури - вания тычковой и ложковой граней, невзрывчатого разрушающего сред­ства, снижение удельного расхода тепла при производстве извести за счет интенсификации газообмена во вращающихся печах и усовер­шенствования загрузочного устрой­ства шахтных печей и установки на них выносных вихревых топок и др.

В институте сформировались и развиваются две научные школы, строител ьн ые м атери ал ы плотной и ячеистой структуры из силикатных масс автоклавного и безавтоклавного твердения (лидер школы Ю. В. Гуд­ков) и керамические стеновые изде­лия и иску сственные пористые запол­нители (лидер школы А. А. Ахундов).

В настоящее время из 130 науч­ных сотрудников 25 имеют ученые степени. В институте функциони­руют аспирантура, диссертацион­ный совет по зашите кандидатских диссертаций. Институт получил го - сударст ве н ну ю а к кред i гга ци ю.

Важну ю роль в успешной работе института играют выросшие в нем вы соко к вал и ф и ц и ро ва н н ы е науч­ные кадры прежней закалки. Это доктор техн. наук, проф. А. А. Ахун­дов, кандидаты техн. наук Г. Д. Аш - марин, В Н. Бурмистров, А. С. Быч­ков, В. П. Варламов. Ю. В. Гонтарь, Г. Я. Дуденкова, В. А. Езерский, В В. Иваницкий. В. А. Кондратенко. Ю. В. Котельников, Е. Н.Леонтьев. В. Н. Орловская. В. И. С и няне кий. Ю-В. Смирнов. Р. Н. Шелыганова Н. А. Сапелин. О Н. Токаева. и др

Специалисты института участ­вуют во многих конференциях об­щероссийского и международного уровня, представляют нашу страну на международных выставках.

Высокий профессиональный уровень специалистов, владеющих технологией, теплотехникой и авто­матизацией, знающих специфику и организацию производства, позво­ляет выполнять работы на высоком научно-техническом уровне, что подтверждается стабильным фи­нансовым положением в течение всех перестроечных и после перес­троечных лет.

Это единственный институт в отрасли, в котором накоплен боль­шой опыт пусконаладочных работ заводов керамических стеновых из­делий и черепицы с импортным комплектом оборудования. Мы с оптимизмом смотрим в будущее.

Одним из направлений расши­рения номенклатуры и повышения качества многих видов строитель­ных материалов является их пориза- Ш1Я за счет введения в сырьевую смесь предварительно полученной технической пены или путем введе­ния в смесь пенообразователей и ее поризация за счет вовлечения дис­пергированных пузырьков воздуха при интенсивном перемешивании.

В 80-е годы, в связи с развитием производства и применения гипсо­вых материалов и изделий ВНИИ - стромом им. П. П. Будникова сов­местно с бывшим институтом ВНИИ ПАВ специально для про­изводства пеиоги псовых материа­лов и изделий создано и освоено промышленное производство не­скольких видов пенообразова­телей: «Каскад» (авт. свнд. СССР № 967996. 1982 г.). «ТЭАС» (авт. свил. СССР № 1114644. 1984 г.). «Поток» (авт. свид. СССР № 1252322, 1986 г.) и др.

С использованием этих пено­образователей и рахчичных видов пе - ногенераторов подучена качествен­ная техническая пена,. организовано массовое производство различных видов пе ноги псовых материалов и изделий, втом числе пеногипсовых тепло - и звукоизоляционных осно­ваний полов. Данная разработка в составе других новых технологий и материалов отмечена премией Со­вета Министров СССР в области строительства и архитектуры в 1991 г.

В настоящее время в связи с из­менившейся экономической ситу­ацией наметилась тенденция по расширению производства и при­менения пенобетонных изделий на основе цемента, что объясняется возможностью создания неболь­ших, в том числе мобильных, про­изводств стеновых и теплоизоляци­онных изделий (11.

Для производства этих изделий как правило, используются упомя­нутые выше традиционные («гипсо­вые») пенообразователи, а также разработа н н ые для пожаротушен ия, то есть пенообразователи, не учиты­вающие специфику пеноцементных бетонов (минералогический состав твердеющих систем и высокое рН жидкой фазы, сравнительно мед­ленное твердение, наличие песка и другие). Вместе с тем объем пус­тот, образуемый пеной, составляет 40—80% пенобетонных и злел nit. и соответственно свойства пенообра­зователя и получаемой из него пены относятся к главным факторам, оп­ределяющим технологию и свойст­ва готовой продукции.

Однако, несмотря на это, пригод­ность пенообразователей зачастую оценивается по двум показателям (кратность и стойкость пены) и ино­гда дополнительно по коэффициенту использования пены. Причем по­следний показатель, как правило, ис­пользуют только для экономической оценки рациональности применения пенообразователей.

Опыт показывает, что данных показателей недостаточно для того, чтобы оценить рациональность применения пенообразователя для производства пенобетона, посколь­ку они не отражают влияния пено­образователя на характеристики пенобетона. Как известно, прак­тически все пенообразователи яв - л я ются п ове р. х ноет но - а кт и в 11 ы м и веществами и в силу своей природы оказывают влияние на физические свойства, скорость твердения и прочностные показатели пено­бетона. Причем, за исключением пластифицирующего эффекта, это 1Ш15)ние является, как правило, не­гативным, вызывает замедление процесса твердения цемента и ухуд­шает прочностные характеристики бетона и изделий.

Нами впервые была проведена сравнительная комплексная оненка свойств большинства (около 30 ви­дов) применяющихся в стране пе­нообразователей , выполнен анализ влияния на эти свойства их состава и параметров приготовления, полу­чены и изучены опытные образцы принципиально новых видов и в ко­нечном счете разработан и освоен промышленностью новый, наибо­лее пригодный для цементных пе - нобето н ов пе нообра зовател ь.

Комплексную оценку пригодно­сти пенообразователей проводили по следующим параметрам:

— рабочая концентрация пенооб­разователя:

— кратность получаемой пены;

— стойкость пены во времени;

— коэффициент использования пены в пенобетоне;

— стойкость пенобетона во времени;

— сроки схватывания и динамика гидратации цемента в присутст­вии пенообразователя;

— конечнаяпрочность бетон а;

— пластифицирующий эффект пе­нообразователя.

Рабочую концентрацию пено­образователя и параметры пены определяли с использованием раз­работанного ВНИИстромом про­мышленного пеногенератора ПГ-3. работающего по схеме, приведен­ной на рис. 1. По той же схеме по­лучали пену для определения пара­метров пенобетона.

Влияние пенообразователей на гидратацию цемента, прочность и пластифицирующий эффект оце -

Ни вал и иа плотных образцах с со­ставом цемент : песок = 1 : I и кон­трольной проверкой на пенобетоне с плотностью около 800 кг/м3.

Результаты испытаний показали значительные колебания опреде­ляемых параметров у испытанных пенообразователей: рабочая кон­центрация 2-10%, кратность 3-24, стойкость пены 10 с — 40 мин, коэф­фициент использования 0,4—0,92, стойкость пенобетона 10—240 мин, замедление гидратации цемента до 3—5 раз, снижение прочности 10—60% и снижение водопотребно - сти (пластификация) 0—30%.

Следует также отметить, что пе­нообразователи, позволяющие по­лучать при сравнительно низкой рабочей концентрации качествен­ную пену, характеризовались, как правило, низкой стойкостью пено­бетон ной массы или ощутимым от­рицательным воздействием на гид­ратацию цемента, соответственно на твердение и конечную прочность бетона, и наоборот.

Например, типичный предста­витель первого вида пенообразова­телей «Поток» при рабочей концен­трации 2% обеспечивал получение пены с кратностью 20—22, однако стойкость пенобетон ной массы со­ставила всего 12 минут. При приме­нении же типичного представителя второго вила — пенообразователя на основе ПО-6К при рабочей концен­трации 5—6% получена пена с крат­ностью 15—18, стойкость пено­бетон ной массы около 100 мин, но пенобетон твердел в первые сут­ки в 4—5 раз медленнее.

Анализ результатов позволил установить общие закономерности связи свойств пенообразователей с их составом и параметрами по­лучения. Это позволило ОАО «Ивхимпром» синтезировать в ла­бораторных условиях несколько опытных образцов новых видов пенообразователей. После ком­плексной проверки во ВН ИИстро - ме были выбраны перспективные и на их основе разработан и освоен на ОАО «Ивхимпром» наиболее приемлемый при п рои звод ст ве различных видов пенобетона пено­образователь П Б-2000.

Этот пенообразователь является биологически мягким продуктом (степень биоразложения больше 90%) и представляет собой водный раствор смеси анионактивных по­верхностно-активных веществ, об­ладающих гидрофобным радикалом различного строения, с добавками, повышающими устойчивость пены рабочего раствора в цементном тес­те и улучшающими физические свойства концентрата. Отличитель­ной особенностью этого пенообра­зователя является то, что в нем воплошено оптимальное сочетание компонентов, обеспечивающее по­лучение высокократной и устой­чивой в цементном тесте пены, а отрицательное влияние пенообра­зователя на гидратацию цемента и конечную прочность пенобетона сведено к минимальному.

Наиболее полные и всесторонние испытания опытной и промышлен­ных партий ПБ-2000 проведены на ОАО «Бетиз-ЖБИ» (г. Тверь) на технологической линии с установкой УПБ для непрерывного приготов­ления пенобетонной массы, разра­ботан ной и изготовляемой ВНИИ­стромом. Обший вид цеха показан на рис. 2. Основной вид выпускаемых пенобетонных изделий — стеновые блоки, перегородочные плиты и эле­менты прижимных стенок.

Схема получения пены на уста­новке УПБ аналогична приведен­ной на рис. 1. Вначазе приготовля­ется рабочий раствор из расчета 3 л пенообразователя на каждые 100 л воды, полученный раствор перека­чивается в расходный бак установки У ПБ, а затем через поплавкову ю си­стему поступает в бак постоянного уровня и через регулировочный кран в пеногенератор В пеногене- раторе раствор перемешивается с всас ы вае м ы м 11 з ат мосфер ы возлу - хох! с получением дисперсной тех­нической пены (рис. 3).

Пена из пеногенератора непре­рывно поступает в пенобетоносмеси - тель. а ее количество регулируется скоростью подачи раствора пенооб­разователя в пеногенератор таким об­разом. чтобы обеспечить требуемую поризацию пенобетонной массы.

В заключение следует отметить, что применение ПБ-2000 требует определен ной корректировки тех­нологии и оборудования для полу­чения пены и изготовления пено­бетона. связанной с относительно высокой вязкостью получаемой пены. Например, отмечена необхо­димость дополнительной настрой­ки пеногенератора и принятие мер по предотвращению агрегирования частиц цемента при приготовлении пенобетона, особенно с низкой плотностью. Последнее достигается более интенсивным перемешивани­ем или введением добавок, улучша­ющих смачивание и распределение цемента в пенобетонной массе (диспергатор НФ, разжижитель НФ. С-3 и другие).

Литература

1. Ахундов А. А., Гудков Ю. В, Ива-

Ницкии В. В. Пенобетон — эффек­тивный стеновой и теплоизоля­ционный материал // Строит.

Материалы. 1997, Jfe |.

ОАО «.ВНИИстром им. П. П. Буд­никова» на протяжении многих лет является ведущим разработчиком тех­нологий и совершенствования обору­дования для производства извести.

Известь находит все более широ­кое применение в различных от­раслях промышленности: строитель­ной, металлургической, химической, сельском хозяйстве, очистке питье­вой и сточной воды и т. д. Спрос на известь в настоящее время растет.

Основным видом обжигового оборудования для производства изве­сти являются шахтные и вращающи­еся печи. Учитывая износ технологи­ческого оборудования и возросшие требования к качеству продукции, необходима модернизация печного парка. Она должна быть направлена на использование резервов действую­щего и применение наиболее совре­менного высокопроизводительного оборудо ва н и я. Разработа н н ы й во ВНИИстроме запечный цепной подо­греватель к известеобжиговым печам предназначен лля термоподготовки (сушки и подогрева) влажного рых­лого карбонатного сырья крупностью до 50 мм. в первую очередь мелового, перед его обжигом.

Запечный цепной подогреватель представляет собой вертикальную футерованную шахту прямоуголь­ного сечения. В ней установлены один под другим тормозящие эле­менты в виде цепных барабанов, вращающихся в противоположных направлениях с регулируемой ско­ростью. Цепи, навешенные на кар­кас барабана, выполняют роль по­лок и регенеративной насадки, лег­ко пронизываются газовым пото­ком и эффективно самоочищаются при работе на влажных материалах.

Материал через загрузочную течку поступает в верхнюю часть шахты и. палая навстречу газовому потоку, за­держивается и пересыпается в цепных барабанах, подвергаясь интенсивной тепловой обработке во взвешенно- пересыпаюшемся слое. Время термо­обработки материала в подогревателе регулируется изменением числа обо­ротов цепных барабанов. Высушенное и подогретое сырье через пересыпное устройство переходной камеры посту пает во вращающуюся печь.

Конструкция запечного подогре­вателя успешно прошла испытания: при термообработке мелового сырья с влажностью до 30% при размере кусков до 50 мм отходящими газами опытной вращающейся печи с на­чальной температурой 700—800°С ма­териал практически полностью высу­шивался и нагревался до 200"С.

Достигнутый влагосъем (150— 200 кг/м3 час) в несколько раз выше, чем в традиционных барабанах или в зоне цепей и тешообменных уст­ройств вращающейся печи. При этом не наблюдалось намазывания матери­ала на цепи или отложения материааа на стенках шахты подогревателя. Вы­сокая интенсивность теплопередачи достигнута при сравнительно низком аэродинамическом сопротивлении (не выше 1000 Па).

По ре зуд ьтата м и ссл е дова н и и изготовлен и внедрен запечный по­догреватель к известеобжиговой вращающейся печи 2.2x23м Казан­ского ЗСМ Печь работает на влаж­ных отходах дробления сырья.

Экономическая эффективность установки запечного подогревателя сырья заключается в возможности снижения удельного расхода тепла на обжиг извести на 20—30% и по­вышения производительности вра­щающейся печи на 5—10%.

Для низкотемпературных зон и звестеобж и говой вращаюше йся печи, работающей на влажном ме­ле, положительно зарекомендовали себя заборные лопасти и цепной теп­лообменник с винтовой навеской це­пей и малой стрелой провисания. Внутренние теплообменные уст­ройства установлены на вращаю­щейся печи размером 3,6x81 м Бел­городского кем.