Портландцемент. Шикізат материалдары 22 страница
Пештің ыстық жағы жылжымалы кеңістікпен жабылған. Мұнда отын мен ауаның қоспасы берілетін форсунка немесе оттық орнатылады. Пештің салқын жағы шаң камерасына еніп тұрады. Пешке сырттан салқын ауа тартылмауы үшін оның салқын және ыстық жақтарын арнайы тығыздаушылармен жабдықтайды.
Жылу алмастырғыш құрылғылардың әсерінен пештегі жылу алмасу артады, себебі материал мен газдың жанасу беті үлкейеді, әрі жылу алмастырғыштар өздеріне газдың жылуын қабылдап, оны қайтадан материалға беру арқылы жылу алмасу процесін арттырады. Жылу алмастырғыш құрылғыларды қолданғанда материалдың қозғалу жылдамдығы азайып, жай жылжиды, осының нәтижесінде пештің материалмен толтыру дәрежесі жоғарылайды. Жылу алмастырғыш құрылғылардың көмегімен материал жақсы араласады, жақсы қызады. Жылу алмастырғыш құрылғылар ретінде фильтр-қыздырғыштары, шынжырлы жылуалмастырғыштарды, металдан және керамикадан жасалған құрылғылар қолданылады.
Сулы әдістің ұзын пештерінде жылу алмастырғыш құрылғылар ретінде көбіне шынжыр аспалар қолданылады. Шынжыр аспалардың ұзындығы пештің өлшемдеріне байланысты 20...30 м аралығында өзгереді. Шынжырлы алаптан материал түйірленіп шығады. Түйірлердің ылғалдылығы 8...10 % кем болмауы керек, олай болмаған жағдайда түйірлер шынжырларға үйкеліп, шаң көбейіп кетеді. Газдың температурасы шынжырлар алабында 700...900 0С аспағаны жөн, себебі одан көп болса шынжырлар күйіп кетуі мүмкін.
|
|
|
Шынжырларды екі түрлі жолмен іледі: біріншісі - бір жағынан ілінген шынжырлар, екіншісі –“гирляндалар” (4.14-суретті қараңыз) яғни тізбектеп іледі.
|
| 4.14-сурет. Айналмалы пештерде шынжырлардың ілінуі: а-бір жағынан ілінген; б-тізбектеп ілінген шынжырлар |
Шынжырларды бір жағынын ілгенде материалдың жылжуына кедергі жасамау үшін олардың ұзындығын пеш диаметрінің 0,6...0,7 бөлігінен асырмайды. Пеш шеңберінің бойына 40 дейін шынжырлар іледі, ара қашықтығы 250 мм. Тізбектеп ілгенде шынжырлардың екі жағын екі шеңберге іледі, бұл шеңберлер көрші болмауы керек, яғни шынжыр ілінген екі нүктенің ара қашықтығы (0,5...0,6)·D болуы керек. Шынжырлар барған сайын ығысып ілінеді, содан пеш айналғанда шынжырдың бір соңы екінші соңынан бұрын көтеріледі. Бұл материалдың еркін қозғалуын қамтамасыз етеді. Сондықтан шынжыр ілерде материалдың қозғалу бағыты мен пештің айналу бағытын ескерген жөн. Шынжырларды ілу бағыты мен пеш осінің арасындағы бұрыш 600 аспауы керек, әйтпесе материалдың қозғалысы баяулайды. Әрбір тізбектеліп ілінген шынжырдың ұзындығы (1,2...1,3)·D тең.
|
|
|
«Гирлянда» шынжыр аспалардың материалға жылу беру коэффициенті өте жоғары 125...210 кДж/(м2∙град∙сағ). Бұл бір жағынан ғана ілінген шынжыр аспалардың жылу беру коэффициентінен 30...35 % артық. Бұл шынжырлардың салмағын азайтуға мүмкіндік береді. «Гирлянда» шынжыр аспалар материалдың қозғалуын жеделдетеді, футеровканы және құрғаған материалды үйкелеуі төмен.
Жылуалмастырғыштар. Пеште жылуалмасуды жақсарту үшін әр-түрлі жылуалмастырғыштарды орналастырады: ұялық, металдан жасалған, керамикалық, шынжырлы. Жылуалмастырғыштар күйдірілетін материалды бірнеше ағынға бөліп, материал мен түтінді газдардың жанасатын бетін жоғарылатады, газдардың жылуын қабылдап алып оны материалға береді, конвективті жылуалмасуды жеделдетеді, материалды араластырады.
|
|
|
Металды жылуалмастырғыштар ұялы, топса-бұрандалы, гирляндалы, циклоидты болады. Жылуалмастырғыштың ауданы 490...545 м2, ұзындығы 9,5...15,6 м. Материал жылуалмастырғышқа ылғалдылығы 8....10 % болып кіреді, шыққан материалдың ылғалдылығы 2...3 %.
Шынжырлы (перифериялық) жылуалмастырғыштар кең тараған (4.15-сурет). Олар пештің қаңқасына салбырамайтындай болып бекітіледі. Сол үшін шынжырлар құрғақ гранулдарды бұзбайды, үгіттемейді. Бүл жерде газдардың температурасы 1200...1250 0С, шығатын материалдың температурасы 200...220 0С. Жылуалмастырғыштың ұзындығы 6...10 м, ауданы 170...800 м2.
| 4.15-сурет. Шынжырлы жылуалмастырғыш: 1-қысқа гирляндалы жылуалмастырғыш; 2- шынжырлы аспаның гирляндалары |
Жылуалмастырғыштар пештің өнімділігін 10...15 % артып, жылу шығынын 10...14 % төмендетеді. Жылуалмастырғыштардың жақсы жұмыс істеуі пештің тұрақты температурада және режимде істеуіне байланысты. Температура жоғарыласа шынжырлар күйіп кетеді, шламның ылғалдылығы жоғары болса ол шынжырларға жабысып қалады.
|
|
|
4.9.2 Газ бен материалдың пеште қозғалуы
Пештің әр жерінде газ әр түрлі жылдамдықпен қозғалады. Жалпы оның жылдамдығы 6...13 м/с аралығында өзгереді. Газ ең жоғары жылдамдықпен пеш осінің жанында, ал ең төмен жылдамдықпен футеровкаға жақын жерде қозғалады. Газдың жылдамдығы басында пештің ыстық жағынан конструкциясы мен мұздатқыштың типіне, ал пештің соңында шаң камерасының өлшемі мен кескін үйлесіміне (конфигурация) байланысты.
Пеш айналған кезде шикізат қоспасы үйкеліс күшінің әсерімен футеровканың бетіне жабысып, бірге көтеріледі. Жазықтықпен арасындағы бұрыш материалдың табиғи құлама бұрышына жеткен кезде шикізаттың бөлшектері ауырлық күшінің әсерімен материалдың бетімен төмен қарай сырғанап, құлай бастайды. Айталық, материалдың бір бөлшегі белгілі нүктеден бастап қозғалып, белгілі бір уақыт өткесін дәл сондай нүктеге қайтып келеді, бірақ ол бастапқы нұктеден белгілі бір қашықтыққа алдыға жылжиды. Осыған кеткен уақытты материал қозғалысы толық циклі деп атайды. Материал толық бір цикл жасағанша оның әрбір бөлшегі материал қабат бетіне шығып аз уақыт ыстық түтінмен тікелей жанасады, қалған уақыттың бәрінде ол араласып жүреді. Материал қозғалысының толық бір циклінің ұзақтығы оның бөлшектерінің беткі қабатқа шығу кезеңі мен материалдың арасында пештің футеровкасымен жанасуына, пештің материалмен толтырылу дәрежесіне (коэффициентіне), оның айналу жиілігіне, диаметріне және бөлшектердің өздерінің өлшемдеріне байланысты.
Материал пеште аз болса (толтырылу коэффициенті төмен болса)
әр бір бөлшектің жылу қабылдауы жақсарады, бірақ ол кезде ыстық түтінді газдардың жылуын пайдалану жеткіліксіз болады, себебі материал мен газдың жанасу беті төмендейді. Ал материал пеште тым көп болса, оны жеткілікті қыздыру қиындайды. Сол үшін пештің материалмен толтыру коэффициенті оңтайлы болып, материалмен газдың арасындағы жылу алмасу дәрежесі жоғары болу керек. Айналмалы пештің материалмен толтырылу коэффициенті 10...20 % аралығында болады.
Ұнтақ материалдың пештің ұзына бойы қозғалысына түйірлерінің әр түрлілігі мен олардың әр түрлі жылдамдықпен қозғалатындығы әсер етеді. Сөйтіп материал пештің әр алабында әр түрлі қозғалады. Кальцийлеу алабында материал басқаларға қарағанда жылдамырақ қозғалады, себебі бөлінген СО2-нің әсерінен материал бөлшектері ауада қалықтап тұрғандай күй кешіп, оңай қозғалады. Ал жентектелу алабында материал ең төмен жылдамдықпен қозғалады, өйткені бұл материалдың майда бөлшектері бірігіп, жабысып үлкен түйірлерге айналады, әрі сұйық фазаның байланыстырушы қасиеті әсер етеді. Кептіру алабында материалдың қозғалуына жылуалмастырғыштар кедергі етеді. Сол үшін материал әр түрлі алапта әр түрлі тарайды. Ол материалдың пеште толқын ретінде қозғалуына алып келеді. Жалпы материал үлкен пештерде 2,5...3 сағаттай уақыт болады. Материал пеште орташа 0,5...3 м/мин жылдамдықпен қозғалады.
Материалдың пештегі уақыты пештің ұзындығының, диаметіріне, пештің көлбеулігіне (көлбеу бұрышы), айналу жиілігіне байланысты. Оны мына төмендегідей формуламен есептеп шығаруға да болады:
τ 
F (4.25)
Мұнда, L - пештің ұзындығы, м;
Ө - материалдың табиғи құлама бұрышы, ол әктас пен сазбалшық үшін 36 0 тең, сондықтан 
6;
Р - пештің көлбеу бұрышы, град;
D - пештің диаметрі, м;
n - пештің айналу жиілігі, айн/мин;
Ғ - кеңейген алапты көрсететін коэффициенті.
4.9.3 Газ бен материалдың температурасы. Жылу алмасу
Пештің алғашқы 40 м ұзындығында материалдың температурасы аз өзгереді, 100...150 оС аспайды, газдардың температурасы 800 ден 250 оС дейін төмендейді. Бүл жерде жылудың барлығы шикізат шламды кептіруге жұмсалады. Материал кептірілгесін оның температурасы тез жоғарылайды. Температура 900 оС жеткенде кальций карбонаты ыдырайды, бұл кезде температураның жоғарылауы тоқтайды. Келесі экзотермиялық реакциялар алабында материалдың температурасы тез арада 1200...1300 оС дейін жоғарылайды, ал 1400...1500 оС дейін температура баяу көтеріледі.
Пеште газдың ең жоғарғы температурасы 1700...1900 0С аралығында, материалдың ең жоғары температурасы 1450 0С. Құрғақ тәсілді пештерде газдардың температурасы жоғары болады. Материал мен газ температурасының арасындағы ең аз айырмашылық жентектелу алабында, қалған алаптарда бұл айырмашылық 400...500 0С тең. Сулы тәсілді пештерден шығатын түтінді газдардың температурасы 200...250 оС аспауы керек, болмаса жоғары температуралы газдармен жылу көп жоғалып, отынның үлестік шығыны жоғарылап кетеді.
Жылу алмасу . Жылу материал мен футеровкаға газ ағынынан сәуле тарату және конвекция әдістерімен беріледі. Футеровкадан алынған жылу материалға футеровканың ашық жерінде сәуле тарату арқылы, ал материал мен жабылған жерінде жылу өткізгіштік қасиеті арқылы беріледі. Материалға берілген жылудың мөлшері мен оның берілу жолдары пештің әр алабында әр түрлі. Жентектелу алабында газдың материалға берілетін жылудың 80...90 % сәуле тарату арқылы беріледі. Ал қалған кептіру, қыздыру, кальцийлену алаптарында материалға жылу конвекциямен беріледі. Сол үшін бүл алаптарда тиімділігі жылуалмастырғыштар орнатылу керек.
4.9.4 Сулы әдістің айналмалы пештерінің технологиялық алаптарында жүретін процестер
Сулы әдістің айналмалы пештерін В.Н.Юнг шартты түрде алты температуралық алапқа бөледі.
Сулы тәсілде айналмалы пешке ылғалдылығы 30...50 % шикізат шламы беріледі.
Бірінші алапты кептіру алабы деп атайды, ол пеш ұзындығының 1/3 бөлігін алады. Шикізат шлам шынжырларға жағылып тез арада кептіріледі. Бұл алапта шикізат шламнан бос және адсорбциялық су бөлініп, оның тұтқырлығы артып, түйірлене бастайды. Шикізат кептіріліп шынжырлардан бөлініп, оның бір бөлігі үйкеліп, шаңға айналады (шаң дегеніміз өлшемі 1 мм кем). Шынжырлар алабынан шығатын материалдын ылғалдылығы 8...10 % кем болмау керек. Өйткені кептірілген материал шынжырларға, футеровкаға, өзі-өзіне үйкеліп, шаңға айналып тұтінді газдармен қосылып пештен шығып кетеді. Материалдың ылғалдылығы төмен болса шынжырлар ыстыққа күйіп кетеді. Бұл алапта материалдың температурасы көп уақыт 70...80 оС аспайды, тек алаптың соңында 150...200 оС жетеді. Бүл температурада саздың иленгіштік қасиеттері жоғалып ірі бөлшектер майда гранулаға айналады. Материалдың 12...40 % шаңға айналады. Шынжырлар алабының соңында материалдың бетіне жоғары температуралы алаптардан түтінді газдармен алып келінген сілтілердің және сульфаттардың булары конденсацияланып, Nа2SО4, К2SО4, СаSО4, Са(ОН)2 және олардың қатты ерітінділерін түзеді.
Екінші – қыздыру алабы, оның ұзындығы кептіру алабының ұзындығындай. Материал 150...200-ден 800...850 ºС–қа дейін қызады. 450...500 оС-та саз-балшық минералдардың құрамындағы кристаллохимиялық суы жоғалып, химиялық өзгерістерге ұшырайды. Бүл алаптың соңында метакаолинит және бос тотықтар пайда болады. Байланысқан СаО мөлшері 0-ден 30 %, байланысқан SіО2 2...15 % жетеді (4.16–сурет).
| Байланысқан СаО, % Бос СаО, % Қыздырғандағы жоғалу, % | 
| Байланыс SіО2, % Ылғалдылық, % | 4.16–сурет. Айналмалы пештің ұзындығы бойынша материалдағы бос және байланысқан СаО, байланысқан SіО2 және судың мөлшерінің өзгеруі |
| Пештің ұзындығы, м | |||
Материалда бос СаО жоқ есебі, пайда болған СаО сол заман қышкыл тотықтар мен әрекеттесіп әр түрлі аралық қосылыстарға айналады. Кварц түйіршектерінің бетінде жұка қабатты жаңа қосылыстар пайда болады. Олардың құрамы CS, CA, C3S2, α-C5A3, C2MS2 тағы басқа минералдар. Қалдық кальциттің, α- кварцтың, α-тридимиттің түйіршектері, аморфты саз-балшық, натрий мен калийдің сульфаттары және карбонаттары, СаSО4 байқалады. 600 бен 850 оС температура аралығында топохимиялық реакциялардың жүруіне ынғайлы уақыт, себебі бұл кезде шикізат компоненттерде радикалды өзгерістер жүріп жатады. Шихтадағы сілтілер мен сульфаттар 500...600 оС аз мөлшерде (тамшы ретінде) тұрақсыз эвтектикалық балқыма пайда болуына алып келеді. Олар минералдар пайда болу реакцияларының катализаторлары болады. Шикізат гранулдардан су кеткесін олар тығыздалып, бөлшектердің бір-бірімен байланысы артып, беріктігі жоғарылайды. Өлшемі 5 мм төмен гранулдардың беріктігі ең жоғары болады. Гранулдардың жалпы беріктігі 0,8...4,0 МПа.
Шикізат құрамындағы органикалық қоспалар жанып кетеді. Карбонаттар диссоцияциясы басталады.
Үшінші - кальцийлеу алабы - пештің ұзындығының 20 % алады. Бұл алаптағы материалдың температурасы 850-ден 1100 ºС дейін жоғарылайды. Шикізат құрамындағы барлық кальций және магний карбонаттары толық ыдырайды. Материалда көп мөлшерде бос СаО пайда болады. Себебі СаСО3 ыдырау процесі СаО байланысу процесінен жылдам жүреді.
Кальций карбонаттың (СаСО3) тек қана 1 кг тотықтарға ыдырауы үшін 1780 кДж жылу керек. Сондықтан бұл алаптың термиялық кернеуі өте жоғары болып табылады.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 242; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!