Расчет и проектирование вращающейся печи для производства керамзитового гравия

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА на тему: 

«РАСЧЁТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПЕЧИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМЗИТОВОГО ГРАВИЯ» 
 
 
 
 
 

Выполнил:

Проверил:  
 
 
 
 

СОДЕРЖАНИЕ:

Содержание……………………………………………………………………..2

1. Введение……………………………………………………………………...3

1.1.Сырьё………………………………………………………………………..4

1.2.Номенклатура……………………………………………………………….6

1.3.Требования  к прочности керамзитового гравия………………………….7

1.4.Однородность……………………………………………………………...11

1.5.Обогащение………………………………………………………………..12

1.6.Описание  технологического процесса…………………………………..13

2.Теоретическая  часть………………………………………………………...21

2.1.Процессы,происходящие  при обжиге…………………………………...21

2.2.Зоны, существующие в печи……………………………………………..23

3.Конструктивная  часть………………………………………………………26

3.1.Устройство  и принцип действия вращающейся  печи………………….26

3.2.Устройство  и принцип действия привода  печи…………………………30

4.Расчётная  часть……………………………………………………………...32

4.1.Методика  составления теплового балланса  вращающейся печи………32

4.2.Расчёт  теплового балланса вращающейся  печи………………………...33

Список  использованной литературы………………………………………...47 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.ВВЕДЕНИЕ

Керамзит представляет собой легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия, получаемый при обжиге легкоплавких глинистых пород, способных всучиваться при быстром нагревании их до температуры 1050 – 1300 С в течение 25–45 мин. Качество керамзитового гравия характеризуется размером его зерен, объемным весом и прочностью. В зависимости от размера зерен керамзитовый гравий делят на следующие фракции: 5 – 10, 10 – 20 и 20 – 40. В зависимости от объемного насыпного веса (в кг/м³) гравий делят на марки от 150 до 800. Водопоглощение керамзитового гравия 8–20 %, морозостойкость должна быть не менее 25 циклов.

Керамзит применяют в качестве пористого заполнителя для легких бетонов, а также в качестве теплоизоляционного материала в виде засыпок.

  Керамзитовый гравий — частицы округлой формы с оплавленной поверхностью и порами внутри. Керамзит получают главным образом в виде керамзитового гравия. Зерна его имеют округлую форму. Структура пористая, ячеистая. На поверхности его часто имеется более плотная корочка. Цвет керамзитового гравия обычно темно-бурый, в изломе — почти черный. Его получают вспучиванием при обжиге легкоплавких глин во вращающих печах. Такой гравий с размерами зерен 5 – 40 мм морозоустойчив, огнестоек, не впитывает воду и не содержит вредных для цемента примесей. Керамзитовый гравий используют в качестве заполнителя при изготовлении легкобетонных конструкций.

Некоторые глины при обжиге вспучиваются. Например, при производстве глиняного кирпича  один из видов брака— пережог — иногда сопровождается вспучиванием. Это явление использовано для получения из глин пористого материала — керамзита.

Вспучивание глины при обжиге связано с  двумя процессами: газовыделением и переходом глины в пиропластическое состояние.

Источниками газовыделения являются реакции  восстановления окислов железа при их взаимодействии с органическими примесями, окисления этих примесей, дегидратации гидрослюд и других водосодержащих глинистых минералов, диссоциации карбонатов и т. д. В пиропластическое состояние глины переходят, когда при высокой температуре в них образуется жидкая фаза (расплав), в результате чего глина размягчается, приобретает способность к пластической деформации, в то же время становится газонепроницаемой и вспучивается выделяющимися газами.

1.1.Сырье

Сырьем  для производства керамзита служат глинистые породы, относящиеся в  основном к осадочным горным. Некоторые   камнеподобные   глинистые породы — глинистые сланцы, аргиллиты  — относятся к метаморфическим.

Глинистые породы отличаются сложностью минералогического  состава и, кроме глинистых минералов (каолинита, монтмориллонита, гидрослюды и др.) содержат кварц, полевые шпаты, карбонаты, железистые, органические принеси.

Глинистые минералы слагают глинистое вещество — наиболее дисперсную часть глинистых  пород (частицы мельче 0,005 мм). Собственно глинами называют глинистые породы, содержащие более 30% глинистого вещества.

Для производства керамзита наиболее пригодны монт-мориллонитовые и гидрослюдистые глины, содержащие не более 30% кварца. Общее содержание SiO₂ должно быть не более 70%, А1₂О₃ — не менее 12% (желательно около 120%), Fe₂O₃ + FeO — до 10%, органических примесей -1-2%.

Пригодность того или иного глинистого сырья  для производства керамзита устанавливают  специальным исследованием его  свойств. Важнейшее из требований к  сырью -вспучивание при обжиге.

Вспучиваемость  характеризуется коэффициентом вспучивания

где V_К — объем вспученной гранулы керамзита;

      Vc — объем сухой сырцовой гранулы  до обжига.

Второе  требование к сырью (в значительной степени связанное с первым) — легкоплавкость. Температура обжига должна быть не выше 1250°С, и при этом переход значительной части наиболее мелких глинистых частиц в расплав должен обеспечить достаточное размягчение и вязкость массы. Иначе образующиеся при обжиге глины газы, не удерживаемые массой, свободно выйдут, не вспучив материал.

Третье  из важнейших требований — необходимый интервал вспучивания. Так называют разницу между предельно возможной температурой обжига и температурой начала вспучивания данного сырья. За температуру начала вспучивания принимают ту температуру, при которой уже получается керамзит с плотностью гранулы 0,95 г/см³. Предельно возможной температурой обжига считается температура начала оплавления поверхности гранул.

Для расширения температурного интервала вспучивания используют такой прием, как опудривание сырцовых глиняных гранул порошком огнеупорной глины, что позволяет повысить температуру обжига и при этом избежать оплавления гранул.

1.2.Номенклатура

В ГОСТ 9759—76 предусматриваются следующие  фракции керамзитового гравия по крупности зерен: 5—10, 10— 20 и 20—40 мм. В каждой фракции допускается до 5% более мелких и до 5% более крупных зерен по сравнению с номинальными размерами. Из-за невысокой эффективности грохочения материала в барабанных грохотах трудно добиться разделения керамзита на фракции в пределах установленных допусков.

По  насыпной плотности керамзитовый гравий подразделяется на 10 марок: от 250 до 800, причем к марке 250 относится керамзитовый гравий с насыпной плотностью до 250 кг/м³, к марке 300 — до 300 кг/м³ и т. д. Насыпную плотность определяют по фракциям в мерных сосудах. Чем крупнее фракция керамзитового гравия, тем, как правило, меньше насыпная плотность, поскольку крупные фракции содержат наиболее вспученные гранулы.

Для каждой марки по насыпной плотности стандарт устанавливает требования к прочности  керамзитового гравия при сдавливании в цилиндре и соответствующие им марки по прочности (табл.). Маркировка по прочности позволяет сразу наметить область рационального применения того или иного керамзита в бетонах соответствующих марок. Более точные данные получают при испытании заполнителя в бетоне. 
 
 
 
 
 
 

1.3.Требования  к прочности керамзитового  гравия 

Прочность пористого заполнителя - важный показатель его качества. Стандартизована лишь одна методика определения прочности пористых заполнителей вне бетона — сдавливанием зерен в цилиндре стальным пуансоном на заданную глубину. Фиксируемая при этом величина напряжения принимается за условную прочность заполнителя. Эта методика имеет принципиальные недостатки, главный из которых — зависимость показателя прочности от формы зерен и пустотности смеси. Это настолько искажает действительную прочность заполнителя, что лишает возможности сравнивать между собой различные пористые заполнители и даже заполнители одного вида, но разных заводов. Методика определения прочности керамзитового гравия основана на испытании одноосным сжатием на прессе отдельных гранул керамзита. Предварительно гранулу стачивают с двух сторон для получения параллельных опорных плоскостей. При этом она приобретает вид бочонка высотой 0,6—0,7 диаметра. Чем больше количество испытанных гранул, тем точнее характеристика средней прочности. Чтобы получить более или менее надежную характеристику средней прочности керамзита, достаточно десятка гранул.

Испытание керамзитового гравия в цилиндре дает лишь условную относительную характеристику его прочности, причем сильно заниженную. Установлено, что действительная прочность керамзита, определенная при испытании в бетоне, в 4-5 раз превышает стандартную характеристику. К такому же выводу на основе опытных данных пришли В. Г. Довжик, В. А. Дорф, М. 3. Вайнштейн и другие исследователи.

Стандартная методика предусматривает свободную  засыпку керамзитового гравия в  цилиндр и затем сдавливание его с уменьшением первоначального объема на 20%. Под действием нагрузки прежде всего происходит уплотнение гравия за счет некоторого смещения зерен и их более компактной укладки. Основываясь на опытных данных, можно полагать, что за счет более плотной укладки керамзитового гравия достигается уменьшение объема свободной засыпки в среднем на 7%. Следовательно, остальные 13% уменьшения объема приходятся на смятие зерен (рис.1).Если первоначальная высота зерна D, то после смятия она уменьшается на 13%.

 Рис. 1. Схема сдавливания зерен керамзита при испытании              

 Рис.2. Схема укладки зерен керамзита