Строительной воздушной известью

материала создаёт предпосылки к быстрому прониканию в него воды и энергичному их взаимодействию. Наиболее энергичным взаимодействием характеризуется известь, полученная обжигом известняка при температурах около 900оС. Обжиг при более высоких температурах приводит к дальнейшему росту кристаллов оксида кальция (до 3,5-10 мкм), уменьшению удельной поверхности, усадке материала и понижению скорости взаимодействия его с водой.

Обжиг при 1400оС и выше вызывает увеличение средней плотности, резкое уменьшение пористости и образование кристаллов оксида кальция и их конгломератов значительных размеров – 10-20 мкм и больше, что предопределяет замедленное их взаимодействие с водой, характерное для пережжённой извести.

Некоторые примеси в известняках, особенно железистые, способствуют быстрому росту кристаллов оксида кальция и образованию «пережога» и при температурах около 1300оС. Это вызывает необходимость обжигать сырьё с такими примесями при более низких температурах.

Пережог в извести вредно сказывается на качестве изготовляемых на ней растворов и изделий. Запоздалое гашение такой извести, протекающее обычно в уже схватившемся растворе или бетоне, вызывает механические напряжения и в ряде случаев разрушение материала. Поэтому наилучшей будет известь, обожжённая при минимальной температуре, обеспечивающей полное разложение углекислого кальция и экономию топлива.

Выбор температуры обжига известняка зависит и от наличия в нём примесей углекислого магния. В отличие от углекислого кальция MgCO3 при нагревании разлагается при более низкой температуре: начало около 400оС и полная диссоциация при 600-650оС. Реакционная же способность образующегося при этом MgO, как и СаО, с повышением температуры обжига значительно уменьшается. Уже при 1200-1300оС получается намертво обожжённый оксид магния – периклаз, который практически не обладает вяжущими свойствами и только при очень тонком измельчении начинает медленно взаимодействовать с водой. Достаточно активный оксид магния получается при обжиге доломитов и доломитизированных известняков при 850-950оС.

Известково-обжигательные печи.

Для обжига извести применяют печи различных типов: шахтные, вращающиеся и др. Используют также установки для обжига извести во взвешенном состоянии, в кипящем слое,

на специальных решётках и т. д.

Наибольшее распространение получили шахтные печи. Эти печи характеризуются непрерывностью действия, пониженным расходом топлива и электроэнергии, а также простотой в эксплуатации. Строительство их требует относительно небольших капиталовложений.

В зависимости от вида применяемого топлива и способа его сжигания различают шахтные печи, работающие на короткопламенном твёрдом топливе, вводимом обычно в печь вместе с обжигаемым материалом; так как известняк и кусковое топливо при этом загружают в шахту перемежающимися слоями, то иногда такой способ обжига называют пересыпным, а сами печи пересыпными; на любом твёрдом топливе, газифицируемом или сжигаемом в выносных топках, размещаемых непосредственно у печи; на жидком топливе; на газовом топливе, натуральном или искусственном.

Кроме того, применяют печи, в которых известняк обжигается за счёт сжигания короткопламенного топлива, вводимого в шахту вместе с сырьём, и одновременно длиннопламенного топлива, сжигаемого в выносных топках.

По степени обжига различают извести мягкообожжённые, среднеобожжённые и сильнообожжённые. Первые характеризуются отсутствием пережога и быстрой гасимостью. В сильнообожженных известях может присутствовать пережог, для них характерно замедленное гашение.

По характеру процессов, протекающих в шахтной печи, в ней различают три зоны по высоте: подогрева, обжига и охлаждения.

В зоне подогрева, к которой относят верхнюю часть печи с температурой печного пространства не выше 850оС, материал подсушивается и подогревается поднимающимися раскалёнными дымовыми газами. Здесь выгорают также органические примеси. Поднимающиеся газы, в свою очередь, благодаря теплообмену между ними и загруженным материалом охлаждаются и далее отводятся в верх печи.

Зона обжига размещается в средней части печи, где температура обжигаемого материала изменяется от 850 до 1200оС и затем до 900оС; здесь известняк разлагается, из него удаляется углекислый газ.

Зона охлаждения – нижняя часть печи. В этой зоне известь охлаждается от 900 до 50-100оС поступающим снизу воздухом, который далее поднимается в зону обжига.

Движение воздуха и газов в шахтных печах обеспечивается работой вентиляторов, нагнетающих в печь воздух и отсасывающих из неё дымовые газы. Противоточное движение обжигаемого материала и горячих газов в шахтной печи позволяет хорошо использовать теплоту отходящих газов на подогрев сырья, а теплоту обожжённого материала – на подогрев воздуха, идущего в зону обжига. Расход условного топлива в этих печах составляет примерно 13-16% массы обожжённой извести, или 3800-4700 кДж на 1 кг.

В шахтных пересыпных печах известь загрязняется золой и остатками несгоревшего топлива. Возможно также образование значительного количества пережога вследствие соприкосновения раскалённых кусков антрацита или кокса с обжигаемым известняком. Это особенно заметно при нарушении теплового режима и черезмерном форсировании печей за счёт высоких температур обжига.

Шахтные печи с выносными топками отличаются от пересыпных тем, что топливо в них не загружают непосредственно в шахту вместе с известняком, а сжигают в выносных топках, из которых раскалённые продукты горения поступают в печь и обжигают известняк. Выносные топки позволяют использовать для обжига извести любые виды твёрдого топлива, в том числе и длиннопламенные с большим содержанием летучих, а также получать известь, не засорённую зольными остатками, что является большим достоинством этих печей. Кроме того, для них характерен повышенный расход топлива на обжиг извести, достигающий в печах с топками полного сгорания 25%, а в печах с полугазовыми топками 18-20% массы продукта.

Печи, работающие на нефти, характеризуются тепловым коэффициентом полезного действия около 0,65 и уступают пересыпным печам, КПД которых достигает 0,85-0,88.

Применяются и газовые шахтные печи, в которых теплоноситель движется поперёк хода обжигаемого материала в вертикальной шахте. При этом шахта в плане имеет сильно вытянутое прямоугольное сечение с расстоянием между удлинёнными стенками 25-40 см. Через эти стенки на трёх-четырёх уровнях зоны обжига подаётся газообразное в смеси с воздухом. При обжиге мелкокускового известняка (3-5 см) суточный съём с 1 м3 полезного объёма печи может достигать 15-20 т.

Вращающиеся печи для обжига извести позволяют получать мягкообожжённую известь высокого качества из известняка и мягких карбонатных пород в виде мелких кусков. Вращающиеся печи допускают возможность полной механизации и автоматизации процесса обжига. В них можно применять все виды топлива – пылевидное, твёрдое, жидкое и газообразное.

Расход условного топлива во вращающихся печах значителен и достигает 25-30% массы извести, или 6700-8400 кДж на 1 кг. Недостатки вращающихся печей - большой расход металла на 1 т мощности, повышенные капиталовложения и значительный расход электроэнергии.

Для обжига извести применяют вращающиеся печи длиной 30-100 м, диаметром 2-4 м, с углом наклона 3-4о и частотой вращения 0,5-1,2 об/мин. Удельная суточная производительность их достигает 500-700 кг/м3 в расчёте на полный объём обжигательного барабана. С увеличением длины печей производительность их возрастает, а расход топлива снижается.

Для уменьшения расхода топлива на обжиг извести во вращающихся печах и для утилизации теплоты газов, выходящих из печей с температурой 750-800оС, применяют разные способы. В частности, за печами ставят нагреватели, в которые направляют предназначенный для обжига кусковой материал. Отсюда с температурой 500-800оС он поступает во вращающуюся печь, а из неё в холодильник. При таком способе работы печи расход теплоты на обжиг снижается до 4600-5030 кДж/кг извести.

Обжиг известняка в кипящем слое по технико-экономическим показателям характеризуется высоким съёмом и повышенным расходом топлива – 4600-5480 кДж на 1 кг извести. Расход топлива достигает 175 кг/т извести (5733 кДж/кг). Обжиг материала в условиях кипящего слоя высотой до 1-1,2 м длится 10-15 минут. Работа этих печей легко поддаётся полной автоматизации.

Применение в известковой промышленности установок для обжига карбонатных пород в кипящем слое позволяет рационально использовать большие количества мелких фракций сырья, образующихся обычно на карьерах, а также на заводах, оборудованных шахтными и даже вращающимися печами. Недостатком этих установок является повышенный расход топлива и электроэнергии.