Эффективное использование ресурсов при производстве аглопорита

Введение. В целях обеспечения максимально эффективного и рационального использования природных, топливно-энергетических, материальных и трудовых ресурсов, совершенствования системы организации производства за счет оптимизации затрат, внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий и техники 2013 год в Беларуси объявлен Годом бережливости.

Одним из направлений рационального использования твердых горючих ископаемых является комплексная их переработка, в результате которой наиболее полно извлекаются входящие в них органические и минеральные компоненты. На этой основе производится несколько видов продукции различного качества и назначения, что равнозначно расширению сырьевой базы промышленности, увеличению ассортимента и улучшению показателей работы предприятий по переработке.

К таким технологиям можно отнести производство аглопорита из глинистого сырья с использованием различных отходов промышленности, особенно топливосо-держащих (топливные шлаки, золы, отходы добычи сланцев, угля). Эффективным является использование отходов обогащения угля методами термического обогащения в системе вихревых камер либо термобрикетирования на штемпельных прессах без применения связующих материалов, в результате чего получается малодымный продукт.

Перспективным направлением в развитии технологии производства искусственного заполнителя - аглопорита является применение торфа в качестве отощающей и выгорающей добавки к сырью при производстве аглопоритового щебня и гравия.

Исследование процессов получения аглопоритового щебня и песка с использованием фрезерного торфа.В настоящее время в Республике Беларусь наблюдается развитие исследований по экономии технологического топлива и замене дефицитных и дорогостоящих импортных на местные виды, такие как различные виды торфа, сапропель, отходы торфобрикетного производства, которые имеют высокую теплоту сгорания и содержат значительное количество органических веществ.

При использовании силикатного сырья или утилизации вскрышных пород в агломерации замена импортных видов топлива на местные являются актуальной проблемой, а использование топлива с низкой теплотворной способностью требует разработки новых способов по обогащению, усреднению и определению оптимальных сырьевых составов с целью более эффективного их сжигания в агломерируемом слое шихты.

Работа действующих аглопоритовых предприятий, которые используют в качестве технологического топлива низкосортные угли, позволяет рекомендовать проведение исследований по разработке технологических параметров производства агло-порита при замене угля и древесных опилок на местные виды топлива (фрезерный торф - топливный, для компостирования, топливные дробленные брикеты, сапропель и др.).

Опыт показывает, что неудачное конструктивное решение или неправильный режим охлаждения шихты приводят к низкому качеству полученного спекшегося прочного пористого конгломерата. Особое значение приобретает теплофизическое обоснование рациональных режимов охлаждения. В связи с этим актуальной задачей является исследование распределения поля температур внутри шихты в зависимости от различных скоростей движения ленты агломерационной машины, а следовательно, от времени охлаждения.

Математическая модель процессов охлаждения с движущейся лентой в общем случае должна содержать сопряженные системы уравнений, описывающие различные физические процессы: затвердевание шихты; оплавление поверхности; перераспределение примесей, газов и др. Недостаточная изученность ряда физических явлений, сложность системы дифференциальных уравнений вынуждают упростить математическую формулировку задачи, описывающую охлаждение шихты.

В последнее время наблюдается тенденция изучения динамики затвердевания с помощью численных методов решения краевых задач для уравнения теплопроводности. Этот подход связан со значительными затратами времени на составление и отладку программ. Однако во многих случаях реальных теплотехнологических процессов не требуется та высокая степень точности, которую дают аналитические либо численные методы моделирования. В таких случаях можно воспользоваться упрощенными, так называемыми инженерными способами расчетов, позволяющими проектировщику или технологу с достаточной для практических целей степенью точности определить технологически важные параметры процесса.

Процесс спекания шихты в производстве аглопорита с применением агломерационной машины делится на 4 этапа:

• Испарение гигроскопической влаги при температурах до 100°С.
• Подогрев слоя шихты при температуре от 100 до 800°С (в этот период происходит дегидратация глинистых минералов и гидроокислов железа).
• Воспламенение топлива, находящегося в шихте (в этот период при температуре 800-1600°С железные окислы восстанавливаются до закисного состояния и способствуют образованию жидкой фазы, происходит спекание зерен внутри отдельных частиц и контактное спекание их между собой, в результате сыпучий слой превращается в спекшийся пористый конгломерат).
• Охлаждение конгломерата (в этот период завершаются процессы кристаллизации магнетита и а кристобалита, а кварц переходит в в кварц, при этом кристаллическими фазами являются: кварц, полевой шпат, кристобалит и муллит).

Результаты исследования. Предложенная технология реализована на ОАО «Минский завод стройматериалов». Полузаводские технологические испытания проводились на двух составах сырья с целью получения сравнительных данных по качественным показателям продукции и технологическим параметрам спекания шихты.

В качестве технологического топлива использовались уголь АШ, фрезерный торф и древесные опилки. Исходная влажность фрезерного торфа низинного типа составила 48%, зольность 12%, влажность опилок - 10%. В состав шихты входило сырье месторождения «Фаниполь», характеристика которого приведена в табл.1.

По результатам предварительных исследований определен оптимальный состав шихты (табл. 2).

Следует отметить, что оптимальная влажность сырьевой смеси зависит от вида применяемого торфа. Высота укладываемого слоя для шихты с применением торфа не превышает 310 мм, что сказывается на скорости ее спекания. Разрежение при агломерации составляет 0,02 МПа.

Температура зажигания шихты 1000-1100°С. Расход газа при этом не увеличивается. Вертикальная скорость спекания шихты составляет 4-6 мм/мин. Съем продукции по составам шихты - 180-210 кг/м² с учетом выхода недожога.

Аглопоритовый щебень и песок с применением фрезерного торфа и древесных опилок по показателям прочности и плотности соответствовал требованиям стандарта, согласно которому по показателям насыпной плотности аглопоритовый щебень и песок относят: фракция 20-40 мм и 10-20 мм к марке 600; фракция 5-10 мм к марке 700; фракция менее 5 мм к маркам 1000-1100. По показателям прочности аглопоритовый щебень относится: фракция 20-40 мм и 10-20 мм к марке 75; фракция 5-10 мм к марке 200-250.

Полученный аглопоритовый щебень и песок практически по всем качественным показателям близки показателям продукции с использованием обычной шихты. Представляет также практический интерес использование в технологии увеличения крупности частиц (фракционного состава) торфа до 10 мм с целью повышения его массы, что вызовет повышение температуры в спекаемом слое, изменение режимов полукоксования торфа и параметров агломерационного процесса, в частности выхода недожога.

Анализ проведенных исследований показывает, что по мере уменьшения крупности топливных частиц повышается восстановительный потенциал продуктов горения и снижается высота окислительной зоны, что связано с уменьшением степени использования углерода, а также с увеличением абсолютной температуры в зоне горения, что приводит к снижению температурного уровня процесса. Следует отметить, что степень углефикации топлива влияет на возможную скорость спекания шихты, от чего зависит на скорость горения топлива.