Результат интеллектуальной деятельности: Способ обжига дисперсного известняка

Техническое решение относится к производству строительных материалов, а именно к способам обжига дисперсных известняков, и может быть использовано для производства извести.

Известен способ получения извести, осуществляемый обжигом в слое на спекательной (агломерационной) решетке (Г.Г. Орешкин, Н.Э. Плоткин, А.И. Рудков. Непрерывный обжиг извести для агломерационной шихты // Сталь, 1959, №3, с. 197-203). В процессе подготовки известняк фракции 0-10 мм смешивают с мелким коксом, шихту, полученную таким образом, укладывают на движущееся полотно спекательной решетки, и поджигают от специального устройства - зажигательного горна, в котором сжигают газ, реже мазут. Под воздействием разрежения, создаваемого под решеткой, зона обжига смещается от поверхности к полотну решетки. Обжиг извести происходит при контакте известняка с горящим коксом. К моменту схода продукта с полотна зона обжига достигает колосников. Иногда в данном способе для предохранения колосников решетки от расплавления используют «подстил» из измельченного продукта, слой которого разделяет колосники и шихту. Например, при обжиге цементного клинкера, отличающегося повышенной температурой процесса (Г.С. Вальберг. Получение цементного клинкера на агломерационной решетке. М.: Госстройиздат. 1957, с. 52), его продукты подвергают дроблению и рассеву, при котором выделяют часть продукта для использования в качестве «подстила».

Недостатком этой технологии является:

- обязательное использование для зажигания шихты исключительно газа или мазута;

- 2-5-кратные отличия в размерах кусков известняка в шихте, следствием чего является низкое качество извести;

- низкая тепловая мощность зажигания, всего 4% от общего расхода тепла на обжиг, которая обуславливает низкую температуру и краткость обжига поверхностных горизонтов, недостаточных для получения качественной извести, особенно из крупного известняка.

Кроме того, в данной технологии практически не используют пылевидную фракцию известняка, которая затрудняет просасывание газов сквозь слой шихты, заполняя пустоты между более крупными кусками известняка.

Также, в данном способе используется устройство, агломерационная (конвейерная) решетка с высокой часовой производительностью, измеряемой сотнями тонн продукта, которое неэффективно для малых и средних масштабов производства (до 10 т/ч).

Наиболее близким аналогом выбран способ получения извести и установка для его осуществления (патент RU 2287496, опубл. 20.11.2006 г., бюл. №32) путем обжига известняка фракции до 10 мм на колосниковой решетке. Известняк и твердое топливо перед обжигом разделяются по фракциям. Из определенных фракций известняка и топлива готовят смеси. Полученные смеси послойно размещаются на кварцевом подстилающем слое в специальных жаропрочных стаканах с перфорированным дном. Стаканы, в свою очередь, устанавливаются на колосниках двух обжиговых камер, которые герметично стыкуются с расположенными ниже вакуумными камерами установки и накрываются зажигательными горнами, которые устанавливаются на обжиговые камеры. Розжиг смеси производится запальными устройствами, которые используют в качестве топлива газ или нефтепродукты. Газы (в том числе и греющие) движутся через слой обжигаемого материала, горящего и не горящего твердого топлива, подстилающий слой кварцевого щебня, перфорированное дно стакана и колосник сверху вниз. В зоне интенсивного горения твердого топлива температура достигает 1400-1500°С. Атмосферный воздух, расходуемый на горение топлива, прежде чем попасть в горн обжиговой камеры, в которой ведется декарбонизация известняка, проходит снизу вверх через обжиговую камеру, в которой процесс обжига уже завершился, и охлаждает обожженную смесь. Стаканы с обожженной и охлажденной смесью извлекаются из обжиговых камер. Смесь подвергается грохочению с целью удаления из нее подстилочного кварцевого щебня.

Недостатками ближайшего аналога являются:

- сложность подготовки известняка и топлива к обжигу, а также необходимость использовать сразу несколько видов топлива;

- нет возможности обеспечить оптимальные режимы обжига известняка, вследствие чего в готовой извести всегда будет присутствовать "недожог" и "пережог", присутствие которого в строительной извести недопустимо;

- загрязнение извести золой сгоревшего твердого топлива;

- необходимость регулярной замены вследствие угара дорогостоящих стаканов, изготовленных из жаропрочных сплавов и вскрытия полостей обжиговых камер, что создает неблагоприятные условия для работы обслуживающего персонала;

- необходимость создания дополнительного участка по выделению из активной извести подстилочного кварцевого щебня, оснащенного соответствующим аспирационным оборудованием;

- необходимость включения в штат обслуживающего персонала вспомогательного рабочего, занятого низкоквалифицированным грязным трудом на подготовке смесей к обжигу и укладке их в стаканы, на загрузке стаканов в обжиговые камеры и на выгрузке стаканов из них, на выделении из обожженной смеси кварцевого щебня, используемого для подстила;

- низкая эффективность процесса грануляции, которая обуславливает значительные размеры используемых грануляторов, тарельчатых, барабанных, т.к. в них совмещено образование зародышей и собственно грануляция - послойное накатывание на поверхность зародышей шихты. Количество шихты, накатываемой на поверхность зародыша за один цикл (один оборот тарелки или барабана гранулятора) пропорционально поверхности гранулы, которая квадратично зависит от ее диаметра. Поэтому образование зародышей и их укрупнение до размера 4-8 мм считается стадией, ограничивающей производительность грануляции.

Задачей технического решения является повышение качества получаемой извести, снижение загрязняющих выбросов в атмосферу в процессе обжига гранул.

Поставленная задача решается тем, что способе производства извести, включающем гомогенизацию смеси сырьевых компонентов, содержащих мелкодисперсный известняк, гранулирование смеси сырьевых компонентов, их обжиг и декарбонизацию гранул, особенность состоит в том, что гранулирование смеси сырьевых компонентов, включающей гашеную кальциевую известь мас.%: - 2-4; мелкодисперсный известняк - 89-91; вода - 7, осуществляют прессованием в гидравлических прессах с получением гранул-цилиндров высотой и диаметром 20 мм, загружают гранулы в камеру карбонизации и подают в него отходящие газы известково-обжиговой печи, содержащие не менее 20% СО₂, проводят искусственную карбонизацию гранул и их обжиг до температуры декарбонизации известняка 950-1100°С. Техническим результатом изобретения является полное использование пылевидной фракции известняка, улучшение экологической ситуации территорий со значительным скоплением мелкодисперсных отходов переработки известняков.

Признаками изобретения, которые совпадают с признаками ближайшего аналога, являются наличие в способе производства извести приготовления сырьевой смеси, гранулирование сырьевой смеси, последующий обжиг полученных гранул.

Отличительными признаками технического решения являются: гранулирование смеси сырьевых компонентов, включающей гашеную кальциевую известь мас.%: - 2-4; мелкодисперсный известняк - 89-91; вода - 7, осуществляют прессованием в гидравлических прессах с получением гранул-цилиндров высотой и диаметром 20 мм, загружают гранулы в камеру карбонизации и подают в него отходящие газы известково-обжиговой печи, содержащие не менее 20% СО₂, проводят искусственную карбонизацию гранул и их обжиг до температуры декарбонизации известняка 950-1100°С.

Между совокупностью существенных признаков изобретения и техническим результатом существует причинно-следственная связь.

Техническое решение включает смесь, одним из компонентов которой является гашеная кальциевая известь в количестве 2-4%. Это позволяет достичь значительной сырцовой прочности прессованных гранул (до 4 МПа). Также известь будет являться вяжущим веществом, которое в процессе обработки гранул во вращающемся барабане отходящими печными газами, содержащими СО₂, будет переходить в карбонат кальция - продукт искусственной карбонизации гашеной извести, обеспечивающий необходимые физико-механические характеристики прессованных гранул. Реакция карбонизации, направленная на химическое связывание CO₂ с гашеной известью, позволит также снизить концентрацию углекислого газа в общем объеме отходящих печных газов. При этом помимо карбонизации, например, во вращающемся барабане, будет происходить и дополнительный подогрев гранул перед обжигом, что позволит направлять гранулы непосредственно в зону обжига и в известной степени, такой прием будет способствовать получению мелкокристаллической структуры извести, а следовательно, повышению ее активности (качества). Также будет снижаться расход газа на обжиг гранул в печи.

Способ осуществляется следующим образом. Приготовленную сырьевую смесь на основе гашенной кальциевой извести, мелкодисперсного известняка и воды при следующем соотношении компонентов в сухом состоянии мас.%: гашеная кальциевая известь - 2-4; мелкодисперсный известняк - 89-91; вода - 7, прессуют в гидравлических прессах в виде гранул-цилиндров. Подготовленные гранулы направляют в камеру карбонизации, например вращающийся барабан, куда в свою очередь подают отходящие печные газы, содержащие СО₂, где происходит реакция карбонизации и последующий подогрев гранул. Далее карбонизированные гранулы направляют в печь для их обжига, где они нагреваются до температуры декарбонизации известняка 950-1100°С, а потом охлаждаются. Обжиг карбонизированных гранул в печи ведется при температуре 950-1100°С. Температура ниже 950°С является недостаточной для полного разложения карбоната кальция, вследствие чего получается известь с низкой активностью, при температуре обжига более 1100°С происходит процесс спекания оксидов кальция и магния, их увеличение в размерах. В результате такая известь будет медленно гаситься в воде, что может привести к разрушению готовых изделий.

В результате реализации предложенного способа производства извести получают на первом этапе прессованные гранулы из смеси мелкодисперсного известняка и гашенной извести с начальной сырцовой прочностью до 4 МПа и конечной прочностью после искусственной карбонизации до 33 МПа, что сопоставимо или превышает прочность природных известняков (например, нуммулитовый 4-34 МПа, мраморовидный 34-180 МПа). Таким образом, в процессе обжига прессованных гранул они не будут разрушаться в процессе вращения печи. На втором этапе карбонизированные и подогретые гранулы направляют в зону обжига вращающейся печи, где они нагреваются до температуры декарбонизации известняка, а потом охлаждаются.

Примеры.

Пример 1. Соотношение компонентов в составе по сухому веществу, мас.%: гашеная кальциевая известь - 1; мелкодисперсный известняк - 92; вода - 7. Давление прессования сырьевой смеси 35 МПа. Физико-механические характеристики полученных гранул: начальная сырцовая прочность при сжатии - 1,2 МПа; прочность при сжатии после карбонизации - 7,5 МПа. При количестве гашеной извести в сырьевой смеси менее 2%, полученные гранулы имеют незначительную сырцовую прочность, вследствие чего возможно разрушение части гранул при их перемещении.

Пример 2. Соотношение компонентов в составе по сухому веществу, мас.%: гашеная кальциевая известь - 2; мелкодисперсный известняк - 91; вода - 7. Давление прессования сырьевой смеси 35 МПа. Физико-механические характеристики полученных гранул: начальная сырцовая прочность при сжатии - 1,7 МПа; прочность при сжатии после карбонизации - 10,3 МПа.

Пример 3. Соотношение компонентов в составе по сухому веществу, мас.%: гашеная кальциевая известь - 3; мелкодисперсный известняк - 90; вода - 7. Давление прессования сырьевой смеси 35 МПа. Физико-механические характеристики полученных гранул: начальная сырцовая прочность при сжатии - 2,5 МПа; прочность при сжатии после карбонизации - 17,5 МПа.

Пример 4. Соотношение компонентов в составе по сухому веществу, мас.%: гашеная кальциевая известь - 4; мелкодисперсный известняк - 89; вода - 7. Давление прессования сырьевой смеси 35 МПа. Физико-механические характеристики полученных гранул: начальная сырцовая прочность при сжатии - 3,7 МПа; прочность при сжатии после карбонизации - 26,5 МПа.

Пример 5. Соотношение компонентов в составе по сухому веществу, мас.%: гашеная кальциевая известь - 5; мелкодисперсный известняк - 88; вода - 7. Давление прессования сырьевой смеси 35 МПа. Физико-механические характеристики полученных гранул: начальная сырцовая прочность при сжатии - 4,0 МПа; прочность при сжатии после карбонизации - 33,0 МПа. Содержание гашеной извести в сырьевой смеси более 4% не требуется, так как необходимые физико-механические характеристики гранул достигаются при ее содержании 2-4%, следовательно, при большем ее содержании происходит перерасход вяжущего.

Заявленное решение обеспечивает полное использование пылевидной фракции известняка, улучшение экологической ситуации территорий со значительным скоплением мелкодисперсных отходов переработки известняков, а также позволяет обеспечить оптимальные режимы обжига известняка и повысить эффективность процесса грануляции.