с. П. ОНАЦКИЙ
ПРОИЗВОДСТВО КЕРАМЗИТА
2-е переработанное и дополненное издание
ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛИТЕРАТУРЫ
ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ
Могквя —1 47 1
В книге изложены основы технологии керам-
зита по производственным переделам: добыча
сырья, его переработка и приготовление грану-
лированного сырца, сушка, обжиг, охлаждение
л сортировка керамзита. Отдельно рассмотрены
и проанализированы физико-химические и произ-
водственные факторы получения керамзита. Крат-
ко даны требования к керамзитовому сырью
и освещены различные взгляды на вспучивание
глин. Описаны некоторые действующие керамзи-
товые предприятия и приведены основные дан-
ные по типовым проектам керамзитовых заводов
В книгу включен материал по анализу технико-
экономической эффективности производства ке-
рамзита и даиы рекомендации, вытекающие из
опыта его освоения. Изложены перспективные ме-
тоды приготовления керамзита и описал зарубеж-
ный опыт его производства.
Книга рассчитана иа инженерно-технических
работников керамзитовых предприятий, а также
на проектировщиков и научных работников.
ВВЕДЕНИЕ
краткий исторический обзор
Вспучивание глин при обжиге известно с незапамятных вре-
мен. Самопроизвольное вспучивание нередко наблюдается в ке-
рамическом производстве при образовании пузырей, вздутий
и других пороков изделий.
Первые опыты искусственного вспучивания глин для полу-
чения легких строительных материалов были начаты в России
еще в начале 20-го века мастером-самоучкой Ф. Ф. Собесским.
В 1913—1918 гг. в США были проведены опыты по получе-
нию из вспученных глин и сланцев искусственных пористых за-
полнителей для легких бетонов. Промышленное производство
таких заполнителей под названием «хайдит» (по имени изобре-
тателя Н. Hayde, патент США № 1255878) было начато
в 1918 г. одновременно в круглых горных периодического дейст-
вия, туннельных и вращающихся печах.
В СССР систематические нсследования по получению строи-
тельных материалов нз глинистых пород, вспученных при об-
жиге, начаты в 1928 г. Е. В. Костырко и П. А. Пшеиицыным,
а сам вспученный Материал по предложению Г. Б. Красина на-
зван керамзитом.
Разработкой проблемы получения керамзита занимались
многие исследователи, высказывавшие различные предположе-
ния о физико-химической сущности процесса вспучивания глин.
В 1936—1938 гг. по предложениям Е. В. Костырко.
П. А. Пшеницына, Н. А. Попова, Г. Л. Лагунова, Б. Н. Кауф-
мана, В. С. Вдовьевой и других исследователей в с. Воронцово
близ Москвы ЦНИЛ Наркомлегпрома была запроектирована и
построена опытная установка по получению керамзитового щеб-
ня путем обжига со вспучиванием насадки глиняного кирпича
в туннельной печи.
В процессе пуско-наладочных работ выявилась техническая
неприспособленность и экономическая нецелесообразность при-
менения туннельной печи для получения керамзита, и на ее
месте Управлением строительства Дворца Советов была уста-
новлена вращающаяся печь с выносной полугазовой топкой для
сжигания твердого топлива за пределами рабочего объема пе-
чи. Однако из-за невозможности создать требуемую зону поро-
образования материала в печн с полугазовой топкой, пламя ко-
торой лишь зализывало на 10—50 см горячий конец печи без
образования высокотемпературного очага, необходимого для
вспучивания глин, длительная попытка отработать технологию
получения керамзита на Воронцовской установке успехом не
увенчалась и опыты были прекращены.
Между тем широкое развитие в СССР индустриальных ме-
тодов строительства потребовало срочного решения проблемы
массового производства эффективных легких материалов типа
керамзита для сборного легкобетонного домостроения.
В 1946—1957 гг. в Институте строительной техники Академии
архитектуры СССР (С. П. Онацкий с сотрудниками) на основе
исследований физико-химических процессов и технологических
параметров получения керамзита разработана и проверена в
опытно-промышленных условиях Ленинградского опытного за-
вода Гипроцемента заводская технология производства керам-
зита по пластическому, сухому н шликерному способам. При
этом было выявлено и исследовано более 40 месторождений ти-
пичного керамзитового сырья различных районов страны, в том
числе хорошо вспучивающиеся парсуковские (лобатусовые) гли-
ны Московской и Тульской областей, юрскне, хвалынские и май-
копские глины Поволжья, приневские и кембрийские глины
Ленинградской области и слабо вспучивающиеся суглинки (ти-
па бескудниковских) с разработкой конкретной технологии про-
изводства керамзита на их базе для постройки первых в стране
керамзитовых предприятий в Москве, Волжском, Ленинграде,
Волгограде и Среднем Поволжье.
Из выпущенного керамзитового гравия и керамзитового пес-
ка округлой формы с объемным насыпным весом в пределах
250—800 кг/м3 был получен и исследован высокоэффективный
керамзитобетон с широким диапазоном строительно-технических
свойств с объемным весом от 400 до 1800 кг/м3 и пределом проч-
ности при сжатии от 15—50 до 500 кГ/см2, пригодный для тепло-
изоляции и применения в стеновых и высокопрочных конструк-
циях.
В 1950—1957 гг. по предложениям и при участии Института
строительной техники АА СССР, Главмоспромстройматериала-
ми, Гипростройиндустрней, Волгоградгидростроем, Главстроем,
Гидропроектом н Оргэнергостроем были запроектированы, по-
стоены и введены в эксплуатацию первые керамзитовые цехи и
заводы в гг. Москве и Волжском.
В этот же период в Институте строительной техники АА
СССР были разработаны технические задания на проектирова-
ние специального оборудования (вращающихся печей размером
2,5x40 м, дырчатых вальцов, резательных аппаратов и т. п.) и
первых типовых проектов цехов по производству керамзита про-
изводительностью 50, 100 и 200 тыс. м3 в год, выполненных ин-
ститутами Южгипроцсмент, Гипростройиндустрня и Гипро-
стройматериалы.
4
В 1958—1969 гг. в результате творческих разработок назван-
ных организаций, а также ВНИИСтрома, Гипрострома, НИИКе-
рамзита, НИИСМИ УССР, НИИСМИ БССР, Волжского филиала
Оргэнергострой, НИИСтроммаш, Мосгипростройиндустрия, Ки-
евского и Куйбышевского облисполкомов, строительных органи-
заций министерств строительства и многих других коллективов,
с учетом опыта уже действовавших керамзитовых предприятий,
было запроектировано, построено и освоено около 150 керамзи-
товых заводов, цехов и установок общей мощностью более
12 млн. м3 в год. Тем самым в Советском Союзе в короткие
сроки создана новая прогрессивная отрасль строительной ин-
дустрии — промышленность керамзита — и наша страна по
объему производства керамзита вышла на первое место в мире.
Важное значение для организации массового производства
и широкого внедрения керамзита в практику легкобетонного
строительства имели труды доктора технических наук профес-
сора Г. Ф. Кузнецова (и его школы) по применению легких бе-
тонов в крупнопанельном строительстве.
Основанием для разработки теоретических и технологиче-
ских проблем керамзита послужили фундаментальные труды
П. П. Будникова, А. А. Байкова, Д. С. Белянкина, М. А. Пав-
лова, В. Н. Юнга, Д. Н. Полубояринова, И. Ф. Пономарева,
А. И. Августинина, А. С. Бережного, О. К. Ботвинкина,
П. И. Боженова, А. В. Волженского, В. А. Воробьева, Г. В. Ку-
колева, Я. И. Френкеля и др.
Основополагающие работы в области легких бетонов прове-
дены Н. А. Поповым, Б. Г. Скрамтаевым, М. 3. Симоновым и их
сотрудниками.
Большой вклад в разработку теоретических основ и практики
приготовления обычного и высокопрочного керамзитобетона в
различных конструкциях и сооружениях сделали А. И. Ваганов,
И. Г. Иванов-Дятлов, Н. А. Корнев, В. М. Москвин, Н. Я. Спи-
вак, С. Е. Фрайфельд. А. Б. Ашрабов, И. Г. Сарапин, Г. А. Бу-
жевич и др.
Неизмеримо возросло за последние годы и число научных
исследований в области керамзита. Небольшой отряд энтузиа-
стов вырос в большой коллектив, с каждым годом пополняю-
щийся все новыми именами исследователей, работающих над
разрешением многочисленных проблем промышленности керам-
зита.
Помимо научных и проектно-конструкторских подразделе-
ний, организованных почти во всех республиках Союза, для
координации и развития научно-экспериментальных работ в об-
ласти керамзита в 1963 г. создан специализированный инсти-
тут — НИИКерамзит.
Значительные исследования по теории и технологии произ-
водства керамзита выполнили: К. Н. Азаров, М. Н. Безбородов,
Л. М. Блюмен, А. В. Жуков, Г. И. Книгина, В. В. Ланин,
5
Р Л. Певзнер, О. П. Мчедлов-Петросян. И. Я. Слободяник.
В. С. Фадеева. Б. Н. Виноградов. Н. Н. Володина, И. А. Гер-
впде, В. С. Горшков, В. В. Еременко, Е. М. Каленов, М. Д. Лит-
виненко. Н. С. Мануйлова, В. Ф. Павлов, Г. А. Петрихина.
Л. К. Петров, И. Я. Пивень, А. И. Полннковская, С. М. Сухано-
ва, М. П. Роговой, II. Р. Расулов. Я. Н. Черняк. П. Н. Фразе.
А. В Шлыков и многие другие.
Только за последние 10 лет опубликовано свыше 300 работ
по важнейшим проблемам производства керамзита и керамзи-
тобетона.
ТЕРМИНОЛОГИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ
Вспучивание глин при быстром обжиге в определенных ус-
ловиях является их важнейшим физико-химическим свойством.
В результате вспучивания получается легкий поризованнын ма-
териал с мелкоячеистой структурой, обладающий малым объем-
ным весом при значительной прочности и высокими теплоза-
щитными свойствами.
В отличие от плотных, пористых и пустотелых керамических
материалов и изделий, вырабатываемых из глин, вспученный
при обжиге глинистых пород материал ячеистого строения по-
лучил название керамзит. С тех пор это название прочно ут-
вердилось не только в СССР, но и в некоторых зарубежных
странах. Достоинство такого определения состоит в подчеркну-
той родственности керамзита с керамикой и стеклом и научны-
ми их основами. Оно учитывает не переменные признаки, како-
выми являются, например, методы производства и область при-
менения, а постоянно действующие факторы: природу исходного
сырья, физико-химический процесс образования и свойства про-
дукта. что создает широкий простор для дальнейших творче-
ских исканий п освоения все новых более прогрессивных мето-
дов прон’водства и расширения областей применения.
Следует прн этом особенно подчеркнуть, что термин керам-
зит обозначает не какой-либо вид готового материала или изде-
лия. а вспученную при обжиге глинистых пород массу ячеисто-
го строения Название же готовых видов материала образуется
по общепринятому в технике словосочетанию материал гото-
вый продукт. Например, стальная проволока, стальной рельс
и т. д. или в рассматриваемом случае: керамзитовый гравий,
керамзитовый песок, керамзитовый блок, керамзитовый ще-
бень и т. д.
Длительный опыт освоения керамзита показал, что методы
его получения, так же. впрочем, как и любого материала или
изделия, а также области использования его технических
свойств могут быть самыми разнообразными. С развитием тех-
ники они непрерывно совершенствуются и расширяются. Так
если в период зарождения промышленности керамзита вспучи
6
вание глин вели (в СССР и за рубежом) в горнах периодичес-
кого действия и туннельных печах, а затем в одноцилиндриче-
ских вращающихся печах и на решетках с принудительным про-
сосом воздуха, то в настоящее время предложены и начинают
внедряться новые перспективные методы вспучивания: в двух-
барабанных печах, в кипящем слое, шахтных печах и др.
В то же время является бесспорным, что, несмотря на раз-
нообразие методов производства и оборудования для вспучива-
ния глинистых пород, физико-химическая природа образования
керамзита остается в такой же степени неизменной, как не из-
меняется, например, природа образования цемента или стали
при самых разнообразных методах их получения. Это и позво-
лило отнести керамзит к классу материалов, имеющих ярко вы-
раженную индивидуальную физико-химическую и техническую
характеристики. Вместе с тем. естественно, каждый метод изго-
товления керамзита обладает своими специфическими особенно-
стями: например, в горнах, туннельных и кольцевых печах, на
колосниковых решетках получают глыбы вспученной массы,
в капселях — изделия правильной формы, во вращающихся пе-
чах и в кипящем слое — различной крупности гранулирован-
ный материал округлой или гравелистой формы со спекшейся
корочкой и шероховатой поверхностью.
Керамзит классифицируют на следующие разновидности:
керамзитовый гравий — легкий заполнитель бетонов и же-
лезобетона, вспученные зерна которого имеют округлую или
гравелистую форму и прочную спекшуюся шероховатую обо-
лочку, размерами в пределах от 5 до 40 мм в поперечнике; полу-
чают его во вращающихся печах, в кипящем слое и другими
способами;
керамзитовый щебень — легкий заполнитель бетона и желе-
зобетона произвольной, преимущественно угловатой формы
с размером зерен от 5 до 40 мм в поперечнике, получаемый пу-
тем дробления крупных глыб или кусков вспученной массы ке-
рамзита, обожженного во вращающихся печах, на решетках и
другими методами;
керамзитовый песок гравелистой формы с тонкой спекшейся
оболочкой размером от 0,15 до 5 мм, получаемый обжигом гли-
нистой мелочи во вращающихся и шахтных печах и в печах
кипящего слоя;
керамзитовый песок произвольной формы с размером зерен
от 0,15 до 5 мм, получаемый дроблением более крупных кусков
керамзита;
керамзитовые изделия (плиты, блоки, скорлупы и т. п.) пра-
вильной формы, получаемые вспучиванием при обжиге гли-
нистых пород в формах или без них.
Положения о техническом содержании термина керамзит
и кплгги41мкя11ии готовых илтгпипппр из него в течение четвер-
ти века были общепринятыми. В последние годы рядом авто-
7
ров и изобретателей было предложено много новых названий
материалов, получаемых вспучиванием при обжиге глинистых
пород: карпазит, сланцекерамзит, пенокералит, пористый ще-
бень, пористый гравий, аглокерамзит, глинистый аглопорит, ис-
кусственная пемза, ячеистая керамика, вспученная керами-
ка и т. п.
Обоснованное предложение о замене термина керамзит на
лучший не встретило бы возражений. Однако наличие большо-
го количества терминов вносит серьезную путаницу и является
нежелательным. Быть может, перечисленными терминами на-
званы какие-либо новые отличные от керамзита материалы, по-
лучаемые не вспучиванием глинистого сырья при обжиге, а за
счет других факторов и иного сырья? Анализ соображений ав-
торов, выдвинувших указанные предложения, на наш взгляд, не
подтверждает этого. Так, терминами карпазит и сланцекерамзит
названы гравий и щебень, получаемые путем вспучивания при
обжиге соответственно глинистых сланцев Прикарпатья и Кри-
вого Рога. Разумеется, эти чисто местные названия не могут
заменить терминов керамзитовый гравий и керамзитовый ще-
бень и, следовательно, не должны претендовать на распростра-
нение.
Термины пористый гравий и пористый щебень могут иметь
самостоятельное значение лишь в том случае, если эти мате-
риалы получают из пористых масс, приготовленных, например,
из глин с выгорающими добавками.
Точно так же нельзя во всех случаях пористый щебень
отождествлять с понятием аглопорита. Очевидно, под аглопорн-
том следует понимать лишь материал, пористость которого об-
разуется в основном за счет контактного спекания зерен глини-
стой породы. Если же пористая структура щебня образуется
в основном за счет вспучивания глинистой породы, то такой ма-
териал следует относить к керамзитовому щебню даже и в том
случае, если технически это вспучивание осуществлено на агло-
мерационной решетке. Очевидно также, что и штучные изделия
из вспученных при обжиге глин целесообразно называть керам-
зитовыми.
История развития техники показывает, что основой подлинно
научной классификации различных материалов, сохранивших
в течение длительного периода времени свою индивидуальность
при постоянном совершенствовании и даже изменении техноло-
гии производства, является физико-химическая природа их по-
лучения, обусловливающая свойства продукта. Ярким примером
подобного рода может служить производство различных метал-
лов, например стали. Несмотря на многообразие способов полу-
чения, физико-химическая природа процесса остается постоян-
ной. Аналогичное положение наблюдается и в производстве ке-
рамзита, физико-химическая природа получения которого имеет
твою, только ему присущую специфику — вспучивание глияи
8
стого сырья при обжиге с образованием материала ячеистого
строения независимо от методов и оборудования. Очевидно, что
ограничение любого производства каким-либо одним методом
или использованием лишь определенного типа оборудования
может привести к его застою.
Выше было сказано о разнообразии возможных методов
вспучивания глин на керамзит. Следует, кроме того, подчерк-
нуть, что в последние годы достигнуты успехи в разработке но-
вых методов и совершенствовании существующих. В опытных
условиях М. И. Гутман и А. Я. Граусман еще в 1936—1940 гг.
подтвердили возможность успешного вспучивания глин на спе-
кательных решетках, в США освоен новый метод получения ке-
рамзитового песка в шахтиых печах, освоены новые методы
производства керамзитового песка в печах с кипящим слоем и
керамзитового гравия методом обжига в двухбарабанных печах
и др.; только с момента выхода в свет первого издания этой
книги предложены и доведены до промышленного внедрения
три новых перспективных способа производства керамзита:
вибрационный, циркуляционный и распылением расплава при
перепаде давления.
Интересы развития керамзитового производства настоятель-
но требуют дальнейшего творческого совершенствования су-
ществующих и изыскания новых методов и приемов вспучива-
ния глинистого сырья на керамзит, чему, естественно, должны
способствовать как приемлемая терминология, так и научно-
обоснованная классификация керамзита.
Глава первая
СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМЗИТА
Легкоплавкие глинистые породы самого различного химико-
минералогического состава и генетического происхождения,
служащие сырьем для производства керамзита, встречаются
в природе в плотном, рыхлом и пастообразном состоянии. Раз-
мягчаясь в условиях ускоренной термической обработки, эти по-
роды вспучиваются за счет давления изнутри газообразных
продуктов, выделяющихся в обжигаемой глинистой массе, и об-
разуют стекловидный материал с ячеистой структурой.
Способы изготовления полуфабриката, пригодного для об-
жига со вспучиванием, зависят в основном от физико-ме.хани-
ческих свойств сырья: влажности, плотности, пластичности,
структуры, однородности, а также степени засоренности вклю-
чениями. Методы же обжига со вспучиванием на керамзит и эф-
фективность этой главной технологической операции керамзи-
тового производства обусловливаются физико-химическими и пи-
ропластическими свойствами глинистого сырья, в первую оче-
редь минералогическим и химическим составом и степенью дис-
персности составляющих.
При организации производства керамзита специально испы-
тывают и выбирают наиболее пригодные разновидности местно-
го сырья, а также методы переработки и вспучивания, которые
обеспечивают получение возможно более высококачественного и
дешевого заполнителя легких бетонов.
Основным критерием пригодности глинистого сырья для
производства керамзита является его способность вспучиваться
при термической обработке в пределах 1050—125СГ С и образо-
вывать при этом материал, имеющий ячеистое строение с объ-
емным весом в куске в пределах 200—1350 кг/м' Степень
вспучиваемое™ определяется коэффициентом, выражающим
отношение, объема вспученной массы к объему абсолютно сухо-
го сырца.
/< -	_ V1 г 1 п. п. п \
' I'l Уг ' то ) ’
где ЛЕ — коэффициент вспучивания:	и у, — соответст-
венно объем и объемный вес абсолютно сухого сыриа: 1Z2 и
у2 — соответственно объем и объемный вес керамзита (в кус-
ке! п п п — потери при прокаливании.
ю
Для получения сравнимых результатов методика опреде-
ления коэффициента вспучивания унифицирована. Коэффи-
циент вспучивания различных глинистых пород в природном
состоянии колеблется в широких пределах (до 15). В связи с
средне и хорошо вспучиваю-
этим условно различают слаоо
щпеся глинистые породы. Пер-
вые имеют коэффициент вспу-
чивания до 2,5; вторые — от
2,5 до 4,5 и последние — свыше
4,5. Чем выше коэффициент
вспучивания сырья, тем мень-
ше объемный вес керамзита,
который может быть получен,
тем более ценно это сырье для
производства керамзита В
производственных условиях,
однако, коэффициент вспучи-
вания даже хорошо вспучиваю-
щихся глин редко превыша-
ет 5. Для производства во вра-
щающихся печах керамзита,
предназначенного для исполь-
зования в теплоизоляционных
и конструктивно-теплоизоляци-
онных бетонах, рекомендуется
использовать в первую очередь
хорошо и средне вспучиваю-
щиеся природные или облаго-
роженные глинистые породы.
Изготовление же керамзита
для конструктивных и высоко-
прочных легких бетонов может
быть с успехом организовано
Рис. J. Взаимосвязь между коэффицг
ентом вспучивания глин и объемным вс
сом керамзита
на базе слабо и средневспучивающихся глинистых пород без
применения облагораживающих добавок.
При отсутствии хорошо и средневспучивающихся глинистых
пород для производства керамзита, предназначенного к исполь-
зованию в конструктивно-теплоизоляционных бетонах, могут
быть использованы слабо вспучивающиеся глинистые породы
с же. сзнстымп, органическими и другими добавками.
На рис. 1 показана взаимосвязь коэффициента вспучивания
глин (К,,) и объемного веса керамзита:
is _ is Т12Л
где Кп — коэффициент выхода керамзита из печи; П, и П2 —
соответственно средние межзерновые пустотности (в %) абсо-
.itu.Hu сулою сырца Оранул) и керамзитового заполнителя, вы-
11
кодящего из печи; Л — коэффициент, учитывающий влияние
размера гранул на вспучивание (А = 0,75-4-0.9).
Установить ценность керамзитового сырья по какому-либо
одному признаку весьма затруднительно. Поэтому в большинст-
ве случаев определяют ряд свойств: генезис, внешний вид. ми-
нералогический, химический и гранулометрический состав, ог-
неупорность, интервал вспучивания, содержание свободного
кремнезема, засоренность камневидными и карбонатными вклю-
чениями, структурно-механические свойства, большинство из
которых оказывает также прямое и притом весьма существен-
ное влияние на основные критериальные признаки керамзитово-
го сырья — объемный вес и коэффициент вспучивания.
ГЕНЕЗИС КЕРАМЗИТОВОГО СЫРЬЯ
Легкоплавкие глинистые породы относятся к классу тонко-
обло.мочных осадочных образований, возникших в результате
процессов выветривания, переотложения и преобразования раз-
личных горных пород. Генезис (происхождение) глинистых по-
род является одним из важнейших факторов, обусловливающих
их свойства.
По условиям образования легкоплавкие глинистые породы
подразделяют на две группы: первичные (остаточные) и вто-
ричные (перенесенные). Большинство легкоплавких глин и гли-
нистых пород относят к вторичным образованиям, перенесен-
ным водой, ледником или ветром на место их нынешнего зале-
гания.
В рыхлых осадках проходили физико-химические и биохими-
ческие реакции между твердыми частицами, водой, а также ор-
ганическими примесями и микрофлорой, которые приводили
к разложению и образованию новых минералов, перераспреде-
лению химических элементов в осадке, упрочнению связей меж-
ду частицами. Под влиянием нагрузки вышележащих слоев и
цементации частиц новообразованиями и выпадавшими из ра-
створа осадками, среди которых наиболее значительную роль
играли карбонат и сульфат кальция, окислы железа и аморф-
ный кремнезем, рыхлые осадки уплотнялись и перекристалли-
зовывались.
Вследствие разнообразия и изменчивости условий формиро-
вания осадков, разнообразия минералогического и грануломет-
рического состава продуктов переноса глины и глинистые по-
роды в большинстве случаев представляют собой неоднородные
образования полиминерального состава, состоящие из механи-
ческой смеси различных по размеру первичных и вторичных ми-
нералов. При этом в зависимости от влажности среды, степени
уплотнения и метаморфизма, пористости и развития связей меж-
ду отдельными чащицами глинистые породы upnuupeiuiri
12
твердое, скрытопластичное, пластичное или разжиженное со-
стояние.
Процессы переноса и переотложения, а также факторы, ве-
дущие к превращению осадков в породу в различные геологи-
ческие периоды, протекали в различных условиях и продолжа-
лись различное время. Поэтому глинистые породы различных
геологических возрастов значительно различаются между собой.
По условиям отложения легкоплавкие глины и глинистые
породы подразделяются на две основные группы: морские и
континентальные.
Морские отложения образовались на дне и в прибрежных
районах древних и современных морей. Прибрежные отложения
глинистых пород характеризуются большим разнообразием.
Мощность их обычно невелика. Здесь обнаруживается много
грубообломочного материала, гальки и песка, которые при вы-
носе их с континента оседают в прибрежной полосе. Наиболь-
ший интерес представляют мелководные морские отложения,
к которым относятся осадки глинистых пород иа глубине при-
мерно от 20 до 2500 м. На этих глубинах в сравнительно боль-
шом удалении от берега отлагался преимущественно тонкозер-
нистый хорошо перетертый и отсортированный материал. Почти
все выявленные до настоящего времени месторождения глини-
стых пород морского происхождения относят к образованиям
мелководных морей.
Важнейшей отличительной особенностью легкоплавких глин
и глинистых пород морского происхождения является их тон-
козернистость, относительная однородность состава и ббльшая
или меньшая насыщенность водорастворимыми соединениями.
Среди морских глинистых отложений чаще всего встречают-
ся монтмориллонитовые разности глин. Значительное количест-
во морских легкоплавких глии и глинистых пород содержат
гпдрослюдные глинистые минералы. Реже встречаются глини-
стые породы с преимущественным содержанием каолинита. На-
сыщенность морской воды различными солями обусловливает их
присутствие в глинистых породах в растворенном или твердом
состоянии. Среди этих соединений преобладают хлориды, а
также карбонаты и сульфаты натрия, магния, кальция и желе-
за. Многие морские глинистые образования, в особенности от-
ложения в лиманах, лагунах и заливах, где условия опресне-
ния и засоленности менялись, содержат, кроме того, значитель-
ные количества органических примесей в тонкодисперсном со-
стоянии, занесенных сюда извне или накопившихся за счет раз-
ложения растительности водоемов.
Некоторые разновидности морских глин сохранили свою
тонкозернистость и однородность. В других в процессе диагене-
за появились новообразования в форме кристаллов пирита, каль-
цита, гипса и других минералов размером от нескольких мик-
рон до нескольких миллиметров (иногда и больше).
13
В настоящее время морские легкоплавкие глины и глини-
стые породы, образовавшиеся в' разные геологические периоды
и прошедшие различную форму диагенеза, находятся преиму-
щественно в твердом, скрытопластичном (затвердевшем) и реже
в мягкопластичном или разжиженном состоянии. Их текстура
чаще всего характеризуется тонкослоистым строением и слан-
цеватостью. Степень уплотнения легкоплавких глинистых пород
имеет важное значение в производстве керамзита при выборе
способов приготовления гранулированного полуфабриката.
Следует отметить более легкую выветриваемость морских
глинистых пород по сравнению с континентальными. Наиболь-
шей склонностью к распаду обладают глинистые отложения,
обогащенные гумусовыми веществами, морскими солями и же-
лезом в закисной форме.
Из континентальных отложений наибольший интерес для
производства керамзита имеют:
озерные и озерно-болотные отложения коренных дочетвер-
тичных и четвертичных пород; легкоплавкие глины и глинистые
породы этого генетического типа отличаются относительной од-
нородностью состава и тонкозернистостью; как правило, они на-
сыщены мелкодисперсными органическими веществами и содер-
жат в значительных количествах окислы железа в закисной
форме; легкоплавкие глинистые породы этого типа хорошо вспу-
чиваются и являются первосортным сырьем для производства
керамзита;
озерно-аллювиальные отложения — месторождения тонко-
слоистых, мелкодисперсных, хорошо отсортированных ленточ-
ных глин образовались в результате переноса пород талыми во-
дами ледников; они хорошо вспучиваются при обжиге на ке-
рамзит;
четвертичные отложения морских трансгрессий, характери-
зующиеся высокой тонкозернистостью, однородностью состава и
свойством интенсивно вспучиваться при обжиге на керамзит
(к этому типу относятся хвалынские шоколадные глины По-
волжья) .
ВНЕШНИЕ ПРИЗНАКИ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД
Наиболее существенными из них являются цвет, структура,
текстура и наличие в породе включений. Внешние признаки гли-
нистых пород являются до известной степени отражением гене-
зиса пород и происходивших в них процессов.
Окраска глинистого сырья связана с химико-минералогиче-
ским составом и физическим состоянием породы, а также содер-
жанием сопровождающих примесей.
Увлажненные глинистые породы всегда имеют более интен-
сивную окраску. Значительное влияние на характер окраски гли-
14
нистых пород оказывает степень дисперсности минералов, их со-
ставляющих, в особенности примесей. Во многих случаях доста-
точно ничтожно малого количества некоторых примесей, равно-
мерно распределенных по всей массе и находящихся в коллои-
дальном состоянии, чтобы придать ту или другую интенсивность
окраски основной породе. При этом цвет может зависеть не от
количества красящего вещества, а лишь от его дисперсности и
строения.
Темно-серый и черный цвет обычно обусловливается рассеян-
ными по всей породе в больших количествах черными крася-
щими веществами органического происхождения. Черную окрас-
ку породам придают тонкодисперсные минералы марганца. При-
меси пирита и марказита придают породе синевато-серый и си-
невато-черный оттенок. При содержании гумусовых веществ в
пределах от 5 до I % черная окраска переходит в темио-серую и
серую. Гумусовые вещества в количестве до 1% влияния на
окраску породы не оказывают. Красный и розовый цвет обус-
ловливается примесями окисных форм железа, желтый и бурый
цвет — гидроокислами железа, рассеянными в породе и абсор-
бированными на поверхности зерен в виде оболочки. Зеленый
цвет обусловливается в большинстве случаев глауконитом, ша-
мозитом, хлоритом и железистомагнезиальными минералами.
Голубоватый оттенок придают породам примеси силикатов же-
леза, мелкорассеянного сернистого железа, сидерита и др. Бе-
лый и светло-серые цвета пород являются в большинстве слу-
чаев естественной окраской природных минералов, не загрязнен-
ных посторонними примесями.
Важнейшим физико-механическим свойством глинистых по-
род, предопределяющим способы их переработки, являются од-
нородность, плотность и структура породы.
При вспучивании однородных глинистых пород образование
ячеистой структуры происходит равномерно. Такие породы яв-
ляются одним из наиболее ценных видов сырья, так как приго-
товление полуфабриката из них сводится лишь к его грануля-
ции и исключает операцию гомогенизации. Наиболее одно-
родными являются глинистые породы морских и в ряде случаев
озерных отложений.
Из-за неравномерного вещественного состава неоднородное
сырье или вовсе ие вспучивается или вспучивается крайне не-
равномерно с образованием каверн, выплавов и других пороков
структуры. Особенно большой неоднородностью отличаются мно-
гие ленточные, покровные глины и суглинки. В первых изоби-
луют тончайшие прослойки песка или шлюфа, а вторые сложе-
ны из структурных элементов различной конфигурации, между
которыми отложены органические примеси, а также железистые
и карбонатные наслоения. Подобные породы могут равномерно
вспучиваться лишь после разрушения природной структуры и
гомогенизации состава.
15,
По степени уплотнения или отвердепания различают камнс-
подобные, плотные, пластичные и рыхлые глинистые породы.
Камнеподобные глинистые породы отличаются повышенной
плотностью и хрупкостью. Обычно нх влажность не превышает
3—9%. Как правило, они вообще ие размокают или трудно раз-
мокают в воде. К ним относит глинистые сланцы, плотные раз-
новидности аргиллитов, а также часто встречающиеся обезво-
женные толщи глин, например приволжские шоколадные, пла-
стунские (сочинские), майкопские, кембрийские и др. Среди
камнеподобного сырья встречаются как однородные, так и не-
однородные породы. Такие глинистые породы отличаются разно-
образной (слоистой, иногда кубнкообразной) структурой. В су-
хом состоянии, при сжатии, ударе и раскалывании они разруша-
ются преимущественно на примерно равные куски. Из однород-
ного сырья этого типа изготовляют керамзит по сухому спо-
собу.
Некоторые глинистые породы камнеподобного типа отлича-
ются сланцеватым строением с ярко выраженной тенденцией к
распаду на отдельные мелкие агрегаты и тонкие чешуйки. Пос-
ле дробления такое сырье превращается в мелочь и пыль, по-
этому использовать его для производства керамзита по сухому
способу нельзя.
Пластинные глины и суглинки распространены наиболее ши-
роко. Они отличаются различными пластичностью, вязкостью,
липкостью и влажностью в природном состоянии, хорошо пере-
рабатываются по пластическому способу. При этом однородное
по составу сырье требует лишь грануляции, т. е. формования
гранул, а неоднородное — разрушения природной структуры и
гомогенизации. В воде эти глины размокают, но сравнительно
медленно, образуя пластичное тесто. Отдельной разновидностью
таких глин являются пастообразные глины, которые отличают-
ся повышенной влажностью. Из таких глин легко приготовляют
шлам, из которого во вращающейся печи происходит самопро-
извольное формование гранул, а также их вспучивание.
Рыхлые глины и суглинки имеют высокую пористость в при-
родном состоянии, малую связность, хорошо распускаются в во-
де. Типичными представителями этой группы являются суглин-
ки. При подходящем вещественном составе и достаточном вспу-
чивании они могут быть использованы для производства керам-
зита по пластическому пли мокрому способу.
СОСТАВ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД
Физико-химические и важнейшие технологические свойства
глинистого сырья в основном определяются его вещественным,
минералогическим, гранулометрическим и химическим соста-
вами.
16
Вещественный состав
По вещественному составу легкоплавкие глинистые породы
подразделяются на следующие группы.
К супесям относят мелкообломочные горные породы с со-
держанием частиц глинистых минералов в пределах от 3 до
10%. Супеси занимают промежуточное положение между пе-
сками п суглинками. Они непластичны, обладают слабой связу-
ющей способностью и при некоторой оптимальной влажности
обладают свойством комковаться. Для производства керамзито-
вого гравия они не пригодны.
К суглинкам относят топкообломочные глинистые породы раз-
личного минералогического и гранулометрического состава и ге-
нетического происхождения, содержащие частиц глинистых ми-
нералов от 10 до 30%. По ряду основных свойств они занимают
промежуточное положение между собственно глинами и супе-
сями. Суглинки обладают средней пластичностью и слабой свя-
зующей способностью. Малозапесоченные суглинки могут быть
использованы для производства керамзитового гравия во вра-
щающихся печах.
Собственно глинами принято называть тонкообломочные гор-
ные породы различного гранулометрического и химико-минера-
логического состава и генетического происхождения. Затворен-
ные водой глины образуют пластичное тссто, которое по высы-
хании сохраняет приданную ему форму, а после обжига при-
обретает твердость камня. Глины содержат свыше 30% частиц
одного или различных глинистых минералов. Те виды глинисто-
го сырья, которые практически оказались пригодными для про-
изводства керамзитового гравия, относятся к глинам в указан-
ном понимании этого термина.
Лёссовидные глины и суглинки представляют собой пылева-
тые глинистые породы с преобладанием частиц размером 0,05—
0,001 .им, от которых зависят основные свойства этих пород.
Содержание карбоната кальция в лёссах обычно превышает
10%, поэтому они не пригодны для производства керамзита во
вращающихся печах.
Сланцы представляют собой отложения тонкодисперсных
глии преимущественно морского происхождения, той или дру-
гой степени уплотнения и преобразования в результате явлений
метаморфизма. Среди них различают по своим свойствам гли-
нистые сланцы и так называемые филлиты. Глинистые сланцы—
тонкозернистые плотные глинистые породы первой стадии мета-
морфизации глии. Измельченная и затворенная На воде масса
таких сланцев обычно приобретает пластичность и формовочные
свойства. Филлиты — плотные, неразмокающие в воде метамор-
физированные глинистые породы тонкослоистой структуры.
Вспучивающиеся глинистые сланцы используются для произ-
водства керамзита по сухому способу.
2 Зак. "3
17
Аргиллиты представляют собой глины, затвердевшие в ре-
зультате опрессования, дегидратации, перекристаллизации и це-
ментации частиц. Аргиллиты одних и тех же месторождений
могут иметь различную степень преобразования и по свойствам
занимать промежуточное положение между собственно глинами
и метаморфическими кристаллическими сланцами. Аргиллиты
используются для производства керамзита по сухому способу.
Угленосные глинистые породы представляют собой глини-
стые породы, насыщенные углистыми преимущественно равно-
мерно распределенными примесями. Эти породы, как правило,
являются спутниками угольных месторождений и составляют
одну из разновидностей так называемых пустых пород при до-
быче угля. Содержание углистых примесей в угленосных глини-
стых породах колеблется в широких пределах. Для производст-
ва керамзита представляют интерес угленосные глинистые по-
роды выдержанного состава *.
Минералогический состав
Глинистые горные породы являются механической смесью
различных глинообразующих минералов и сопутствующих при-
месей. Мономинеральные глины в природе встречаются редко.
Поэтому минеральный тип глииы обычно характеризуют преоб-
ладающим в рассматриваемой породе глинообразующим мине-
ралом.
С давних Пор было широко распространено представление,
что основой глин являетси глинистое вещество или некий кол-
лоидный комплекс из различных составляющих, которым при-
писывался аморфный характер. Позже некоторые исследовате-
ли стали считать, что глинистое вещество состоит из каолинита,
а различие в свойствах глин объясняли присутствием тех или
других примесей. Лишь с появлением новых методов исследо-
вания, главным образом рентгеноструктурного и термографиче-
ского анализов, было установлено, что основу большинства гли-
нистых пород составляют различные глинистые материалы, на-
ходящиеся не в аморфном, а в кристаллическом состоянии, и
что именно эти минералы придают те или другие основные свой-
ства глинистым породам. К настоящему времени выявлено свы-
ше десяти глинистых минералов, составляющих легкоплавкие
глинистые породы. Наибольшее распространение имеют минера-
лы следующих групп: монтмориллонита, гидрослюд или иллита,
хлорита, каолинита и вермикулита.
Группа монтмориллонита. Монтмориллонит состоит из струк-
турных элементов, построенных из двух наружных кремнекисло-
1 В последние годы экспериментальными исследованиями в лабораторных
и промышленных условиях А. А. Крупин установил вспучнваемость трепелов,
содержащих глинистое вещество, и возможность использования этого вида
сырья для производства керамзита.
18
родных тетраэдрических сеток и промежуточной алюмокисло-
родной октаэдрической сетки, сочлененных таким образом, что
вершины тетраэдров каждой кремнекислородной сетки совмест-
но с вершинами гидроксилов октаэдрической сетки образуют
общий слой.
Смежное расположение слоев атомов кислорода между
структурными элементами кристаллических решеток монтморил-
лонита обусловливает слабую связь между слоями, вследствие
чего сюда легко могут проникать молекулы воды и значительно
расширять решетку, что вызывает набухание минерала.
Теоретическая формула чистого монтмориллонита без учета
характерных для него изоморфных замещений имеет вид:
[(OH)4Si8Al4O20]-nH2O.
Предполагается, что в тетраэдрической сетке степень заме-
щения кремния иа алюминий составляет около 15%. В октаэд-
рической же сетке замещение может быть даже полным. Следует
также подчеркнуть, что вследствие замещения элементов одной
валентности на элементы с другой валентностью, например АР+
на Mg2+, Si4+ иа АР+, кристаллическая решетка монтморилло-
нита всегда неуравновешенна, что вызывает необходимость
компенсации зарядов за счет внутренних перераспределений
элементов в решетке и адсорбции извне, вызывающих новые
замещения и отклонения состава от теоретической формулы.
В результате детального изучения свойств сырья, содержащего
монтмориллонит, установлено, что он представляет собой целую
группу близких между собой индивидуальных минералов разно-
го состава с общей формулой m[Mg3(SiO4O10) (ОН)2]-р[А1,
Fe'")2SiO4OI0(OH)2]-nH2O с отношением т:р около 0,8—0,9.
При этом образование новых минералов монтмориллонитовой
группы и их основные свойства зависят от характера изоморф-
ных замещений в кристаллической решетке. Полное замещение
в октаэдрической сетке алюминия магнием дает минерал монт-
мориллонитовой группы сапонит; железом — нонтронит; хро-
мом — волконскоит; цинком — сокоиит; литием — гекторит и др.
Монтмориллонит содержится во многих легкоплавких глини-
стых породах. В большинстве случаев характер изоморфных
замещений различен, поэтому состав и свойства его также не
всегда одинаковы. С этим необходимо считаться при определении
влияния этого минерала на технологические свойства сырья для
производства керамзита.
Отдельные члены индивидуальных минералов монтморилло-
нитовой группы, особенно с промежуточным характером заме-
щений, еще недостаточно изучены, другие не выявлены, а суще-
ствование некоторых из них, например бейделлита, подверга-
ется сомнению.
При нагревании минералов группы монтмориллонита со ско-
ростью 8—10 град/мин в интервале 50—300° С межслоевая вода
удаляется. Потеря химически связанной воды происходит посте-
2*
19
пенно в широком интервале температур (от 200 до 800° С и выше)
в зависимости от характера и степени изоморфного замещения
одних атомов другими в кристаллической решетке монтморилло-
нита.
На дифференциальных кривых нагревания минералов группы
монтмориллонита помимо двух эндотермических эффектов — при
Рис. 2. Термограммы
монтмориллонитов раз-
личных месторождений
(по Гриму и Бредли)
температурах удаления межслоевой
и химически связанной воды — на-
блюдается третий эндотермический
эффект в температурном интервале
Рис. 3. Термограммы нагревания различных
мусковитов (по А. И. Цветкову)
примерно 800----1100° С. Почти все исследователи объясняют
его разрушением кристаллической решетки. Некоторые исследо-
ватели, однако, считают, что указанный эндотермический эффект
обусловливается удалением последних остатков (около 0,5—1%)
тесно связанной с решеткой конституционной воды, с чем мы
полностью согласны. Именно эта часть конституционной воды
и участвует во вспучивании как парогазообразная фаза. На
рис. 2 приведены термограммы монтмориллонитовых пород раз-
личных месторождений.
В пределах температур обжига керамзита в различной сте-
пени развиваются высокотемпературные фазы: шпинель, муллит
и кристобалит.
20
Легкоплавкие глины, содержащие значительные количества,
некоторых минералов группы монтмориллонита, отличаются
большой склонностью к вспучиванию и являются лучшим сырьем
для производства керамзита.
Группа гидрослюд или иллита. Гидрослюдистые минералы,
подобно слюдам и монтмориллонитам, имеют: трехмерный тип
слоев структуры и занимают промежуточное положение между
ними. По сравнению со слюдами они содержат меньше воды и
больше калия, характеризуются меньшей степенью замещения
кремния на алюминий, а межслоевые ионы калия могут быть
частично замещены Са++, Mg++, I I+.
От монтмориллонита гидрослюды отличаются большим содер-
жанием калия и слабовыраженной способностью к набуханию
Рис. 4. Кривые изменения веса гидромусковитов при равномерном
нагревании
под воздействием воды и органических соединений. Известны
гидрослюды, в которых алюминий частично замещен железом и
магнием.
В группу гидрослюд входят глинистые минералы: гидромус-
ковит, гидробиотит и глауконит. Они представляют собой про-
дукты вторичного изменения и гидратации хорошо окристалли-
зованных слюд в результате процессов выветривания в условиях
повышенной влажности или гидротермальной переработки при
низких температурах.
Гидромусковит Ki-l(H;,O)x[AlSi.O,rl(OH)2-n НзО является
продуктом гидратации мусковита или образуется при разложе-
нии полевых шпатов. В состав гидромусковита обычно входят
также катионы Na, Mg, Fe'", F" и др. Согласно исследованиям
Л. И. Цветкова н Е. Л. Вальяшнхнной при нагревании гндромус-
21
ковита на дифференциальной кривой отмечается двойной эндо-
термический эффект до 250° С, связанный с удалением адсорб-
ционной и межслоевой воды (рис. 3). Основная часть конститу-
ционной воды удаляется в пределах 500—700° С. Эндотермиче-
ский эффект в пределах 1000—1200° С чаще всего объясняют раз-
рушением кристаллической решетки, но возможно он связан
с удалением и части конституционной воды. Кривые обезвожи-
вания гидромусковита при нагревании со скоростью 12—
15 г рад!мин приведены на рис. 4.
Гидробиотит К<' (Mg, Fe)3[SiAl4O10](OH)5-nHjO по своему
составу и свойствам занимает промежуточное положение между
хорошо окристаллнзоваиным биотитом и вермикулитом. Харак-
терным свойством последних является вспучивание при быстром
нагревании. Это свойство, однако, уменьшается или совсем ис-
чезает при медленном нагревании или измельчении материала
Рис. 5. Кривые изменения веса гнд-
дробиотита при равномерном нагре-
вании
в порошок. На дифференциаль-
ных кривых нагревания гидро-
биотита отмечаются три низко-
температурных эндотермиче-
ских эффекта (при температу-
рах около 150, 220 и 360°С),
связанных с его дегидратаци-
ей. Основная часть консти-
туционной воды удаляется в
в пределах между 800° С н не-
сколько выше 1000° С (рис. 5) •
Кристаллическая решетка гид-
робиотита разрушается в пре-
делах 1000—1100° С с удалени-
ем последних остатков консти-
туционной воды.
Глауконит	Ko,67Na0.oB •
* Сао.о4(Fci%s	^&о,41А^о,4о •
Feo?i7) [81з,1вА1о,з40|о] (ОН)2 •
•пН2О характеризуется наибо-
лее совершенной трехмерной
структурой из неразбухающих
слоев со значительным замеще-
нием А13+ на Fe2+ н Mg2+. В от-
личие от других гидрослюд ча-
стицы глауконита имеют удлиненно-пластинчатую форму. Его
содержание в глинах велико, иногда он является породообра-
зующим минералом.
Ряд исследователей, например, относят ленинградские кем-
брийские синие глины к глауконитовым
Высокотемпературными фазами гидрослюд в пределах темпе-
ратуры обжига глин на керамзит являются шпинель, образую-
щаяся уже при 850° С, и муллит, появляющийся при 1100° С.
22
Возможны и другие новообразования. Тот факт, что глинистые
минералы гидрослюд даже при относительно замедленном нагре-
вании выделяют остатки химически связанной воды при 1000—
1100° С, указывает на безусловную
вероятность участия в процессе
вспучивания конституционной воды
глинистых минералов как катализа-
тора реакций и порообразующего
агента.
Как показали специальные иссле-
дования, гидрослюдные глинистые
минералы, так же как монтморил-
лонитовые их смеси, являются важ-
нейшей составной частью хорошо
вспучивающегося глинистого сырья.
Структура вермикулита (ОН)4
(Mg, Са) (Sis-2*: A120i) (Mg,
Fe)GO20-i/H2O (где х равен от 1 до
1,4 а у — примерно 8) характери-
зуется чередованием слюдоподоб-
ных слоев и двойных слоев воды.
По внешнему виду он подобен гид-
робиотиту. Характерным свойством
200 600 то
Температура ВВС
Рис. 6. Кривые обезвоживания
при равномерном нагревании
вермикулита (по А. И. Цвет-
кову)
вермикулита является его интенсив-
ное вспучивание при быстром нагревании. Однако при измель-
чении вермикулита это свойство утрачивается или значительно
ослабляется, как у гидробиотита. При нагревании вермикулит
имеет двойной или тройной низкотемпературный эффект деги-
дратации при температурах примерно 150, 220 и 360° С. Послед-
ние остатки конституционной воды удаляются при температуре
несколько выше 1 000е С. Характерная для вермикулита кривая
обезвоживания приведена на рис. 6. Вермикулит обнаружен в
тонких фракциях ряда глин. Его положительное влияние на
вспучиваемость глинистого сырья бесспорно.
Группа хлорита. Лишь сравнительно недавно обнаружено,
что некоторые разновидности легкоплавких глинистых пород со-
держат значительные количества хлоритовых глинистых минера-
лов в тоикодисперсиом состоянии. Однако еще ие установлено,
являются ли они гидрохлоритами по аналогии с гидрослюдами
или обычными гидросиликатами магния и алюминия с примесью
железа, хрома или марганца.
Структура хлоритов состоит из чередующихся слюдоподоб-
ных (OH)4(SiAl)8(Mg, Fe)8H2O и бруситоподобных (Mg,
A1)s(OH)i2 слоев. В связи с замещением Si4* на А13+ слюдопо-
добный слой имеет отрицательный заряд, который уравновеши-
вается положительным зарядом бруситового слоя (вследствие
замещения Mg2+ на А1а+). Минералы этой группы различаются
типом и количеством замещений в бруситовом и слюдяном слоях.
23
При относительно медленном нагревании минералы хлорито-
вой группы до 500° С теряют сравнительно мало воды. В преде-
лах 500—550° С высвобождается большое количество воды. Обез-
воживание в основном заканчивается при 850—900° С, однако
последние остатки воды выделяются при температуре несколько
выше 1000° С.
Группа сепиолит-палыгорскит-аттапульгитовых минералов.
Глнннстые минералы этой группы изучены слабо. Некоторые ав-
торы для сепиолита (водного силиката магния) предложили фор-
мулу 814Оц(МрНг)з-2(Н2О), предполагая, что магний в значи-
тельной степени может быть замещен железом н алюминием.
ItHnepaiTigpa в °C
Рис. 7. Кривые изменения веса каолинита при равномерном нагревании
(по Г. В. Куколеву)
О структуре палыгорскит-аттапулыита можно судить по фор-
муле (OH2)4(OH)2MgsSisO2-4H2O, где трехвалентные катионы
считаются эквивалентными 1,5 Mg2+.
Текстура сепиолита волокнисто-пластинчатая, твердость 2—
2,5; цвет — от белого до желтого. По внешнему виду — землист,
напоминает глину. При нагревании теряет воду в несколько
этапов: быстро при 25—120°С, медленно — при 120—230° С, сно-
ва быстро — при 230—375—550° С, медленно при 550—720° С и,
наконец, при 720—1000° С удаляются последние 2,5—2% воды.
Кривые нагревания этого минерала обнаруживают четыре эндо-
термических эффекта при температурах примерно 150, 350, 500 и
800° С, связанных с удалением воды, и один экзотермический
эффект (между 800 и 1000° С), обусловленный, по-видимому, раз-
рушением кристаллической решетки.
В группу каолинита входят минералы — каолинит, дикит н
накрит, они имеют общую формулу АЬОз-гЗЮг^НгО.
24
Незначительное количество каолинита содержат легкоплав-
кие глины наряду с монтмориллонитом, гидрослюдой или други-
ми глинистыми минералами. В этом случае он не оказывает за-
метного отрицательного влияния иа вспучиваемость. Если же
в глинистом сырье каолинит преобладает, оно не пригодно для
производства керамзита, так как обычно такое сырье обладает
высокой температурой размягчения н его использование нерен-
табельно. Кроме того, вспучиваемость такого сырья значительно
слабее, чем других разновидностей глинистых пород. На рис. 7
приведена дифференциальная кривая каолинита по Г. В. Ку-
колеву.
Среди примесей легкоплавких глинистых пород наиболее
важное значение имеют следующие группы минералов.
Кварц S1O2 встречается в глинистых породах, главным обра-
зом в форме p-кварца, являясь основной частью песчаных и пы-
левидных фракций породы. Прослеживается определенная обрат-
ная связь между содержанием свободного кварца и способностью
глины к вспучиванию: глины с содержанием свободного кварца
выше 42% ие удается удовлетворительно вспучить даже в лабо-
раторных условиях. В этом случае не дает желаемых результа-
тов даже введение добавок, повышающих вспучиваемость глииы.
Поэтому наряду с валовым химическим анализом при испытании
глин для производства керамзита в них следует отдельно опреде-
лять содержание свободного кварца.
В легкоплавких глинистых породах почти постоянной при-
месью являются слюды в форме мусковита KAl2[AlSi3Oio][OH]2
или биотита K(Mg, Ре)3(51зАЮ,о) (ОН, F)2. Их содержание
достигает 2—5% и выше. Размер частиц слюды колеблется в пре-
делах 1—10 мк. При обжиге слюды участвуют в образовании
расплава оптимальной вязкости и являются поэтому полезной
примесью.
Особая положительная роль мелкодисперсных частиц слюд
состоит в том, что они, разлагаясь, высвобождают конституци-
онную воду в пределах 1000—1200° С, которая в качестве паро-
образной фазы вспучивает размягченную пиропластнческую
массу.
В глинистых породах железо находится преимущественно
в форме различных железистых минералов. Нередко оно рассея-
но также в кристаллических решетках других минералов, заме-
щая алюминий, магний и др. В зависимости от преобладающей
валентности катионов железа, образующих с другими катионами
и анионами кристаллическую решетку минералов, различают
окисные, закисные и закись-окисные соединения железа.
К окисным соединениям железа относятся гематит, гидраты
окиси железа (гетит, лепидокрокит, гидрогетит, гндрогематит),
к закисным — сидерит, анкерит, шамозит, вивианит, пирнт, мар-
казит и др. В некоторых соединениях, например в магнетите и
глауконите, железо находится в закись-окисной форме. Обычно
2В Зак. 5а
в каждой легкоплавкой глинистой породе встречается ряд желе-
зосодержащих минералов. Нередко даже в одной пробе сырья
можно обнаружить не только несколько соединений железа, но и
разную степень его окисления. Общее количество железа в легко-
плавких глинистых породах (при пересчете на Fe2O:) обычно ко-
леблется от 1,5 до 12,5%.
В природных условиях встречаются два безводных окисла
железа: гематит и магнетит. Гематит a-FejOs—удельный вес
4,9—5,3, кристаллическая решетка ромбоэдрическая, цвет от
серо-стального в кристаллах до ярко-красного в землисто-аморф-
ных разностях, образуется в окислительной среде и распростра-
нен в самых различных типах глинистых пород; во влажной
среде легко гидратируется и переходит в гидрогематит. Магнетит
FejCh — удельный вес 5,17—5,18, структура—типа шпинели, об-
ладает магнитными свойствами, цвет от серо-стального до чер-
ного. Во влажных условиях легко выветривается, давая бурые
гидроокислы. Образуется в восстановительных условиях и имеет
самое различное происхождение; новообразования магнетита
могут возникать из окисных форм железа под влиянием восста-
новителей и разлагающихся органических веществ.
Среди железистых соединений, обнаруживаемых в легкоплав-
ких глинистых породах, преобладают гидраты окислое же-
леза.
Основная часть гидроокислов железа обычно находится
в тоикодисперсном состоянии и равномерно распределена по всей
массе глинистой породы. Часть их сосредоточивается на поверх-
ности раздела между слоями и отдельными структурными элемен-
тами породы, а также по трещинам в виде желто-бурых и бурых
пленок, окаймлений, налетов и даже конкреций. Чаще всего гид-
роокислы железа встречаются в поверхностных глинах, в особен-
ности запесочеппых, куда легче проникает окисляющая влага,
а также в обнажениях при разработке карьеров глинистых по-
род. При использовании глинистого сырья в производстве керам-
зита, где окислам железа отводится важная роль в процессах
вспучивания, указанную особенность следует учитывать и при не-
равномерном распределении составляющих приводить глинистую
породу путем переработки к однородному составу.
Еще до недавнего времени к гидратам окислов железа отно-
сили большую группу природных образований под общим назва-
нием «лимонит» или «бурый железняк», различающихся между
собой переменным количеством конституционной, растворенной
и адсорбционной воды. При этом по содержанию воды среди них
выделяли следующие самостоятельные разновидности: турьпт
Г'с20з-72Н2О; гндрогстит Fe2O:i- ’/зН2О; собственно лимонит
Fe2O3-3/2H2O; ксантосидерит Fc2Oa-2H:O; лимнит Рс2Оз-3112О:
гетит и лепидокрокит FejO3-II2O. Однако рентгеноструктурные
исследования различных гидроокислов железа, изучение кривых
26
нагревания и обезвоживания, проведенные в последние годы, по-
казали, что существует только одно определенное химическое
соединение окиси железа с водой Fe2O3-H2O, имеющее две поли-
морфные модификации — гетит a-Fe2O3-H2O и лепидокрокит
у-РегОд-НгО-
Разновидностью соединения закись-окиси железа с водой
является гидрогематит Fe2O3-2/3H2O. Следует сказать, что если
из-за скрытокристаллической структуры многих гидроокислов
железа их трудно идентифицировать в чистом виде, то в глинах
их отличить друг от друга крайне трудно. Поэтому в большин-
стве случаев удовлетворяются констатацией наличия суммарного
их количества.
По внешним признакам гетит и лепидокрокит трудно разли-
чимы. Гетит имеет кристаллическую структуру, подобную диас-
пору а-А^Оз-НгО, а лепидокрокит — аналогичную корунду
Y-AI2O3 • Н2О. Цвет обоих минералов от желтого до темно-корич-
невого, состоят они из чешуйчатых частиц землистых масс. По-
вышение содержания воды против формулы Fe20.3 • Н2О у при-
родных лимонитов связано с различной адсорбционной способ-
ностью исходных продуктов гидратации. В чистом виде гетит
и лепидокрокит встречаются редко.
Гидрогетит РегОз-пНгО весьма распространен в природе
(удельный вес 4—5,5, цвет от желтого до бурого, часто с пестрой
побежалостью). Представляет собой продукт гидратации гетита
или лепидокрокита и в сущности характеризует свойства той
группы соединений, которые по прежней классификации называ-
лись бурым железняком и лимонитом.
Гидрогетнт образуется при окислении или разложении пири-
та, глауконита, сидерита, хлоритов и других железистых соеди-
нений, легко переходит в растворы и выпадает из них. В гли-
нах находится, как в тоикодисперсном состоянии, так и в виде
сплошных масс, окаймлений, пыли, отдельных зерен и других
скоплений по поверхности раздела структурных элементов
породы.
Гидрогематит Ре2О3-2/зН2О представляет собой продукт гид-
ратации окиси железа — гематита, может также образовываться
при разложении ярозита и окислении сидерита, а в условиях
жаркого климата — при гидратации гидроокисей железа. Подоб-
но гидрогетиту содержится в глинах как в виде скоплений по
поверхности раздела структурных элементов, так и в тонкодис-
персиом состоянии. Удельный вес 3,34.
К наиболее распространенным в глинистых породах минера-
лам группы сульфидов относится пирит FeS2 (удельный вес
4,9—5,2, цвет желтый). Глинистые породы, содержащие пирит,
обычно имеют цвет от синевато-серого до черного, что в значи-
тельной мере обусловлено присутствием органических веществ.
Пирит весьма распространенный минерал, содержится почти
2В*	27
в каждой глинистой породе. Особенно много пирита содержат
глины и глинистые сланцы, богатые органическими примесями.
Образуется в восстановительной среде при разложении органи-
ческих веществ в угольных залежах, торфяниках, илистых
породах и т. п., особенно в условиях сероводородного зараже-
ния.
На поверхности пирит легко выветривается, выделяя гидраты
окислов железа и серную кислоту. Последняя уходит в раствор
или, взаимодействуя с карбонатами, образует гипс. При отсут-
ствии карбонатов серная кислота действует на гидроокиси же-
леза и глину, образуя сульфаты алюминия и ярозит. В глинах
пирит часто находится в ассоциации с сидеритом и баритом.
Марказит FeS3. Удельный вес 4,6—4,9. Цвет светло-желтый.
В глинах встречается обычно совместно с пиритом и трудно от-
личается от последнего. На поверхности быстро выветривается,
давая гидраты окиси железа и сернистые соединения.
К минералам группы сульфатов относят ангидрит CaSO4 и
гипс двуводный CaSO4-2H5O. Общее количество сульфатных сое-
динений, содержащихся в глинах, ие превышает 1—2%. При рав-
номерном распределении и тоикодисперсном состоянии сульфа-
ты в указанных количествах не оказывают существенного влия-
ния на вспучиваемость глин и качество получаемого керам-
зита.
Из большого количества минералов группы карбонатов в
глинах чаще всего встречаются кальцит СаСО3, доломит
CaMg(CO3), магнезит MgCO3 и сидерит FeCO3. В керамзитовом
сырье допускается содержание не более 6% мелкодисперсного
карбоната кальция. Наличие в глинистом сырье карбонатов каль-
ция в виде каменистых включений делает его непригодным для
производства керамзитового гравия по сухому и пластическому
способу.
Глинистые породы всегда содержат органические вещества.
Физическое состояние и химический состав их весьма разнооб-
разен. Наряду с мало разложившимися остатками органических
веществ растительного нлн животного происхождения в глинах
присутствуют гумусовые вещества сложного состава, образовав-
шиеся в результате химических и биохимических превращений,
связанных с жизнедеятельностью микроорганизмов. Основная
часть органических веществ обычно находится в тонкодисперсном
состоянии и тесно связана с минеральной частью глины, накапли-
ваясь в ее коллоидной фракции. Другая часть разложившихся
веществ иногда представлена скоплениями и натеками по поверх-
ности структурных элементов породы. Наконец, часть органиче-
ского вещества глин может находиться в неразложнвшемся со-
стоянии.
Наличие в глинистой породе до 2% органических примесей
в тонкодисперсном состоянии увеличивает ее способность вспучи-
ваться и является желательным.
28
Из растворимых солей в глинах наиболее часто встречаются
галит NaCl, сильвин КС1, карналит КС1 • MgCl?-6 Н2О, мирабилит
NajSC^-IOHjO, тенардит Na2SO4, эпсомит AlgSO4-7H2O, суль-
фат железа FeSO4, реже натриевая и калиевая селитры NaNOa
и KNO3, В больших или меиьших количествах растворимые соли
содержатся почти во всех глинистых породах.
В отличие от керамического производства, где нежелательно
присутствие в исходном сырье растворимых солей, так как они
обусловливают цветные налеты и пятна на изделиях, при ис-
пользовании глинистых пород для изготовления керамзита рас-
творимые соли, наоборот, считаются полезным компонентом
сырья. При быстром обжиге растворимые соли не мигрируют на
поверхность глиняного материала, а сохраняются равномерно
распределенными по всей массе и тем самым принимают участие
в процессах вспучивания, с одной стороны, как поставщики га-
зообразных продуктов разложения, а с другой, как компонент,
способствующий более раннему размягчению глины.
Засоленные глины, обычно содержащие до 2% растворимых
солей, например майкопские н др., являются замечательным
сырьем для изготовления керамзита.
Новообразованиями называются видимые невооруженным
глазом скопления и выделения различных веществ на поверхно-
сти раздела структурных элементов, а также в порах и трещинах
породы, образовавшиеся в результате физико-химических и био-
химических процессов, протекающих в породе. Скопления орга-
нических веществ имеют черный или темио-бурый цвет, встреча-
ются в виде пятен, примазок, корочек, язычков на поверхности
раздела структурных агрегатов. Скопления гидратов окиси же-
леза бурого и красноватого цвета, имеют вид налетов, пленок,
стяжений, а иногда и зерен. Скопления закисных форм железа
имеют вид сизых, зеленовато-серых или синевато-серых пятеи.
Если закись железа представлена вивианитом, то новообразова-
ния имеют голубую окраску. По наличию тех или других ново-
образований в глинистых породах можно, до известной степени,
судить о генезисе породы.
Гранулометрический состав
Все минералы, входящие в состав полимннеральных легко-
плавких глин, можно подразделить на первичные и вторичные.
К первичным относят минералы, входившие в состав мате-
ринских пород, подвергшихся выветриванию: кварц, полевые
шпаты, слюды, роговые обманки, авгиты, граниты, эпидот, тур-
малин, рутил, циркон, апатит, кальцит, доломит, серпентин,
ставролит, титанит, магнетит, бетит, ангидрит, амфиболы и мно-
гие другие; к вторичным — минералы, образовавшиеся в про-
цессе выветривания, переотложения и преобразования различных
29
пород, в первую очередь глинообразующне минералы группы
Монтмориллонита, гидрослюд, гидрохлорита, вермикулита, као-
линита, а также водные окислы алюминия, окислы и гидроокис-
лы железа и многие другие.
Первичные минералы в глинах, как правило, являются более
прочными и химически более устойчивыми, чем вторичные, что
проявляется в том, что первичные минералы сосредоточиваются
главным образом в более крупных фракциях глинистого сырья
размером более 0,001 мм, тогда как вторичные минералы состав-
ляют основу самых тонкодисперсных фракций. Границей сосре-
доточения первичных и вторичных минералов в глинах можно
считать фракцию 1—5 мк. Так, например, кварц и полевые шпа-
ты сосредоточиваются главным образом во фракции крупнее
5—10 мк, а слюды — среди частиц крупнее 1 — 10 мк. Вторичные
глинистые минералы различают также по физической прочно-
сти и химической устойчивости. Каолинит, например, является
более прочным и химически более устойчивым, чем монтморил-
лонит, поэтому кристаллические частички каолинита измельча-
ются в меньшей мере, чем частицы монтмориллонита. В связи
с этим повышение содержания каолинита в глинах снижает их
дисперсность, и наоборот, при увеличении содержания монтмо-
риллонита степень дисперсности глин сильно возрастает.
Измерениями с помощью электронного микроскопа установ-
лено, что размер частиц каолинита в плоскости спайности состав-
ляет I—0,1 мк, а толщина 0,01—0,02 мк. Размер же кристаллов
монтмориллонита в плоскости спайности значительно меньше,
а по толщине составляет около 0,001 мк.
Отношение длины к толщине у частиц каолинита и монтмо-
риллонита резко различно. Каолинитовые частицы длиной 100—
500 ммк имеют толщину около 20 ммк, тогда как монтморилло-
нитовые частицы длиной 100—300 ммк имеют толщину 1—3 ммк.
Таким образом, отношение толщины к длине для частиц каоли-
нита составляет от 1 :5 до 1 : 25, а для частиц монтмориллони-
та — от 1 : 100 до 1 : 300.
Крупнозернистая часть фракций глии размером более 0,05мм
состоит обычно из первичных минералов, обладающих значитель-
ной физической прочностью. Накопление пылеватых фракций
глин размером 0,05—0,001 мм происходит главным образом за
счет первичных минералов, обладающих значительной химиче-
ской устойчивостью при относительно малой физической проч-
ности.
На основании анализа данных о минералогическом составе
различных фракций глин представляется возможным сделать
следующие выводы. Частицы крупнее 0,01 мм представлены
в глинах преимущественно кварцем при незначительном содер-
жании слюды, полевых шпатов и некоторых других первичных
минералов. Среди частиц размером 0,01—0,005 мм в различных
30
соотношениях содержатся кварц, слюда, полевые шпаты и неко
торыс другие первичные минералы. Фракции 0,005—0,0005 мм
слагаются в различных соотношениях, почти целиком из различ-
ных вторичных минералов группы монтмориллонита, гидрослюд-
ных глинистых минералов, каолинита и др. Частицы менее
0,0005 мм, как правило, нацело сложены из вторичных тонкодис-
персных минералов.
Из сказанного вытекает, что дисперсность глин и их минера-
логический состав тесно взаимосвязаны.
Химический состав
Химический состав легкоплавких глинистых пород обуслов-
лен их минералогическим составом, количеством и составом
примесей и так же разнообразен, как и минералогический со-
став.
В легкоплавких глинистых породах, как показали исследова-
ния, состав основных составляющих, определяемых химическим
анализом, варьирует в весьма широких пределах: SiO2 от 48 до
80%; А120з от 7 до 27%; Fe2Os+FeO от 0,5 до 13,5%; СаО от 0,5
до 20%; MgO от 0,3 до 12%; K.2O+Na2O от 0,5 до 7,5%.
Разумеется, многие из них, если ие большинство, не отве-
чают требованиям, предъявляемым к керамзитовому сырью, по
многим причинам: из-за недостаточной вспучивасмости или от-
сутствия ее, засоренности крупнозернистыми каменистыми или
известковистыми включениями, содержания сверх допустимых
пределов вредных для производства керамзита и его применения
известковистых и сернистых примесей и т. п.
Большой интерес представляет закономерность распределе-
ния по разным фракциям глин различных составляющих, опреде-
ляемых валовым химическим анализом. С уменьшением дисперс-
ности глин содержание SiO2 увеличивается. Это явление обычно
связано с запесоченностью глин. С увеличением дисперсности До
известного предела содержание SiO2 уменьшается, а полуторных
окнелов Л12О3 и Fe2O3 возрастает. Во фракциях глины менее
1 мк при дальнейшем их разделении содержание Л12О3 и SiO2
почти не изменяется, а содержание Fe2O3 возрастает. В боль-
шинстве случаев с ростом дисперсности содержание MgO и К2О
увеличивается, а СаО уменьшается. С уменьшением дисперсно-
сти глинистых фракций содержание органических веществ уве-
личивается.
31
ЗАВИСИМОСТЬ ВСПУЧИВАНИЯ ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ
ПРИ ОБЖИГЕ ОТ ЕГО ХИМИЧЕСКОГО,
МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО И ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВОВ
Химический, минералогический и гранулометрический соста-
вы легкоплавких глинистых пород в решающей степени влияют
на их вспучивание и образование ячеистой структуры керамзи-
та. Однако анализ каждого нз Перечисленных факторов без их
взаимосвязи нередко приводит к ошибочным оценкам качества
керамзитового сырья.
Химический состав глинистых пород оказывает значительное
влияние и а процесс вспучивания главным образом потому, что
он обусловливает образование пнропластической массы при об-
жиге с оптимальной для порообразования вязкостью в пределах
определенного, достаточно широкого интервала температур
(50—200°).
Одиако, каким бы благоприятным ин было сочетание хими-
ческих составляющих, создающих необходимые реологические
условия для порообразования размягченной массы, этого недо-
статочно, чтобы произошло само вспучивание. Дело в том, что
в отличие от ряда других видов искусственных пористых мате-
риалов — пеностекла, пенопластов, газобетона и т. п., где поро-
образующий агент специально вводится в массу, поры в керам-
зите образуются за счет внутренних ресурсов исходной глинистой
породы.
Важнейшее значение минералогического состава как раз п со-
стоит в том, что ои предопределяет сложный физико-химиче-
ский процесс структурообразования керамзита, включая фазо-
вые превращения на основных стадиях термообработки, ряд
компонентов которого (глинистые и некоторые другие минералы,
органоминеральная часть) участвуют непосредственно или во
взаимодействии в образовании пористой структуры с выделением
газо-парообразной фазы, без чего невозможно парообразование
и вспучивание. Кроме того, от минералогического состава глини-
стого сырья в основном зависит и химический состав. Сущест-
венное значение имеет и гранулометрический состав, обусловли-
вающий в известной мере минералогический, а следовательно,
и химический состав. Наконец, степень дисперсности частиц ми-
нералов оказывает большое влияние на скорость, температуру и
полноту протекания физико-химических процессов при обжиге,
в частности на образование расплава, его вязкость, структурные
особенности керамзита и его прочность. Чем мельче частицы гли-
нистого сырья, тем быстрее и полнее протекают физико-химиче-
ские процессы, тем однороднее расплав и структура керамзита,
тем выше его прочность.
Химический состав вспучивающихся глинистых пород колеб-
лется в широких пределах. Поэтому важно было установить пре-
делы содержания каждого компонента, определяемого анализом,
32
и их соотношение для вспучивающегося и невспучивающегося
глинистого сырья, а также для сырья, обладающего различной
степенью вспучивания. Автором исследованы легкоплавкие гли-
нистые породы СССР, обладающие различной вспучпваемостью.
По результатам этих исследований и многочисленных испыта-
ний глинистых пород мы предложили условно разделить глини-
стое сырье на четыре группы.
Первая группа представлена хорошо вспучивающимся сырь-
ем, позволяющим в оптимальных условиях лабораторных обжи-
гов по ступенчатому режиму термообработки получать образцы
керамзита с объемным весом в куске в пределах 0,2—0,5 г/см2
и с коэффициентом вспучивания свыше 4,5. В производственных
условиях обжига в одиобарабаиных вращающихся печах, отли-
чающихся рядом серьезных несовершенств (см. раздел «Обжиг
керамзита»), влияющих на полноту протекания процесса вспу-
чивания, из этой группы керамзитового сырья удается получить
керамзит с насыпным объемным весом 250—350 кг/м3, а в куске
400—600 кг/м3 с коэффициентом вспучивания примерно от 3 до
4J5. Лишь с применением специальных методов, например обво-
лакивающих добавок, институту НИИКерамзпт удалось полу-
чить в производственных условиях из хорошо вспучивающейся
смышляевской глины керамзитовый гравий с насыпным объем-
ным весом 150 кг/м3, с коэффициентом вспучивания около 7,5
и достигнуть вспучиваемостн, получаемой в лабораторных
условиях.
Помимо высокой вспучиваемостн характерной особенностью
керамзитового гравия, получаемого при нормальном обжиге из
тщательно переработанного хорошо вспучивающегося сырья, яв-
ляется его равномерная, мелкоячеистая структура внутри и тон-
кая, в большинстве своем шероховатая, наружная оболочка
зерен.
Выделение в самостоятельную классификационную группу хо-
рошо вспучивающегося сырья, из которого получается керамзит
с насыпным объемным весом 250—350 кг/м3, имеет еще и ту по-
ложительную сторону, что иа основе именно такого заполнителя
приготовляют, как показал опыт, теплоизоляционный и особенно
эффективный, конструктивно-теплоизоляционный керамзитобетон
для ограждающих конструкций марки 50 с объемным весом 700—
850 кг/м3, что, как правило, недостижимо не только для других
видов искусственных пористых заполнителей, но и керамзита
с более высоким объемным весом.
Ко второй группе отнесено средне вспучивающееся сырье, из
которого в лабораторных условиях можно получать керамзит
с объемным весом в куске 0,5—0,8 г/см3, с коэффициентом вспу-
чивания в пределах 2,5—4,5, а в производственных — с насып-
ным объемным весом 400—550 кг/м3 и в куске 600—850 кг/мл,
с коэффициентом вспучивания в пределах 2—3.
33
Получаемый с соблюдением нормальных технологических ус-
ловий керамзитовый гравий из сырья этой группы также имеет
равномерную структуру внутри, но поверхностная корка зерен
толще, чем у хорошо вспучивающихся глинистых пород. Под
влиянием железистых и органических добавок большая часть
пород этой группы повышает свою способность вспучиваться и
может быть переведена в группу хорошо вспучивающихся гли-
нистых пород.
Из сырья этой группы получают керамзитовый гравий, на
основе которого можно получить достаточно эффективный конст-
руктивно-теплоизоляционный керамзитобетои марки 50 с объем-
ным весом 850—1000 кг/м3 и конструктивный керамзитобетои ма-
рок 75—200 с объемным весом в пределах 1000—1600 кг/л3.
К третьей группе отнесено слабо вспучивающееся глинистое
сырье, на основе которого может быть в лабораторных условиях
получен керамзит с объемным весом в куске от 0,8 до 1,2 г/см\
с коэффициентом вспучивания ниже 2,5, а в производственных —
с насыпным объемным весом от 550 до 850 кг/ти3 и в куске от 850
до 1350 кг/м3, с коэффициентом вспучивания около 1,2—2.
Из сырья второй и третьей групп получают весьма эффектив-
ный керамзитовый гравий для конструктивного н высокопрочного
ксрамзитобетона с объемным весом 1000—1800 кг/м3 и проч-
ностью от 100 до 500 кГ/см3 и выше.
Вместе с тем опыт показал, что на основе ряда разновидно-
стей слабо вспучивающегося сырья с применением железистых
и органических добавок может быть получен керамзитовый гра-
вий с объемным весом в пределах 400—550 кг/м3, который при-
годен для производства эффективного конструктивно-теплоизо-
ляционного керамзитобетоиа марки 50, с объемным весом в пре-
делах 900—1000 кг/м3. Это обстоятельство тем более важно, что
в большинстве районов страны отсутствуют не только хорошо
вспучивающиеся, но и средне вспучивающиеся глинистые породы,
а имеются лишь слабо вспучивающиеся суглинки.
К четвертой группе отнесено практически не вспучивающееся
при обжиге глинистое сырье.
Классификация глинистого сырья приведена в табл. 1.
На основе результатов исследований установлены следую-
щие общие закономерности, характерные для большинства лег-
коплавких железистых глинистых пород.
С повышением содержания в хорошо вспучивающемся сырье
AI2O3, FesOs+FeO; KsO+NajO и органических веществ до опре-
деленного предела, вспучиваемость пород возрастает, а при
уменьшении — снижается. Влияние же кремнезема обратно —
с уменьшением его содержания вспучиваемость увеличи-
вается.
Указанную закономерность подтпердили результаты наших
исследований искусственного облагораживания средне и слабо
вспучивающихся глинистых пород удалением из иих путем отму-
34
Группа сырья	Пределы содержания основных химических составляющих в %					
	SiO2	А 1,0,	FeO + Fe,O3	СэО	MgO	R.0
Перл а я (высоко вспучи- вающееся) 		48-60	17-26	6,5-12	0.5—3	До 4	1,5-7
Вторая (средне вспучи- вающееся)	...	53-68	14-20	4,5—6	1-3	» 4	1,5-5
Третья (слабо вспучи- вающееся) .	...	65-73	10-15	3,5-6	До з	» 4	1—4
Четвертая (не вспучи- вающееся) 		55—82	8—12	2—5,6	» 12	» 7	ДоЗ
органические
Характеристика вспучнваемостн без добавок
	в лабораторных уелоВПЯХ		в производственных		условиях
	объемный	коэффи	насыпной	объемный	фактиче- ский
и	вес в	циект	объемный	вес в	коэффи
	куске в	вслучи	вес в	куске	циент
£	г/см9	ваяй я		в кг/м9	вспучива- ния
					зерен
1-2,5	0,2—0,5 Более 4,5 150 —350 400—600	4-3
0,3—2	0,5—0,8 2,5—4,5 350—550 600—850	3-2
0,1—0,5	0,3-1,2 До 2,5 550-850 850-1 350	До 2
0—0,5	Свыше	—	Свыше Свыше 1,35	850	1 350	—
Таблица -
Валовой химический состав и вспучиваемость природных глин и суглинков и выделенных из иих фракций
Глины и суглинки	Размер фракции ГЛИН в мм	Содержание в %														Вспучиваемость	
		S1O,	Л1,о,	FejO,	FeO	МпО	по,	СаО		К,0	NasO	so,	п,п.п.	сумма	органи- ческие вещества	объемный вес в а/см*	коэффи- циент вспучи- вания
Глины: парсуков- ская	Нефракцно- нированная	55,1	20,57	6.9	1,18	0,05	0,58	2,36	2,95	2,24	0,63	0,03	8,69	99,76	0.9	0,73	7,8
	<0,01	53, 14	21,8	6.46	1,02	0,05	0,56	1,68	2,98	2,25	0,6	0,03	9,04	99,41	1,06	0,24	7
	<0,005	51,91	24,3	6,43	0.96	0,04	0,63	0,69	3,06	2,28	0,51	0,02	9,47	99,53	1.3	0.26	6,7
	<0,001	50,25	25,16	6.4	0.9	0,04	0,51	0,36	3,17	2,39	0,45	Следы	10,2	99,83	1,46	0,24	7
лианозов- ская	Нефракцио- нированная	67,92	15,55	4,78	1,03	0,04	0,74	1	2,23	1,52	0,98	»	5,47	100,91	1,36	0,95	1,9
	<0,01	57,01	19,21	8,28	1,05	0,3	0,74	0,63	2,3	1,58	0,69	0,08	7,92	99,82	1,65	0,48	3,8
	<0,005	52,63	21,48	9,06,	1,09	0,5	0,78	0,42	2,43	1.7	0,41	0,18	9,15	99.78	1,84	0.38	4.9
	<0,001	50,14	22,96	10,48	1,18	0.51	0,61	0,47	1,95	1,78	0,41	0,14	10,04	100,67	2.07	0.25	6,5
Суглинки: приокский	Нефракцио- нироаанный	70,6	14,72	5,04	0,75	0,48	0,55	1,39	0,96	0,22	0,96	0,07	4,55	100,29	0,54	0,73	2,3
	<0,01	59,28	18,21	8,43	0,92	0.6	0,6	0,53	1,34	0,6	2,22	0,12	7,36	100,21	1,12	0,35	5,1
	<0,005	54,36	19,34	9,38	0.89	0,53	0,57	0.54	1,69	2,1	0,66	0.12	0,09	99,94	1,25	0.23	7,6
	<0,001	50,15	21,92	11,12	1,41	0.66	0,57	0,31	1,85	1.77	0,16 1,1 0,87	0,16	10,33	100,3	1,47	0.15 1	11,3
рязанский	Нефр акцио- нированный	71	14,08	3,96	0,78	0,08	0,43	1,72	1,4!	2,04		0,1	4,1	100,91	0,28		1,75
	<0,01	58,13	20,74	7,41	0,82	0,21	0,49	0,86	1,59	2,2		0,13	6,8	99.85	0,55	0,48	3,6
	<0,005	54,41	21,85	8,31	0,91	0,43	0,51	0,48	1,82	2,36	0.6	0,12	7,92	99,51	0.81	0,31	5,4
	<0,001	51,8	22,4	9,45	0,94	0,5	0,54	0,45	1,95	2,45	0,41	0,15	9,01	100,46	1.14	0.27	6,3
курский	Нефр акцио- нированный	79,5	10,95	4,02	0.44	0.02	0,54	2,25	1,43	1,74	0,33	0.08	4,29	99,87	0.27	1	1,7
	<0,01	58,85	19,28	7	0,63	0,11	0,6	1,42	1,54	1,83	0,56	0.14	7,28	100,05	0,54	0.4	3,9
	<0,005	55,92	21,08	8,23	0,7	0,25	0,64	0,91	1.8	1,9	0,45	0,16	8,14	100,08	0,95	0,34	5,2
	<0,001	51,86	22,91	9,68	0,85	0.34	0,68	о,бо	2,05	2,16	0,48	0,15	9,81	99,5	1,22	0,28	6
чнвания или центрифугирования крупных инертных фракций,
состоящих преимущественно из неглинистых минералов.
В табл. 2 приведены данные, характеризующие вспучивае-
мость исходных проб типичного керамзитового сырья всех трех
групп вспучивающегося
сырья, выделенных из них
фракций, и нх химический
состав.
Рис. 8. Зависимость содержания кремне-
зема от размера выделенных фракций
глин I — парсуковской; 2 — иурлатской; 3 —
«опоиерусалкмской; 4 — лианозовской; суг-
линков 5 — бескудниковского; б —лианозов-
ского; 7 —• Приокского; 8 — рязанского; 9 — кур-
ского; 10 — хлюпннского
Рис. 9. Зависимость содержания
глинозема от размера выделенных
фракций ^обозначения как на
рис. S)
На рис. 8—12 показаны кривые зависимости содержания
кремнезема, глинозема, окислов железа, потерь при прокалива-
нии н органических примесей от размера частиц глии и суглин-
ков, а на рис. 13 — графики взаимозависимости всп^чиваемости и
37
Размер фракций 8 мм
Рис. 10. Зависимость содержания Окне
лов железа от размера выделенных
фракций (обозначения как на рис. 8)
Рис. 11. Зависимость содержания
потерь при прокаливании от раз-
мера выделенных фракции (обо-
значения как на рис. 8)
2,5
Размер фракции 8 мм
Рис. 12. Зависимость содержания
органических примесей от размера
выделенных фракций (обозначения
как на рис, 8)
Рис. 13. Взаимозависимость гранулометриче-
ского состава глин и суглинков и их вспучи-
ваемости при обжиге (обозначения как на
рис. 8)
гранулометрического (в данном случае и химического) состава
сырья.
Оказалась, что с увеличением степени днсперсиости глини-
стого сырья резко изменяется содержание в нем многих компо-
нентов. Так, у слабо вспучивающихся суглинков содержание
3J
кремнезема при этом уменьшается с 70—73 до 50—52%; глино-
зема, наоборот, увеличивается с 12,74—14,72 до 21,92—23,96%.
Увеличиваются также п. п.п. с 4,1—4,55 до 9,01 — 10,3%.
Особенно заслуживает внимания тот факт, что с уменьшением
размера выделенных фракций в них значительно повышается со-
держание окислов железа и органических примесей. Если в при-
родных слабо вспучивающихся разностях суглинков содержание
окислов железа было в пределах 4,5—5,5%, то с удалением круп-
ных фракций оно возросло до 10,5—12,5%, т. е. в два раза, а со-
держание органических примесей увеличилось с 0,28—0,54 до
1,14—1,5%, или в четыре-пять раз.
Такое изменение химического состава приводит к резкому
увеличению вспучиваемости сырья. Если коэффициент вспучива-
емое™ природных суглинков 1,7—2,3, то при измененном составе
он достигает 6,5—11,3, что присуще хорошо вспучивающимся
глинистым породам.
Существенно, хотя и несколько слабее, повышают вспучивае-
мость под влиянием изменения гранулометрического и химиче-
ского состава средне вспучивающиеся глинистые породы.
Хорошо вспучивающиеся глнны, которые в природном состоя-
нии весьма тонкодисперсны, при отмучивании почти не изменяют
своего химического н гранулометрического состава н присущей
им высокой способности к вспучиванию.
Экспериментально установленный факт возможного превра-
щения слабо вспучивающегося сырья в хорошо вспучивающееся
удалением части неглинистых минералов имеет большое практи-
ческое значение для расширения сырьевой базы производства
керамзита.
Особенно результативным оказался этот метод при установ-
лении роли ряда вторичных глинистых минералов в процессах
вспучивания легкоплавкого глинистого сырья. В противополож-
ность мнению о главной и даже монопольной роли первичных
минералов — амфибол и слюд, как единственного источника паро-
газообразной фазы при вспучивании, мы доказали, что глинистые
породы, освобожденные от первичных минералов и тем самым
обогащенные тонкодисперсными вторичными глинистыми мине-
ралами группы монтмориллонита, гидрослюд и др., а также оки-
слами железа и органомииеральным комплексом, вспучиваются
во много раз интенсивнее, чем исходные пробы, содержавшие
амфиболы и слюды.
Впервые исследования минералогического состава хорошо,
средне и слабо вспучивающегося керамзитового сырья СССР
с использованием современных методов химического, петрогра-
фического, термографического и реитгеноструктурного анализов,
а также окрашивания суспензии глины метиленовым голубым и
бензидином по Веденеевой и выборочно на электронном микро-
скопе были выполнены в 1957 г. С. П. Онацким, В. С. Фадеевой
40
и Б. С. Горшковым в физико-химической лаборатории
ВНИИНСМ с участием института НИИСтройкерамика.
По характерным для каждого минерала эндотермическим и
экзотермическим эффектам, фиксируемым на термограммах,
дифракционным эффектом на рентгенограммах, изменению цвета
суспензии в растворе метилового голубого при добавке КС1, на-
личию на электрономикрофотографиях мелких, бесформенных
частиц монтмориллонита, гексагональных пластинок каолинита,
кривых чешуек гидрослюды и т. п., молекулярным отношениям
SiOjiAljOs и петрографическим исследованиям было установле-
но следующее.
1.	Хорошо вспучивающиеся глины типа парсуковской, нур-
латской и котласской с коэффициентом вспучивания более 4,5
сложены в основном из глинистых минералов группы монтмо-
риллонита и гидрослюды с небольшой примесью каолинита.
Характерной особенностью этих глин является их тонкозерни-
стость. Содержание псамоалевритовых фракций в них не превы-
шает 3—5%, тогда как количество тонкодисперсных фракций
(размером менее 0,005 мм) достигает 85—92%. В глинах мини-
мально содержание свободного кварца (5—12%); примесь поле-
вого шпата, слюды, гнпса, глауконита и отдельных зерен акцес-
сорных минералов незначительна.
2.	Средне вспучивающиеся глины типа лианозовской, новопе-
русалимской и др. с коэффициентом вспучивания в пределах
2,5—4 сложены в основном из тех же глинистых минералов, со
значительным преобладанием гидрослюды и повышенным со-
держанием примеси каолинита. Содержание глинистых фракций
в них снижается до 60—65%, а количество свободного кварца
возрастает до 30—40%. Отмечается также повышение содержа-
ния полевого шпата, глауконита, слюды и акцессорных мине-
ралов.
3.	Слабо вспучивающиеся суглинки типа бескудниковского,
лосиноостровского и др. с коэффициентом вспучивания 1,7—2,2
сложены нз гидрослюд, бейделлита и каолинита с примесью
монтмориллонита и большого количества свободного кварца, со-
держание которого достигает 45—50%. Увеличивается содержа-
ние других балластных минералов — полевого шпата и акцессор-
ных, а количество глинистых фракций снижается до 42—50%.
4.	Не вспучивающиеся суглинки отличаются от слабо вспучи-
вающихся большим содержанием глинистых фракций н еще боль-
шим количеством примесей свободного кварца и других балласт-
ных минералов.
Выделенные из глины и суглинков фракции размером более
0,01 мм сложены из первичных минералов. Материал этих фрак-
ций обладает слабой связующей способностью н полностью
лишен способности к вспучиванию.
4)
Вместе с тем выделенные из вспучивающихся и не вспучиваю-
щихся глин и суглинков тонкодисперсные глинистые фракции,
минералогический состав которых сложен из монтмориллонита,
минералогический состав которых включает монтмориллонит,
гидрослюды, бейделлит, иногда вермикулит и примеси каолини-
та в различных соотношениях, вспучиваются весьма интенсив-
но. Коэффициент их вспучивания достигает 4,5 и более.
Таким образом, очевидно, что резкое снижение вспучиваемо-
сти легко, средне, слабо и не вспучивающихся глин и суглинков
обусловлено не столько природой глинистых минералов, сколько
содержанием в них большого количества инертного балластного
материала — свободного кварца, полевого шпата, акцессорных
и других глинистых минералов, размер частиц которых превы-
шает 0,01 мм.
Повышенная вспучиваемость тонкодисперсных фракций обу-
словлена, следовательно, не первичными, а указанными выше
вторичными глинистыми минералами и благоприятным сочета-
нием химических компонентов, определяющим оптимальные
реологические параметры пиропластической массы. Это обуслов-
ливается особым характером строения и состава кристаллических
решеток минералов группы монтмориллонита, гидрослюды, вер-
микулита, бейделлита и др., в частности свойствами замещения
одних ионов другими, особенно ионов Si4+, А1э+, Fe3+, Mg2+, Fe2+,
Na+ и K+. Последнее связано с понижением температуры плавле-
ния минералов и созданием оптимальной вязкости расплава,
а также с прочностью связи в кристаллической решетке консти-
туционной воды третьего эндотермического эффекта, которая
удаляется при температуре выше 1000° С и участвует в порооб-
разовании как газообразная фаза.
Вместе с тем важную положительную роль в процессах вспу-
чивания могут играть и другие сопутствующие минералы с раз-
мером частиц менее а—10 мк— слюды, полевой шпат, различные
железосодержащие минералы, минералы, содержащие щелочи,
а также органические вещества.
Анализ свойств сырья для производства керамзита дает воз-
можность заключить, что лучшим сырьем для изготовления ке-
рамзита по наиболее экономическому сухому способу являются
однородные по составу высоко вспучивающиеся камнеподобные
глинистые породы, которые при дроблении дают крошку разме-
ром примерно от 5 до 25 мм в поперечнике во всех направлениях,
а лучшими глинами для производства керамзита по пластиче-
скому способу являются высоко вспучивающиеся однородные
породы любого строения, хорошо поддающиеся размоканию и
разрушению естественной структуры, с карьерной влажностью,
нс превышающей формовочную, что позволяет легко перераба-
тывать их в полуфабрикат, пригодный для вспучивания на ме-
ханизмах несложной конструкции.
42
Действующим нормативным документом (Указаниями по
испытанию сырья для производства керамзитового гравия) пре-
дусмотрены следующие основные требования к нему:
а)	керамзитовый гравий, изготовленный из природного гли-
нистого сырья или с добавками, стимулирующими его вспучивае-
мость, должен удовлетворять требованиям ГОСТ 9759—65 на ке-
рамзитовый гравий;
б)	максимальная температура вспучивания не должна пре-
вышать 1250° С.
в)	интервал вспучивания должен быть не менее 50°.
Глава вторая
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ОБРАЗОВАНИЯ КЕРАМЗИТА
Вспучивание глинистых пород при обжиге исследователи изу-
чают более полустолетия, однако лишь немногие из них одно-
значно объясняли природу этого процесса. Мнение же большин-
ства резко расходится. Только в последние два десятилетия,
когда производство керамзита получило значительное развитие
во многих странах мира, а ученые стали использовать современ-
ные методы исследований, начинает складываться научно обос-
нованный взгляд на процессы вспучивания.
В поисках обоснованных представлений о физико-химических
процессах вспучивания глинистого сырья и использования их
для разработки эффективной технологии керамзита, автор вы-
полнил комплекс теоретических и экспериментальных исследова-
ний химического и минералогического состава типичных вспучи-
вающихся глинистых пород, нх вязкости, окислительно-восстано-
вительных процессов, гаэообразующих составляющих, струк-
турообразования материала в различных условиях и наметил
теоретические основы образования керамзита, охватывающие
физико-химические и технологические факторы вспучивания гли-
нистых пород.
Для производства различных материалов применяют разно-
образные способы поризации: вспенивание, механическое защем-
ление газообразной фазы (пеносиликат); выгорание органиче-
ских веществ (пористый кирпич); искусственное воздействие на
размягченный материал газо-парообразной фазы извне (шлако-
вая пемза); спекание гранулированной шихты с образованием
межзерновой пористой структуры (аглопорит) и др.
Особое место среди них занимает способ поризации материа-
лов вспучиванием размягченной массы изнутри газообразной
фазой, содержащейся в шихте или искусственно введенной в нее.
По этому принципу материалы как минерального, так и орга-
нического происхождения вспучиваются лишь в том случае, если
их масса приведена в состояние определенного размягчения,
характеризующегося оптимальной вязкостью при одновременном
выделении в этот период (т. е. в период размягчения массы)
равномерно распределенных газообразных продуктов, способных
произвести работу ее расширения. Степень же расширения и ха-
44
рактер ячеистой структуры вспученных материалов (размер и
форма пор, открытая нлн закрытая пористость), а также меха-
низм ее образования, зависят, кроме, того, от сил поверхностного
натяжения, природы и количества газов.
Поэтому мы полагаем, что при рассмотрении причин вспучи-
вания глинистых пород и выявлении физико-химической природы
этого процесса необходимо учитывать действие тех или иных
Рис. 14. Схема физико-химических процессов вспучивания глинистых пород
при обжиге
факторов, прежде всего с точки зрения их влияния на вязкость,
газовыделение в момент оптимального размягчения пиропласти-
ческой массы и поверхностные явления, развивающиеся на гра-
ницах твердой, жидкой и газообразной фаз.
Схема физико-химических процессов вспучивания при обжиге
глинистых пород приведена на рис. 14.
УСЛОВИЯ ГАЗООБРАЗОВАНИЯ
И ГАЗООБРАЗУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
Знание состава газовой фазы, вспучивающей пиропластичс-
скую глинистую массу при обжиге, и источников ее возникнове-
ния представляет не только большой теоретический, но н практп-
45
ческий интерес, так как позволяет глубже вскрыть физико-хими-
ческий механизм порообразования материала н разработать
меры по его регулированию и выбору исходного качественного
сырья для производства керамзита. Следует, вместе с тем, под-
черкнуть, что одного определения состава вспучивающих газов
и источника их еще недостаточно. Необходимо установить, при
каких условиях проявляется их положительный эффект, обеспе-
чивающий оптимальное вспучивание глинистой массы. Это поло-
жение тем более важно, что практика знает немало случаев,
когда при определенных условиях термобработки в значитель-
ной мере утрачивают или даже полностью теряют способность
вспучиваться не только слабо вспучивающиеся, но и хорошо
вспучивающиеся глинистые породы.
Казалось бы, проще всего установить состав газовой фазы,
вспучивающей материал, непосредственным определением, мето-
дом анализа. Одиако предпринятые многими исследователями
попытки прямого определения состава газовой фазы пор из-за
методологических трудностей, все еще не дали однозначных,
особенно количественных, результатов.
Так, С. Остин, Д. Нюне и Н. Салливен в составе газовой
фазы пор вспученных образцов глинистых пород нашли СО2, Н2О
и SO2. Так как карбонаты разлагаются до температуры, при ко-
торой происходит вспучивание, они считают, что наличие СО2
в газовой фазе обусловливается восстановлением окислов желе-
за элементарным углеродом. Этот вывод сделан на основании
того, что вспучиваине наблюдалось не только в окислительной
среде, когда к элементарному углероду мог быть обеспечен до-
ступ кислорода воздуха, но н в атмосфере азота. Наличие S02
в газовой фазе онн объясняют разложением сульфатов, а Н2О —
разложением минералов и примесей, содержащих конституцион-
ную воду. Этн авторы пришли также к выводу, что простое тер-
мическое расширение газов, имеющихся в порах глинистого ма-
териала, не вызывает вспучивания.
А. И. Полинковская при определении состава газов в порах
керамзита методом микрогазового анализа, разработанного
И. Энсом и модифицированного В. Г. Воано и В. В. Полляк, не
обнаружила газов, кроме воздуха.
Е. Элерс нашел в порах керамзита только СО2.
М. А. Безбородов, Л. К- Петров н Н. П. Гришина в порах
вспученных образцов керамзита, полученного из различных глин,
обнаружили СО, СО2, SO2 и кислород. Эти исследователи не
определяли конституционную воду и не указывали на возмож-
ность ее присутствия в порах керамзита.
Широкие исследования с применением оригинальной методи-
ки выполнили А. В. Жуков н В. В. Спектор. Они сконструировали
аппаратуру, с помощью которой в герметически закрытой шаро-
вой мельнице извлекали и собирали в бюретки газовую фазу
пор керамзита, а затем анализировали ее по общеизвестной
46
методике с использованием поглотителей. А. В. Жуков и
В. В. Спектор установили, что в порах керамзита, полученного
из глин УССР, в различных соотношениях содержатся СО, СО2,
SO2 н Н2О. Однако метод, примененный в этих исследованиях,
позволяет с необходимой точностью определять не состав газо-
вой фазы пор керамзита, а газы, высвобождающиеся из керам-
зита при определенной температуре нагревания. На этом при-
боре трудно также определить в порах керамзита пары воды из-
за их конденсации на внутренней поверхности шаровой мельницы.
В. Шелеман и Н. Фастабенд определяли состав газовой фазы
пор керамзита методом раздавливания под водой вспученных
образцов. Они собирали всплывающие пузырьки газа в бюретку
и анализировали его с помощью хроматографа. Этим методом
они определили наличие в порах Н2, О2, N2, СО и СО2 в различ-
ных соотношениях. Следует заметить, что примененный метод
отличается неточностью, так как многие анализируемые газы
(СО2, SO2, H2S, Н2О) растворяются или теряются в воде.
С. П. Онацкий и А. Н. Рязанцев исследовали состав газовой
фазы пор керамзита с применением специального прибора для
отбора газов и их анализа с помощью масс-спектрометра. В на-
гретую до 300—350° С камеру прибора быстро переносят только
что вспученные гранулы керамзита, заполняют ее аргоном, ос-
вобождая от воздуха, и при полной герметизации системы раз-
давливают гранулы; высвобождающиеся из пор вспучивающие
газы поступают в пипетку для последующего анализа на масс-
спектрометре МИ-1305. Пары воды собирают с помощью кар-
бида или гидрида кальция, а образующиеся ацетилен или водо-
род поступают в бюретку для анализа.
Выборочные результаты анализа газо-парообразной фазы
пор керамзита из природного глинистого сырья приведены
в табл. 3.
Таблица 3
Состав газовой фазы пор керамзита
Порода	Содержание в %						
	СО	СО,	Н.0	N,	О,	Н,	сн4
Глииы: парсуковская 		80,23		19,76				
волгоградская 		53,2	3,БЗ	10,32	24,67	8,21	—	0,11
Суглинки: лосиноостровский . . .	70,1	4,42	15,71	4,72	1,26	3,79		
красноярский 		34,28	7,92	3,39	41,21	13.2	—	—
Анализ показывает, что газовая фаза пор керамзита в основ-
ном состоит из СО, Н2О и СОг. В ряде образцов обнаружены,
кроме того, водород и углеводороды, а также воздух, проникший
в поры, по-видимому, при перемещении образцов в прибор пли
при выдержке их в процессе вспучивания.
4?
Большой разброс количественных показателей по отдельным
составляющим и их изменение прн малейшем видоизменении ус-
ловий опыта (температуры и времени вспучивания, быстроты
перемещения образцов в нейтральную среду при извлечении га-
зов, частичная конденсация на внутренних стенках прибора па-
ров воды, трудно улавливаемых поглотителем, и т. п.) свидетель-
ствует о необходимости дальнейшего совершенствования мето-
дики отбора проб газов. Качественная же характеристика газо-
вой фазы, составлявшей основную задачу поставленных опытов,
не вызывает сомнений — поры керамзита в момент вспучивания
содержат не один, как утверждают некоторые исследователи,
а несколько газов, включая Н2О, СО2 и СО.
Хотя исследования в этой области не закончены, автор по-
лагает, что вспучивание различных глинистых пород в различ-
ных условиях обусловливается не одним каким-либо газом,
а различными газами, притом во многих случаях одновременно
несколькими. Более того, даже одна и та же глинистая порода
в различных условиях термической обработки может быть вспу-
чена за счет различных газов или видоизменяющегося их соот-
ношения в порах. Это положение подтверждается не только
результатами определения состава газовой фазы пор керамзита,
но и следует из анализа самой природы вспучивания глини-
стых пород. Источников газообразования последних на темпера-
турном уровне образования пористой структуры, как правило,
несколько. К их числу на различных стадиях обработки следует
отнести следующие вещества.
Свободную и физически связанную воду, которая, как изве-
стно, испаряется при 100—180° С. Поэтому, очевидно, что ока-
зать влияние на рассматриваемый вид вспучивания непосредст-
венно как порообразующий агент эта вода не может. Однако
свободная и физически связанная вода, так же как и Значитель-
ная часть химически связанной воды минералов, содержащихся
в глинистых породах, оказывает косвенно благоприятное влияние
на процессы, обусловливающие вспучивание. При быстром нагре-
вании она задерживает преждевременное развитие ряда окисли-
тельно-восстановительных реакций н последние смещаются
в область более высоких температур.
На возможность участия в процессах вспучивания химичес-
ки связанной (конституционной) воды обращали внимание
в своих работах еще Г. Вильсон, П. Н. Галкин с сотрудниками,
И. А. Гервидс и другие исследователи. Однако их высказыва-
ния носили общий характер или касались конституционной во-
ды первичных минералов (амфибол, слюд и т. п.), редко или в
незначительных количествах присутствующих в глинах. Впер-
вые участие в процессах вспучивания конституционной воды вто-
ричных глинистых минералов было обосновано С. П. Онацким
на основании аналитических и минералогических исследований
вспучивающихся глин.
48
При постепенном нагревании основная часть конституцион-
ной воды удаляется при 200—800° С. Однако, как это видно из
рассмотрения кривых нагревания (см. рис. 2—7), некоторая
часть конституционной воды ряда минералов — монтморилло-
нита, гидрослюды, вермикулита, каолинита н др.— даже в усло-
виях длительного обжига может сохраниться до 900—1150° С.
Прн быстром обжиге, когда термическая обработка от 600 до
1150° С продолжается около 8—10 мин и происходит со ско-
ростью 55—70 град! мин, остатки конституционной воды минера-
лов удаляются при температуре их вспучивания и, несомненно,
принимают участие в порообразовании и вспучивании пиропла-
стической глинистой массы.
В последние годы эти взгляды нашли подтверждение в ра-
ботах Б. Н. Виноградова, Л. И. Врублевского, Н. С. Мануйло-
вой, С. М. Сухановой и других исследователей. Разница состоит
в том, что эти исследователи приписывают конституционной
воде монопольную роль, тогда как автор считает ее одним из
компонентов.
Газообразные продукты диссоциации карбонатов. Легко-
плавкие глины, как правило, содержат карбонаты кальция и
магния, реже — железа и марганца. Диссоциация карбонатов
начинается тогда, когда упругость диссоциации превышает пар-
циальное давление углекислоты, находящейся в газовой среде.
Практически карбонат кальция интенсивно разлагается при
850—950° С, карбонат магния — при 500—600° С и карбонат
железа — прн 400—500° С. Так как диссоциация карбонатов за-
висит от скорости нагревания, а также от количества н физи-
ческого состояния минералов, то реакции их разложения при
быстром обжиге, по-видимому, могут перемещаться в область
более высоких температур. В этом случае продукты диссоциа-
ции карбонатов могут явиться одним из источников газообра-
зования фазы, участвующей в процессе порообразования массы.
Сульфаты и сульфиды. Диссоциация сульфата кальция
CaSO< происходит прн 1204° С. В восстановительной среде, а
также в присутствии других составляющих разложение суль-
фатов начинается при более низких температурах. Высвобож-
дающийся прн этом SO2 следует рассматривать как один из
возможных агентов, вспучивающих глину. Примеси в виде пи-
рита, марказита и других сульфидов железа при нагревании
высвобождают серу, которая, взаимодействуя с кислородом, об-
разует SO2 и SO3. Последние также могут явиться вспучиваю-
щими глину газами.
Окисление углерода начинается при температурах воспламе-
нения органических веществ, но полностью он выгорает практи-
чески при 900—1000° С, когда прекращается противоток газооб-
разных продуктов изнутри материала, препятствующий доступу
воздуха. При быстром обжиге и недостатке кислорода углерод
выгорает в области температур, при которых размягчается гли-
3 Зак. 95
49
нистая масса. Это позволяет отвести углероду значительную
роль в процессе вспучивания. Особо следует подчеркнуть, что
в практических условиях обжига керамзита углерод полностью
не выгорает. Как показывают исследования, готовый керамзи-
товый гравий, как правило, содержит от 0,1 до 0,3% углерода,
причем присутствие остаточного углерода обнаруживается не
только при использовании органических добавок для интенси-
фикации процесса вспучивания, но и в гравии, изготовленном
на природном глинистом сырье.
Газообразные продукты диссоциации Fe2O3. Из окислов, вхо-
дящих в состав глнн и склонных к термической диссоциации,
известна только окись железа. Хотя диссоциация окиси железа
начинается до 1000° С, упругость диссоциации достигает величи-
ны парциального давления кислорода воздуха лишь при темпера-
туре около 1350° С. Это означает, что при обжиге в окислительной
атмосфере до температуры около 1300° С диссоциация окиси же-
леза, по-видимому, не может оказать существенного влияния на
процесс вспучивания. Понижение парциального давления кис-
лорода в присутствии восстановителей заметно сказывается на
снижении температуры, при которой возможна диссоциация
окиси железа. Но тогда процесс подчиняется уже другим зако-
номерностям и не может быть отнесен к явлениям диссоциации
в их чистом виде. При высоких температурах и наличии углеро-
да, окиси углерода, водорода или других восстановителей соз-
даются весьма благоприятные термодинамические условия для
восстановительных реакций, которые как бы накладываются на
менее интенсивный процесс диссоциации, сильно ослабляя его
собственное значение.
В определенных условиях, однако, кислород окислов железа
может оказаться компонентом, непосредственно участвующим
в процессе порообразования керамических масс. Это возможно
при образовании соединении, куда железо входит в закисной
форме, с высвобождением кислорода, а также когда желези-
стые легкоплавкие глины вспучиваются без восстановителей при
температурах около 1300° С и выше. Этот пример показывает,
как по-разному один и тот же компонент в зависимости от со-
става глинистой породы и условий обжига может оказывать
влияние на состав газовой среды пор керамзита.
Газообразные продукты восстановления окислов железа.
Основная специфика обжига керамзита состоит в том, что ис-
ходный полуфабрикат подвергается ускоренной термической об-
работке до температуры размягчения материала. Быстрое на-
гревание способствует развитию восстановительных и тормозит
окислительные реакции в толще полуфабриката.
Опыт показывает, что достаточно небольших количеств вос-
становителей в виде углерода, окиси углерода илн водорода,
чтобы легкоплавкие железистые глины вспучились, а темпе-
ратура образования пористого продукта понизилась на 150—
50
200°. Такие восстановители в виде органических примесей со-
держит в себе почти любая легкоплавкая глинистая порода.
Благодаря специальному режиму ускоренного обжига восста-
новители сохраняются до тех пор, пока не наступают благопри-
ятные термодинамические условия для восстановления окислов
железа и высвобождения газообразных продуктов.
Процесс восстановления окислов железа характеризуется со-
вокупностью двух одновременно протекающих превращений:
диссоциации восстанавливаемого окисла и соединения восстано-
вителя с кислородом. Образующиеся при этом газообразные
продукты в виде СО2, СО и Н2О обладают меньшей упругостью
диссоциации и обычно удаляются из сферы реакции. Направ-
ление окислительно-восстановительного процесса определяется
соотношением между упругостью диссоциации окисла и пар-
циальным давлением кислорода в окружающей среде. При
этом для протекания восстановительного процесса достаточно
сколь угодно малой, но положительной разности между упру-
гостью диссоциации окисла и парциальным давлением кис-
лорода.
На практике большее значение имеет не столько наличие
термодинамических условий восстановления, сколько скорость
восстановительной реакции. Последняя значительно увеличива-
ется с повышением температуры и в зависимости от нее выра-
жается уравнением
__Е
где t — скорость реакции; Е — энергия активации; Т — абсо-
лютная температура в ° К; Л — константа; R — газовая посто-
янная.
На скорость реакции влияют многие факторы: адсорбция
восстановителя и продуктов восстановления на поверхности
частиц окисла, скорость удаления газообразных продуктов ре-
акции, физическое состояние частиц окисла (размер, плотность,
активность). В общем виде процесс восстановления окислов
высших степеней окисления в низшие происходит последова-
тельно: от окисла с большей упругостью диссоциации к окислу
с меньшей упругостью диссоциации. Однако при температуре
ниже 570° С закись железа неустойчива и распадается:
4FeO-* FeaO4 + Fe.
Таким образом, при температуре выше 570° С окислы железа
восстанавливаются по схеме
Fe2Oa	Fe3O4 -> FeO -> Fe,
а при температуре ниже 570° С — по схеме
FejOa -> FeaO, Fe.
3*
51
Термодинамические условия существования различных форм
окислов железа при нагревании в газовой атмосфере выяснены
достаточно подробно.
Анализ диаграммы (рис. 15) показывает, что в процессе
термической обработки .между окислами железа и газовой сре-
дой устанавливается подвижное равновесие, смещающееся в ту
или другую сторону в зависимости от температуры и состава
газовой среды. Окись железа Fe2Oa обладает более высокой уп-
ругостью диссоциации, чем FeaO« и FeO. Ее переход в магнетит
протекает легко уже прн содержании сотых долей процента СО
в газовой смеси СО и СО2. Поэтому практически не представ-
ляется возможным нанести на диаграмму область стабильного
состояния ЕегОз. Эта область почти сливается с линией абсцис-
сы, над которой уже начинается область устойчивого состояния
Fe3O4. Условия равновесия между углекислотой, окисью углеро-
да и твердым углеродом по реакции 2СО^С + СО2 характери-
зуются кривой АВ, разделяющей диаграмму на правое и левое
поле.
В условиях левого поля проходит реакция
2СО^±СО2+С.
Условия же правого поля допускают ход реакции в сторону
образования окиси углерода по реакции
СО2 + С^22СО.
52
Кривые ОС и OD разграничивают области равновесного су-
ществования окислов железа при их восстановлении по схеме
Fe3O4 -* FeO -* Fe.
Таким образом, поле COD характеризует область устойчи-
вого состояния FeO. Кривая OD характеризует условия равно-
весного существования Fe3O4 и FeO по реакции
Fe3O4+CO = 3FeO+COa,
а кривая ОС — условия равновесного существования закисн
железа и железа по реакции
FeO + CO= Fe + СО2.
В области ниже кривой равновесия Fe3O4 устойчивой фор-
мой будет магнетит. Здесь закись окисляется, а окись восста-
навливается до закись-окиси железа. В области же, заключен-
ной между кривыми восстановления FeO и Fe3O<, устойчивой
формой будет закись железа. Наконец, в области выше кривой
равновесия FeO устойчивой формой является Fe.
Восстановителями окислов железа могут быть окись углеро-
да, углерод, водород и углеводороды. Наличие углерода в гли-
нах обеспечивается как условиями подвижного равновесия об-
ратимой реакции 2СОч^С+СО2, так и содержанием органиче-
ских примесей в природном сырье.
При температурах ниже 1000° С окись углерода является не-
стойким соединением и разлагается на углекислоту и твердый
сажистый углерод; последний отлагается в порах глинистого
материала. При температурах выше 1000° С, наоборот, в при-
сутствии углерода нестойкими являются углекислота и пары
воды. Раскаленный мелкодисперсный углерод при этом, с одной
стороны, реагирует с углекислотой и парами воды, образуя ак-
тивные газообразные восстановители СО и Н2, а с другой сто-
роны, вступает в непосредственное взаимодействие с окислами
железа как прямой восстановитель. Однако твердый сажистый
углерод лишь в небольшой степени участвует в процессе как
прямой восстановитель, так как реакции между углеродом и
окислами железа в твердых фазах протекают значительно мед-
леннее, чем в газовых, и проходят с поглощением большого ко-
личества тепла. При переходе углерода из твердого состояния
в газообразное на одну молекулу углерода затрачивается
92 080 кал. Можно предположить, что восстановление окислов
железа твердым углеродом происходит также через окись уг-
лерода, которая, реагируя с окислами железа, дает углекисло-
ту, а последняя при взаимодействии с раскаленным углеродом
по реакции С + СО2=2СО образует двойной объем окиси угле-
рода. Раскаленный углерод реагирует также с парами воды по
Состав газовой фазы, выделяющейся
Темпера- №	Глниы								
	рсмакииская				пироговская				
	со,	о,	н,о	сумма	СО,	о,	Н,0	сумма	
440					0,83	0,14	0,48	1,45	
600	1,09	0,04	2,04	3,17	2,22	0,31	1,34	3,87	
800	1,75	0,07	2,3	4,12	2,32	0,49	1,16	4,97	
1000	1.8	0,29	2,84	4,93	4,01	1,21	1,09	6,31	
1100	1,83	0,43	2,82	5,08	4,03	1,21	1,15	6,39	
1200	3,81	0,45	3,17	7,43	7,88	1,2	1,26	10,34	
реакции С + Н2О=С0 + Н2. Компоненты правой части уравнения
снова могут расходоваться на восстановление окислов железа,
образуя СО2 и Н2О.
Тот и другой характеры взаимодействия в конечном счете
приводят к интенсивному восстановлению окислов железа с об-
разованием высокоактивной с малой энергией активации закиси
железа, тут же вступающей во взаимодействие с другими со-
ставляющими глины; при этом образуется расплав, обладаю-
щий оптимальной для вспучивания вязкостью и равномерно рас-
пределенной газовой фазы в виде пузырьков СО, СО2 или Н2О.
В результате одновременного действия этих факторов раз-
мягченная масса может вспучиваться. Можно предположить,
что газообразные продукты окислительно-восстановительных ре-
акций, по-видимому, являются одним из основных поставщиков
газовой фазы пор керамзита.
Важное теоретическое и практическое значение имеет не
только состав газовой фазы, непосредственно вспучивающей пи-
ропластическую глинистую массу, но и характер газовыделения
в процессе обжига глинистого сырья на различных этапах тер-
мообработки, в значительной мере предопределяющий и состав
вспучивающих газов. В течение длительного времени представ-
ление о газовыделеиии при обжиге керамзита основывалось на
результатах теоретического анализа термодинамических усло-
вий разложения, диссоциации, восстановления и окисления от-
дельных компонентов глинистого сырья при нагревании. Лишь
в последние годы получены экспериментальные данные о кине-
тике газовыделения при обжиге керамзитового сырья. В табл. 4
А. В. Жуковым сведены результаты исследования кинетики га-
зовыделения нескольких типичных глин. Установив состав газо-
вой фазы пор (СО2, Н2О, SO2), А. В. Жуков определил их ко-
личественное выделение на различных этапах обжига, включая
температуру вспучивания. Как видно из табл. 5, основными вы-
сокотемпературными газами, выделяющимися при 1000—1200° С,
являются СО2 и Н2О при постоянном содержании небольших
54
из глин пои обжиге, в %
Таблица 4
Глины
	кучинская				алексннская			
	СО.	о.	Н.О	сумма	СО,	О,	н.о	сумма
	1.55	0,01	0,5	2,06	1,42	0,04	1,25	2,71
	3,29	0,02	2,05	5,36	1.61	0,04	4,49	6,14
	4,75	0,04	2,17	6,96	2,39	0,05	5,35	7.79
	5.79	0,17	2,01	7,97	3,13	0,08	5,79	9
	6,27	0,26	2,02	8,55	3,83	0,11	5,51	9,45
	10,27	0,41	2,24	12,92	4,11	0,1	5,82	10,03
количеств SO2. Тем самым А. В. Жуков экспериментально пол
твердил положение, что состав вспучивающих газов имеет н
моно-, а поликомпонеитный характер.
Весьма важные экспериментальные данные по газовыдел<
нию при обжиге легкоплавких глин получены Г. И. Книгинол
Изучая механизм вспучивания глин, она обратила внимание н
большую роль не только высокотемпературных, но и низке
температурных газов, выделяющихся при обжиге. Она такж
экспериментально проверила одно из основополагающих теор<
тических и технологических положений керамзитового произвол
ства — вероятность некоторого смещения газовыделения в ст<
рону более высоких температур при быстром обжиге глинистог
сырья на керамзит со скоростью 5 и 33 град!мин.
Исследования выполнялись на оригинальной установю
включающей аналитические весы. К одной из чаш весов на плг
тиновой проволоке подвешивали образцы глин весом до 1,5 .
которые затем обжигали в силитовой печи. Потери веса обра;
цов, характеризующие газовы-
деление, определяли через каж-
дые 100° нагревания.
Общие потери веса глин
приведены в табл. 5.
Экспериментальные данные,
полученные Г. Н. Книгиной,
свидетельствуют о важности
величины общего газовыделе-
ния при вспучивании, включая
низкотемпературные газы. При
этом чем больше газовыделе-
ние. тем лучше вспучиваемость
глинистой породы, и наоборот.
Такне выводы вполне обосно-
ваны теоретически н подтверж-
Таблица 5
Суммврное газпвыделеиие глин
при обжиге
Глниа	Потери веса в мг 1 г абсолютно сухс глины при нагрева инн до 1250° С	
	нагрев 4 ч со ско- ростью 5 град/мин	нагрев 36 мин со ско ростью 33 град мин
Парсуковская .	162,6	160,9
МысЕовская №2	64,6	66,9
Барышевская	34,8	35,4
5
даются практической работой керамзитовых предприятий на раз-
личном сырье.
Исключение составляют глинистые породы, содержащие по-
вышенное количество карбонатных включений и органических
примесей, избыток которых против нормы, несмотря на увели-
чение удельного газовыделения, ухудшает вспучиваемость.
Исключение составляют также глины с большим количеством
окислов железа, но малым содержанием органических приме-
сей, которые при относительно высоком значении газовыделения
вспучиваются слабо.
Весьма интересен вывод, вытекающий из результатов экс-
периментальных работ, что потеря веса глинистых образцов, об-
жигаемых по режиму медленного (5 град!мин) и быстрого
(33 град/мин) нагревания одинакова, а время их термообра-
ботки не влияет на интенсивность и полноту протекающих фи-
зико-химических процессов.
Указанные выводы касаются лишь скоростей нагрева до
33 град/мин, тогда как скорость высокотемпературного обжига
керамзита колеблется в пределах 50—80 град/мин.
Взаимосвязь газовыделения при нагревании глин и их вспу-
чивания изучали К. П. Азаров н С. Н. Михалкович. Они сде-
лали следующие основные выводы. Глины, выделяющие при на-
гревании меньше 5 см?/г газов, вспучиваются слабо (Кп<3).
Глины с газовыделением больше 5 см3/г хорошо вспучиваются
в большом интервале температур. Онн установили также, отме-
тив при этом ряд исключений, что высококарбонатные глины
с большим газовыделением (>13 сл3/г СО) вспучиваются слабо.
Подтвердив положительное влияние органических примесей на
повышение Кв и увеличение температурного интервала порооб-
разования, онн отметили также и повышение газовыделения.
К сожалению, интересные исследования К. П. Азарова и
С. И. Михалкова по кинетике газовыделения выполнены без уче-
та одного из важнейших источников газовой фазы •— паров воды,
поэтому выведенные ими абсолютные значения газовыделения
различных глин требуют корректировки.
С. П. Онацкий и А. Н. Рязанцев исследовали газовыделенпе
ряда глин и суглинков на уникальной термогравиметрической
установке ВНЙИСтрома ', схема блока которой показана на
рис. 16. Установка состоит из двух основных частей — устрой-
ства, позволяющего автоматически регистрировать изменение
веса образца, с относительной чувствительностью около 0,01%
величины полной потери веса, и электрической печи, в камере
которой помещается обжигаемый образец, подвешиваемый к ав-
томатическим весам. Камера приспособлена для обжига в раз-
личных газовых средах. Запись изменения веса производится
1 Установка сконструирована А. В. Шлыковым.
56
автоматически на диаграмме. Опыты производились в среде
воздуха и азота при скорости нагрева 30 град/мин, а для части
образцов — по ступенчатому режиму, начиная с 400—500° С и
Рис. 16. Схема блока печи термогравнметрнческой установки
ВНИИ Стром
камера обжига; 2 — керамическая труба; 3 — крышка камеры обжига;
4 —«нагреватель подаваемого газа
до конца обжига со скоростью 70 град/мин. Часть образцов бы-
ла приготовлена с добавкой стимуляторов вспучивания — пи-
ритных огарков и солярового масла.
Выборочные данные о кинетике газовыделения приведены
в табл. 6 и на рис. 17.
ЗВ. Ззе. 9S
57
Кинетика газовыделения
			Потеря веся		ia 1 г в	мг н
Порода	Среда обжига и добавки		всего		до 400 СС	
			в мг	В %	s мг	в %
Суглинки: лосиноостров- ский красноярский Волжская гли- на		Воздух 	 Азот 	  . 1% солярового масла -j-2% пиритных огарков—азот . . 1% солярового масла -f-2% пиритных огарков—азот . . 1% солярового масла -г-3% пиритных огарков — азот . . Воздух 	 Азот 	.	. . Воздух 	 Азот				Ct 69,08 74,4 75.97 78,01 94,31 82,43 88,89 105,4 131,8	скоро 100 100 100 100 100 100 100 100 100	стью я 32,7 35,5 30,7 35,5 33,9 38,5 41,4 39,5 38,4	агрева 47,3 47,7 40,4 45.5 35,9 46,7 46,6 37,5 29,1
Ступенчатый обжиг! до температуры 400 *С скорость
Волжская гли-		Воздух			128	100	44.8	35
иа		Азот			136	100	44,9	32,9
Красноярский		Воздух			85,6	100	37.6	43.9
суглинок		Азот	.......	93,6	100	41,5	44,4
Рис. 17. Кинетика газовыделения красноярского суглинка при обжиге
а —в азоте: б —в воздухе: / — обжиг со скоростью 30 ерад/мин; 2— ступенчатый лбжиг:
до 400° С Со скоростью нагрева 30 град/мин, or 400 до 1200е С ~ 70 град/мин
58
Таблица 6
при обжиге керамзита
% и общей потере веса при обжиге								Характеристика обожженных образцов		Количе- ство вы- деляемы! газов в м за 1 мин обжига в пределак 900— 1200° С
	от 400 до 900 “С			от 900 до 11 00 СС		от 1100 до 118—120 СС		объемный пес в кус- ке в г]см*	коэффи- циент вспучи- вания	
	в мг	в %	всего	в мг	в %	в мг	в %			
ния 30 град/мин
31,7 34,6	45,9 46,5	93,2 94,2	3,17 2,54	4,28 3,53	1,71 1,76	2,52 2,37	1,45 0.72	1,33 2,60	0,52 0,45
36,3	47,8	88,2	6,1	8,02	2,87	3,78	0,8	3,42	0,9
32,8	42	87,5	4,37	5,5	5,34	7	0,39	4,68	0,96
42,9	45.5	81,4	7	8,04	10,51	10,56	0,25	7,25	1,4 0,86
34,7	42.1	88,8	5,54	6,72	3,69	4,48	1,1	1,7	
39	43,9	80,5	5,18	5,79	3,31	3,71	0,81	2,34	1,5
44,5	42,2	79,9	12,2	11,57	9,2	8,73	1,44	1,29	1,55
55	41,7	70,8	25,73	19,56	12,67	9,64	0.64	3,02	2,25
нагревания 30 град/мин, с 400 до 1200 °C—70 град /мин
62	48,6	83,6	12,6	9,84	8.4	6,5	0,47	3,9	3,5
52,4	38,4	71,3	25,74	18,95	13,26	9,75	0,43	4,43	5,7
30,5	35,6	79,5	7,37	8,51	10.15	11,89	0,8	2,2	4,1
31,5	33,6	78	13,18	14,08	7,42	7,92	0,65	2,94	4,4
На основании результатов исследований можно сделать сл
дующие выводы. Общее газовыделение при обжиге может сл
жить лишь условной характеристикой вспучивания данного гл
нистого сырья, а не различных его видов. Поэтому повышен
общего газовыделения в результате изменения газовой cpej
на нейтральную или восстановительную или улучшение реж
ма термоподготовки сопровождается одновременным повышен
ем вспучиваемостн исходного сырья.
При равном общем газовыделении различные глинистые г
роды обладают различной способностью к вспучиванию, прич
глины с меньшим общим газовыделением могут вспучивать
значительно интенсивнее глин с большим значением газовьц
ления, что указывает иа подчиненный характер влияния фак-
ра газовыделения. Его следует рассматривать лишь во взат
связи с оптимальными реологическими параметрами пироп/
стической массы н факторами, их создающими. По-видимои
потенциальные возможности наибольшего газовыделения р:
крываются при определенном благоприятном развитии окис/
тельно-восстановительных процессов, одновременно обуслов/
ЗВ*
вающих образование пиропластической массы требуемой струк-
турной вязкости.
Особо следует отметить зависимость между вспучиваемостью
сырья и газовыделенисм на момент вспучивания пиропласти-
ческой массы. Явственно обнаруживается закономерность —
чем больше остаточное газовыделение, тем выше степень вспу-
чивания данного вида глинистого сырья.
Общее и остаточное газовыделение и вспучивание значи-
тельно повышается при обжиге в нейтральной или восстанови-
тельной средах и при добавке в исходную шихту органических
и железистых добавок. Существенно повышается общее и оста-
точное газовыделение и при ступенчатом обжиге, основная тех-
нологическая и физико-химическая сущность которого состоит
в создании благоприятной газовой среды внутри материала и пе-
ремещении ряда важных для ксрамзитообразования процессов
и реакций в сторону более высоких температур при увеличении
скорости нагревания глинистого материала. Это следует из со-
поставления показателей вспучивания со значениями общего,
а также остаточного газовыделения на момент вспучивания, на-
пример красноярским суглинком и волжской глиной, обожжен-
ными при скорости нагревания 30 град/мин и по ступенчатой
схеме — 70 град/мин (табл. 7).
Значительный интерес представляют данные А. В. Шлыко-
ва ’, полученные при исследовании кинетики дегидратации гли-
нистых минералов с помощью термогравиметрической уста-
новки. Оказалось, что повышение скорости нагревания кволи-
нита лишь с 2 до 6 град/мин смещает максимум скорости его
дегидратации в сторону более высоких температур с 595 до
630° С, т. е. на 35° С.
При рассмотрении газовыделения как фактора, способствую-
щего вспучиванию глинистых пород и обусловливающего порооб-
разование пиропластической массы, представляет большое тео-
ретическое и практическое значение количество потребной газо-
вой фазы для определенной степени вспучивания материала.
Теоретически потребное количество газообразной фазы для
вспучивания 1 г абсолютно сухого глинистого сырца и объем га-
зообразной фазы, образующейся на момент вспучивания из лю-
бых источников, могут быть определены по следующим фор-
мулам:
V	= IlEc./1 _ ЛЛЛ )-Ь СЛ4»;
Т2 \ 100 ) ус
V	= Св-Уг. м # Табс + Тд, см^
^г. м Т'абс
1 Л, В. Шлыков Исследование механизма и кинетики важнейших фи-
зико-химических процессов, происходящих при обжиге керамических и вяжу-
щих материалов. Отчет ВНИИСТром, 1963.
60
где VT—теоретически подробное количество газообразной фа-
зы для вспучивания 1 г абсолютно сухого сырца в сл3; у, —
объемный вес абсолютно сухого сырца в г/см3; у2 — объемный
вес керамзита в куске в г/см2; п.п.п. — потери при прокали-
вании исходной глины в %; V<- — объем абсолютно сухой гра-
нулы сырца весом 1 г в сл«3; VK — объем зерна керамзита, по-
лученного из 1 г абсолютно сухого сырца, в слг3; ус — плотность
стеклофазы керамзита в г/см3-, VE—объем газообразной фазы,
действительно образующейся иа момент вспучивания из газо-
парообразующего компонента весом G, на 1 г исходной мас-
сы в см3; G„ — содержание в обжигаемом материале на момент
вспучивания предполагаемого газо-парообразующего компонен-
та (воды, углерода, серы и т. п.), вспучивающего гранулу весом
1 г при Гц в г; GT„— грамм-молекулярный вес твердого или
жидкого источника газо-парообразной фазы (воды, углерода,
серы и т. п.); Рг.м — объем 1 моля вспучивающего газа при 0° С
н даалении 760 мм, равный 22 400 см3; — 273° С; Тъ— тем-
пература вспучивания керамзита в ° С.
Рис. 18. Теоретически
возможный прирост объ-
ема газового пузырька S3,
за счет теплового расти-
рения при нагревания §-
------------.---------А----------
/ИИ 1ЯШ 1200	1300
Температура I ‘С
Расчеты показывают, что для эффективного вспучивания
глины требуется ничтожно малое количество исходного веще-
ства, поставляющего ту или другую газо-парообразную фазу на
момент порообразования. Например, для получения керамзита
с насыпным объемным весом 300—325 кг/м3 такого вещества
теоретически требуется всего 0,01 — 0,02%, а с учетом 5—
10-кратного запаса 0,05 — 0,1%, что в 5—10 раз меньше ошиб-
ки опыта, допускаемой в обычных исследованиях газовыделе-
ння. Поэтому неудивительно, что лишь с применением высоко-
чувствительных приборов могут быть обнаружены весьма ма-
лые количества газо-парообразной фазы, выделение которой
смещается в область высоких температур при быстром нагре-
вании.
Ряд исследователей все еще высказывает мнение, что вспу-
чивание глинистых пород обусловливается термическим расши-
рением воздуха или любых других газов, заключенных в порах.
273 1 Т V
Из ряда соотношений ---------5, принятых для температуры
273
61
обжига 900, 1000, 1100” С и т. д. и видоизменяющегося объема
газовой фазы V, легко рассчитать, что за счет термического рас-
ширения газов в пределах температур обжига керамзита обра-
зец может расшириться максимум на 15—25%. что отасчает
практически невспученному материалу. Теоретически возмож-
ный прирост объема газоаого пузырька за счет термического
расширения показан на рис. 18.
УСЛОВИЯ РАЗМЯГЧЕНИЯ ГЛИН, ИХ ПЛАВКОСТЬ, вязкость,
ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ И СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ
Размягчение и плавкость глин при обжиге
Механизм перехода исходного материала из твердого в раз-
мягченное состояние можно представить в следующем виде.
При нагревании однородной смеси минералов глин в обла-
стях контакта между ними еще в твердых фазах происходит хи-
мическое взаимодействие. С повышением температуры а резуль-
тате дальнейшего взаимодействия компонентов появляется жид-
кая фаза за счет наиболее легкоплавких эвтектик и соединений.
Количество жидкой фазы непрерывно увеличивается как за счет
появления при более высоких температурах асе ноаых и новых
эвтектик, так и взаимодействия уже образовавшейся жидкой фа-
зы с кристаллическими составляющими. Система прн этом обо-
гащается жидким раствором переменного состава. С появле-
нием определенного количества жидкой фазы вязкость глини-
стой массы начинает понижаться и а какой-то момент достига-
ет величины, когда под влиянием той или другой нагрузки ма-
териал приобретает способность пластически деформироваться.
По мере повышения температуры увеличивается количество
жидкой фазы, а вязкость ее понижается. Глинистая масса, рас-
полагая при этом еще значительным количеством таердых ие-
растворившихся компонентов, приобретает подвижность, а за-
тем и текучесть.
При температурах вспучивания глинистый материал состо-
ит из трех фаз: кристаллической, жидкой и газообразной. Кри-
сталлическая фаза в основном состоит из кремнезема и глино-
зема, а также из некоторого незначительного количества плаа-
ней. Со временем и по мере повышения температуры последние
остатки флюсующих вещеста переходят в расплав. По нашим
исследованиям, количество кристаллической фазы в процессе
вспучиаания непрерывно уменьшается и составляет около 50—
70% в начале и 1—10% в конце вспучивания.
Жидкая фаза состоит из перешедших в расплав легкоплав-
ких компонентов и некоторого количества кремнезема и глино-
зема, израсходованных иа образование легкоплавких соедине-
62
ний и эвтектик. Количество жидкой фазы к концу процесса вспу-
чивания достигает 90% и выше.
Газообразная фаза меняется по составу и количеству и оп-
ределяется конкретными условиями термической обработки дан-
ного глинистого материала.
Весьма важно отметить, что соотношение между количеством
твердой (кристаллической) и жидкой фаз, необходимое для аоз-
никновеиия подвижности или текучести глинистой массы, явля-
ется функцией не только количества, ио и вязкости жидкой
фазы. Чем ниже вязкость жидкой фазы, тем меньшее количест-
во ее нужно для того, чтобы вызвать деформацию, подвижность
и текучесть или, что то же, одна и та же степень подвижности
может быть вызвана различными количествами жидкой фазы.
Очевидно, что при указанных соотношениях кристаллической
и жидкой фаз физико-мехаиИческие свойства материала в пе-
риод вспучивания будут в большой степени определяться свой-
ствами жидкой, а не кристаллической фазы. Представляется
поэтому правильным рассматривать размягченный материал
при вспучивании как жидкую фазу, в которой сохраняются еще
не растворившиеся кристаллические составляющие. Тем самым
будет подчеркнута не только доминирующая роль жидкой фа-
зы, но и значение всего комплекса условий, оказывающих влия-
ние иа важнейшие свойства среды, в которой осуществляется
процесс порообразования.
В отличие от многочисленной группы однородных химических
соединений глины и глинистые массы, представляющие собой
сложную механическую смесь различных минералов, не имеют
определенной температуры плавления. Кристаллическая решет-
ка минералов, содержащихся в глине (в особенности наиболее
стойких алюмосиликатов), разрушается относительно медлен-
но и постепенно. Поэтому особо важным является интервал тем-
ператур, внутри которого происходит уменьшение кристалли-
ческой и нарастание жидкой фазы и переход материала из
твердого в пиропластическое состояние. Такой интервал можно
назвать интервалом размягчения. Нижним пределом его будет
температура, при которой на кривой вязкости обозначается рез-
кий перелом, характеризующий переход вещества из твердого
состояния в состояние минимальной подвижности (точки Б на
кривых, рис. 19, а). Верхним пределом будет точка перехода
в жидко-подвижиое состояние (точки К). Относительная вели-
чина интервала размягчения характеризуется кривыми БК и
областью температур в пределах отрезков ВС. В пределах от-
резков БК и ВС имеется область размягчения МЛ и темпера-
тур 7\ и Г2, отвечающих оптимальной для вспучивания вязко-
сти и образующих область интервала вспучивания.
Чем шире интервал вспучивания, тем благоприятнее условия
для вспучивания. Наоборот, при коротком интервале, техничес-
кие трудности вспучивания могут оказаться непреодолимыми.
63
При этом по аналогии со стекловарением следует различать
«длинные» и «короткие» массы (рис. 19, б). Первые вспучива-
ются в пределах значительного интервала температур, вто-
рые — лишь в крайне ограниченном интервале температур.
В керамике под огнеупорностью условно понимают темпера-
туру плавления массы, определяемую по наклону (падению)
пироскопов. Иногда эту температуру отождествляют с поня-
тием «плавкости» массы. В указанном понимании плавкость
Рис. 19. Характер размягчения и оптимальные условия вспучивания масс
п — «длинных; б — «коротких»»
глин находится в обратно пропорциональной зависимости от
содержания плавней. Однако легкоплавкие глины содержат до-
статочно много плавней (больше 5%), поэтому к их расплавам
не применим в полной мере ряд физико-химических положений,
действительных только для разбавленных растворов; например,
правило о том, что эквимолекулярные количества различных
веществ, растворенных в разных количествах одного и того же
растворителя, понижают температуру плавления в равной сте-
пени.
Флюсующее действие плавней убывает примерно в следую-
щем порядке; Na2O, К2О, FeO, CaO, MgO. В табл. 7, приведе-
ны данные о температурах плавления химических соединений и
эвтектических смесей, образующихся в большом интервале тем-
ператур спекания и плавления легкоплавких глин (700 —
1380” С).
64
Таблица 7
Температура плавления окислов, входящих в состав легкоплавких
_____________глин, некоторых соединевнй и эвтектик____________
Наименование в формула	Процентное содержание	Темпера тура плавле- ния в “С-
SiO2		1713
		2050
СаО		2570
MgO		2800
Ге2Оэ		1548
FeO		1380
Т1О2		1600
KsO-4SIO8+«*	28,16K2O-71,84 SiO2	770
K2-SiO2-f-«	6I,06K2O-38,94SiO2	976
K20-2S10s+>k	43,95 K2O  56,05 SiO2	1045
K2O  4 S iO2 4- кварц 4- ж	27,50 K2O-72,50 SiO2	769
K2O  4 SiO2 4- K2O  2 SiO2 4- ж	32,40 K2O-67,60 SiO2	742
K2O-2 SiO24- K2O  SiOg 4~ ж	54,50 K2O-45,50 SiO2	780
KsO1 А120з' 6SiO2 4~ SiO24' ж	60.00K20-Al20,-4 SiO2 + 4-40,0SiO2	980
К2О‘А12О3-6 51О24-51О24-муллит	19,00 K2O  А12ОЯ . 81,00 SiO2	1050
NaaO-2SiO2	34,04 Na2O-65,96 SiO2	874
Na2O-SiO2	50,79 Na2O-49,21 SiO2	1089
Na2O-2 S iO2 4-кварц 4-ж	26,10Na20-73,90Si02	793
Na2O- SiO24- Na2O'2SiO2 4~ж	37,90 Na2O-62,10SiO2	846
2Na2O- S iO2 4- Na2O  SiO2 4- ж	56,90 Na2O.43,10SiO2	1022
Na2O  3 CaO  6 SiO2 4- SiO2 4- 4-Na2O'2SiO24->x	21,30 Na2O- 5,20 CaO 73,5 SiO2	725
Na2O-2SiO24*Na2O-SiO24- 4- Na2O  CaO • 3 SiO2 4- ж	37,5 Na2O-1,80 CaO  60,70 SiO2	821
3,8 Na2 SiO3-Ca SiO2	40,60 Na2O-9,60 CaO-49,80 SiO2	932
Na2 SiO3-2,45 Ca SiO3	15,20 Na2O- 33,60 CaO- 51,20 SiO2	1132
2 Na2 SiO3-3 Ca SiO n	20,90 Na2O- 28,30 CaO -50,80 SiO2	1175
2FeO SiO24-™ (фаилит) 2FeO • S iO2 4- Si O2 4- FeO	70,50 FeO-29,50 SiO2	1205
А12О34-ж (фаилит) 4-	47,20 FeO-12,50 A12Os-	1073
4- тридимит 4- герцинит	 40,30 SiO2	
FeO-SiO2	54,40 FeO-45,60SiO2	1100
2FeO  S i О2 4-FeO 4-ж (фаялит4- вюстит4- ж)	76,00 FeO-24,00 SiO2	1177
4FeSiO34- Ca SiO3	44,60 FeO-8,7 CaO-46,70 SiO2	1030
Жидкость.
65'
Продолжение табл. 7
Наименование и формула	Процентное содержание	Темпера- тура плавле - ния в °C
Са—Fe оливин (80% 2FeO* • SiO2)4-p-CaO-SiO2 -твердый раствор (50 CaO-SiO2+»t)	17,00 СаО-46,00 FeO-37.00 SiO2	1093
Са—Fe (оливии) 4-ж	81.00-2Ре05102+19.00-2Са0.510г	1117
2 FeO-SiO24-FeO-Ai2O34-FeO (фаялит) + герцинит 4- вюстит	75,8 FeO- 5,90 А12Оз-18.30 S1O2	1148
СаО Fe2O3 4- СаО- 2Fc2O3 4-ж	21,00 CaO-79,OOFej.O.,	1195
СаО  Fe2O3 4- 2 СаО-2 Fe2O3 4- ж	24,50 CaO-75,50 Fe2O3	1216
СаО-А12Оэ-2 SiO24-CaO-SiO24- 4-5Ю8+ж	23,3 CaO-14,70 A12O3+ 62,00 SiO2	1170
3 MnO-Al2O2-3SiO24- 4-тридимит 4-2 МпО-2 А12Оя* -5 SiO2 4- ж	30.00 MnO-19,00 Al203-51,00 SiO2	1140
В процессе нагревания легкоплавких глии уже при относи-
тельно низких температурах за счет наиболее легкоплааких эв-
тектических смесей, в состав которых входят щелочные окислы,
образуется жидкая фаза. При этом более сложные смеси дают
и более легкоплавкие эвтектики. Например, трехкомпонеитная
система Na2O—*СаО—-SiO2 дает эвтектики уже при 725° С
Двойная же система Na2O—SiO2 образует эвтектику при 793° С.
Окись калия также образует ряд эвтектик, начиная с 742° С.
При температуре выше 1000° С в интервале температур ин-
тенсивного размягчения глии, в пределах которого они вспучи-
ваются, количество жидкой фазы продолжает увеличиваться
как за счет растворения кристаллической фазы, так и за счет
образования новых сложных эвтектик, температура плавления
которых находится в пределах 1000—1200° С. В этом интервале
особенно большое значение имеют эвтектики с участием закиси
железа и окиси кальция. К ним относятся эвтектики и растворы
переменного состава, образуемые системами: FeO — СаО — SiO2
с температурами плавления 1030, 1093 и 1117°С; FeO — А120з—
SiO2 с температурой плавления 1072—1148° С, а также плавле-
ние фаялита 2FeO-SiO2 при 1205°С и др.
В этой же области температур (1170° С) образуется эвтектика
важной в силикатной технологии трехкомпонентной системы
SiO2—А12Оэ—СаО.
Сложные многокомпонентные смеси SiO2—А12О3—СаО—
FeO—Na2O—К2О изучены недостаточно. Можно лишь с уве-
ренностью сказать, что их взаимодействие сказывается на тем-
А56
пературе размягчения смеси более резко, чем более простых си-
стем тех же окислов.
При изучении работниками керамической и стекольной про-
мышленности характера влияния отдельных окислов иа плав-
кость глии оказалось, что при различном сочетании компонен-
тов, взятых в различных количествах, и при различных темпе-
ратурах обжига действие одних и тех же окислов неодинаково
Некоторые компоненты в зависимости от количества, состава
шихты и температуры могут повышать или понижать темпе-
ратуру плавления, разжижать массу и, наоборот, повышать ее
вязкость, сокращать или удлинять интервал размягчения массы.
Влияние же других компонентов носит аддитивный характер.
Необходимо также отметить, что иа интервал температур
размягчения массы оказывают влияние не только химический
состав и количественное соотношение компонентов, ио и мине-
ралогическая природа, структура, однородность и условия тер-
мической обработки массы.
Сложный характер влияния окислов иа физико-механические
н физико-химические свойства глинистых масс при высоких тем-
пературах и недостаточная изученность зтнх вопросов примени-
тельно к легкоплавким глинистым породам позволяют выска-
зать следующие предположения.
1.	Окислы кремния и алюминия составляют наиболее стой-
кий в смысле температурного воздействия скелет легкоплавких
глии. Они в большей мере, чем другие окислы, повышают вяз-
кость массы и удлиняют интервал температуры ее размягчения.
2.	Окнслы натрия н калия, способные при относительно низ-
ких температурах образовывать эвтектики с другими компонен-
тами, в решающей степени влияют на огнеупорность глии, их
раннее спекание и интервал размягчения. Если приготовить ис-
кусственную смесь только из глинистого вещества и щелочных
окислов, то она при нагревании размягчается в широком диапа-
зоне температур и легко достигает вязкости, достаточной для
обеспечения иитенсианого вспучивания. Отсутствие, однако,
в такой системе газообразных продуктов, способных произвести
работу вспучивания, приводит к тому, что указанные смеси
превращаются в спекшуюся массу или расплав. Этим самым
опровергается предположение о возможном порообразовании
размягченного при сравнительно низких температурах керами-
ческого черепка за счет летучести щелочей.
Роль щелочных окислов как легкоплавких компонентов за-
ключается в непосредственном участии в создании длиниоплав-
кой массы. В зависимости от содержания в глиие щелочных
окислоа количество жидкой фазы, образующейся при переходе
их в расплав вместе с сопровождающими компонентами, до-
стигает 60%. Так, например, при 725° С иа 1% содержащейся
в глинах Na2O может образоваться до 5,5% жидкой фазы, а при
содержании 5% Na2O количество жидкой фазы достигает
67
23%. Наличие в глинах 1%КгО при 1050' С обеспечивает обра-
зование 11% жидкой фазы, 3%КаО дают уже 33%, а 5% КзО
переводят в расплав около 55% массы.
Таким образом, значение щелочных окислов состоит в том,
что они обусловливают образование значительных количеств
жидкой фазы, необходимой для придания системе оптимальной
для вспучивания вязкости в возможно более широком интераале
температур. В связи с этим можно сослаться на обширный экс-
периментально-производственный опыт вспучивания глин, кото-
рый показывает, что лучшим глинистым сырьем для керамзита
являются те его разновидности, которые содержат 3—5% щело-
чей. Глнны, содержащие незначительное количество щелочных
окислов, помимо слабой склонности к вспучиванию, требуют
значительно более высоких температур обжига.
3.	Окись кальция образует с другими компонентами ряд сое-
динений и эвтектик, температура плавления которых находится
в пределах температур обжига керамзита. Окись кальция ока-
зывает сильное флюсующее и вместе с тем разжижающее дей-
ствие, резко снижая вязкость в коротком интераале температур,
что вызывает быстротечную деформацию материала и затруд-
няет процесс обжига. Последняя особенность окисн кальция
резко проявляется в том случае, если ее содержание превыша-
ет некоторый минимум — около 3%.
4.	Окись железа образует ряд эвтектик с другими окислами,
например СаО, температура плавления которых находится в об-
ласти интервала размягчения глин. С другой стороны, по до-
стижении 1300° С, а также в результате восстановительных про-
цессов окись железа переходит в более легкоплавкую форму —
закись железа, причем количество молекул закиси железа воз-
растет в два раза; это, согласно закону Рихтерса, в 2 раза по-
вышает ее Действие как плавня. Закись железа, активно реаги-
руя с другими окислами, оказывает сильное флюсующее дейст-
вие. В присутствии силикатных составляющих и при наличии
восстановителей процесс перехода окиси железа в закнсь-окис-
ную и закисную форму протекает в области относительно низ-
ких температур, в связи с чем ее значение как легкоплавкого
компонента повышается.
Наряду с легкоплавкостью чрезвычайно важной особен-
ностью закисных форм железа является их высокая смачиваю-
щая способность, а ферроенликатоа — их длинноплавкость, на
что обращали внимание еще Е. В. Костырко и П. А. Пшеницыи.
По-видимому, окислы железа в наибольшей степени способст-
вуют образованию системы с оптимальными параметрами раз-
мягчения, при которых интенсивно и полно происходит вспу-
чивание.
68
Вязкость и поверхностное натяжение
Поведение глинистых масс в процессе вспучивания и конеч-
ный эффект порообразования в значительной мере определяют-
ся характером и величинами развивающихся при этом дефор-
маций и напряжений. Поэтому вспучивание глии при обжиге
закономерно рассматривать как частный случай реологических
явлений — их деформации и течения.
Деформации характеризуют кинетическое состояние массы
глии, т. е. положение и скорость ее частиц в каждый момент
времени, а напряжение, вызываемое давлением образующихся
пузырьков газообразных продуктов,— динамическое состояние.
Согласно гипотезе Ньютона, величина силы F, преодолеваю-
щей вязкое сопротивление при движении двух слоев жидкости,
имеющих площадь соприкосновения S, выражается формулой
„ dv о
F = т] — о,
dz
где F — сила внутреннего трения; ц — коэффициент внутрен-
него трения или вязкость; о — скорость движения слоев жид-
кости; z — расстояние между слоями жидкости; dvjdz — гра-
диент скорости; S — поверхность соприкосновения слоев, меж-
ду которыми действует сила внутреннего трения.
Откуда
F dz
1 S dv
где F/S — напряжение сдаига (сила F, действующая иа пло-
щадь S).
Характерная черта веществ, описываемых уравнением
Ньютона («ньютоновские жидкости»), состоит в том, что их де-
формация прямо пропорциональна приложенной силе. На-
пример, в случае истечения жидкости через капилляр количество
истекающей жидкости в единицу времени прямо пропорциональ-
но давлению. Такие вещества не сохраняют формы и без за-
траты усилий иа сдвиг деформируются и непрерывно текут при
воздействии самых незначительных нагрузок, например силы
собственной тяжести. К таким веществам относятся: истинные
жидкости, гомогенные растворы и др.
Иные закономерности деформации и течения имеют вещест-
ва, находящиеся в пластическом состоянии, обычно представ-
ляющие собой гетерогенные, анизотропные в большинстве слу-
чаев многофазные системы. К ним относят и вспучивающие-
ся глины, где в различных соотношениях представлены жидкая,
кристаллическая (твердая) и газообразная фазы. Если при те-
чении гомогенных жидкостей наблюдается трение между ча-
стицами только жидкости, то при деформации и течении гете-
69
рогеииых размягченных веществ треине наблюдается как меж-
ду частицами одноименных, так и разноименных фаз.
Реологическое поведение веществ, находящихся в пласти-
ческом состоянии, описывается урааиением
F=Q+tiM^S.
dz
откуда
= F-Q±
Лпл S du ’
где F — сила внутреннего трения; »]пл — вязкость (кажущая-
ся); z — расстояние между слоями; v — скорость движения
слоев; S — поверхность слоев, между которыми действует сила
внутреннего трения; Q — предельное напряжение сдвига, при
котором начинается течение вещества.
Физический смысл этого уравнения состоит в том, что ве-
щества, для которых оно закономерно, обладают свойством под-
вергаться деформации от действия приложенной силы только
в том случае, когда эта сила превысит некоторое, так называе-
мое предельное напряжение сдвига.
Свойство глинистых масс вспучиваться при высоких темпе-
ратурах в значительной мере зависит от их способности в раз-
мягченном состоянии без растекания пластически деформиро-
ваться под воздействием дробно распределенного давления
газообразных продуктов изнутри.
Деформируемость и текучесть глинистых масс может быть
охарактеризована их вязкостью, под которой подразумевают
внутреннее треиие, возникающее при деформации и течении.
Чем меньше вязкость глин, тем больше их деформативная спо-
собность или текучесть, и наоборот.
Известно, что некоторые глинистые массы в процессе терми-
ческой обработки при высоких температурах в слабой степени
подвергаются деформации, образуя весьма вязкие, трудно теку-
чие расплавы, и при возникновении газообразных продуктов из-
нутри почти нс вспучиваются. Другие глинистые массы, наобо-
рот, быстро деформируются, а их легко текучие расплавы име-
ют низкую вязкость. Такие глины также слабо вспучиваются
из-за трудностей закрепления пузырьков газа в легкоподвижной
растекающейся жидкости. Опытами установлено, что наилучшее
вспучивание наблюдается в том случае, когда при возникнове-
нии пузырьков газообразной фазы с определенной упругостью-
давления глинистая масса обладает некоторым оптимумом вяз-
кости в течение времени, достаточного для завершения процес-
са порообразования, общий эффект которого определяется со-
отношением между деформируемостью (или вязкостью) и воз-
никающим напряжением (давлением газообразных продуктов).
При плавлении глин, происходящем постепенно в известном ин-
70
тервале температур вязкость изменяется также постепенно.
Так как в интервале температур размягчения существуют ми-
нимум две фазы — жидкая и кристаллическая, глинистая масса
(реологическое тело) в этот момент находится в пластичном
состоянии, для которого вязкость не имеет строго определенно-
го значения. С переходом в расплав всей кристаллической фазы
вязкость продолжает снижаться, но уже по более пологой
кривой.
В зависимости от вязкости условно различают три состоя-
ния вещества:
Жидко-текучее .......................
Вязкое ..............................
Хрупкое .............................
ц < 102 пэ
П=10!4-101а пз
Ч > 1013 пз
Вязкость жидкой фазы заметно изменяется с температурой.
Изменение температуры иа 16—20° может повлечь за собой из-
менение вязкости иа 10—100%. После расплавления, а тем бо-
лее еще до полного перехода всей кристаллической фазы в жид-
кое состояние расплав часто характеризуется определенной упо-
рядоченностью структуры, напоминающей структуру исходных
минералов. В таком состоянии расплав обладает еще весьма
высокой вязкостью. Так, например, вязкость эвтектической сме-
си трехкомпонентной системы Na2O—СаО—SiO2 при 725" С со-
ставляет 9-10е пз; вязкость кварцевого стекла при 2000° С со-
ставляет 2,8-106 пз; вязкость ортоклаза и альбита при соот-
ветствующей температуре их плавления составляет 1-108 пз и
т. а. Чтобы снизить вязкость, требуется существенно перегреть
систему, т. е. повысить температуру.
Катионы Na, К, Fe, Mg, Са и высокая температура разру-
шающе действуют на степень упорядоченности структуры, по-
нижая вязкость н увеличивая подвижность системы.
Влияние отдельных окислов на вязкость глин, так же как
н на интервал температур размягчения, носит сложный харак-
тер и не подчиняется закону аддитивности. В зависимости от
температуры обжига и состава глин отдельные окислы в раз-
личной степени изменяют не только величину вязкости, но и ее
температурный ход. Следовательно, без учета сказанного нельзя
с достоверностью говорить о влиянии какого-либо окисла иа
вязкость расплава. Качественное же влияние отдельных окис-
лов иа вязкость глии, важное с точки зрения принципиального
размещения их в определенный ряд, можно охарактеризовать
следующим образом.
Кремнезем и глинозем повышают вязкость. Окислы натрия
и калия, наоборот, понижают вязкость, действие последнего, од-
нако, значительно слабее. Влияние окиси кальция сложно При
температуре ниже линии ликвидуса окись кальция повышает,
а при более высоких температурах понижает вязкость расплава..
71
Окись магния, окись и закись железа понижают вязкость
расплавов. Согласно Кеппелеру и Дралле вязкость метасилика-
тов повышается в последовательном порядке: Na2O-SiO2;
KzO-SiOj; FeO-SiO2; MnO-SiO2; F2O3-SiO2; MgO-SiO2;
CaO-SiO2; Al2O3-SiO2. Вязкость силиката натрия Na2O3-SiO2
в последовательном порядке возрастает при добавке силикатов
закиси железа FeO-SiO2, марганца MnO-SiO2, кальция СаО-
SiO2. Вязкость сплава Na2O-SiO2+SiO2 понижают FeO,
МпО, Fe2O3 и MgO (каждый член этого порядка действует силь-
нее, чем последующие). Окислы натрия и калия удлиняют ин-
тервал размягчения. Окись кальция, наоборот, делает расплав
быстрозатвердевающим с понижением температуры, а при по-
вышении температуры — разжижает его.
Вязкость значительно понижается при распаде ассоцииро-
ванных комплексов нли их диссоциации. Большое влияние на
вязкость оказывает смачивающая способность компонентов.
И. Е. Дудавский показал, что закись железа обладает особенно
высокой смачивающей способностью.
На вязкость расплава значительное влияние оказывает га-
зовая атмосфера. Отмечено, например, что вязкость расплав-
ленного стекла, равная иа воздухе при 1050° С 950 пз, в атмос-
фере углекислоты снижается до 650 пз, а в атмосфере SO2 —
до 500 пз. Вязкость понижается также и в атмосфере паров
воды.
Вязкость легкоплавких вспучивающихся и иевспучивающих-
ся глин иа вискозиметре «ОРГРЕСС» определяли И. Я. Залкинд
с сотрудниками (1953 г.), С. П. Онацкий и Г. В. Краснова
(1955 г.), М. Г. Лундина (1956 г.), В. Ф. Павлов (1958 г.) и
др., однозначно установив пределы ее колебания при вспучива-
нии примерно от 10s до 106 пз.
Следует, однако, отметить, что из-за экспериментальных
трудностей абсолютная величина вязкости пиропластической
массы в пределах всего интервала вспучивания еще не опреде-
лена, а интерпретация абсолютных показателей вязкости нача-
ла вспучивания затруднена сложным характером фазовых пре-
вращений н структурообразования при обжиге полиминераль-
ных легкоплавких глии.
Установленная нами, совместно с Г. И. Дизенгофом зави-
симость между вспучиваемостью и электросопротивлением пи-
ропластической массы позволила предложить комплексный ме-
тод одновременного определения вязкости (т11СП) и электропро-
водности с корректировкой показателей вязкости, отвечающих
началу вспучивания по резкому увеличению электросопротивле-
ния (р) массы, фиксируемого иа кривой р=/(/°С).
В табл. 8 приведены данные, а на рис. 20 показаны графи-
ки зависимости r)»cn=f (t° С) и p=f(t°C) для парсуковской (кри-
вая 1) и волгоградской (кривая 2) глин.
72
Таблица 8
Кажущаяся вязкость в пз и отвечающая ей температура начала
вспучивания в °C
Глина	Обычные изме- рения		Измерения комп- лексным метолом		Разница в град
	ЛЙСП	ГС	лвсп	/°C	
Парсуковская	2,5-10’	1 000	2,6-Ю8	930	70
Волгоградская	2 10»	1 050	6-Ю8	900	150
Проверка на большом количестве глин показала, что ре-
зультаты определения предложенным методом точнее и объек-
тивнее характеризуют реологическое состояние керамической
массы при высокотемпературном нагреве и позволяют более
точно установить вязкость, отвечающую началу вспучивания.
Важную роль при образовании ячеистой структуры вспучен-
ных материалов играют также поверхностные явления, разви-
вающиеся на границах твердой, жидкой и газообразной фаз,
характеристикой которых может служить поверхностное на-
тяжение.
Расплав глиняной массы подобно стеклам обладает сравни-
тельно высокими значениями поверхностного натяжения в пре-
делах 250—450 дн}с/л.
Зная химический состав расплава, можно рассчитать его по-
верхностное натяжение с точностью, достаточной для практи-
ческих целей, пользуясь так называемыми парциальными вели-
чинами поверхностного натяжения окислов, приведенными
в табл. 9 по формуле
^расплава ~
Таблица 9
Усредненные значения парциальных величин поверхностного натяжения
окислов в силикатном расплаве
Окисел	Парциальные вели- чины поверхностного натяжения в дн!см			Окисел	Парциальные вели- чины поверхностного натяжения в дн/см		
	по An- пену*	рассчитанные иа темпера- туру			по Ап- пену’	рассчитанные ня темпера- туру	
		1200=С	нсоес			1200’С	поовс
А12о3 ....	580	589	598	СаО .	.	.	430	435.5	443
мео		520	528	536	МпО .	...	390	395	400
СаО . .	510	517,5	525	Na2O .	...	295	299	303
FeO . . .	.	490	497	504	SiO2 •	. .	290	294	298
ВаО . . .	.	470	477	484	TiO2	. . .	250	254	258
1 По Аппену, при повышении температуры на 100° поверхностное натя-
жение компонентов расплава уменьшается на 1—2%.
73
где б — парциальная вслг
окисла; 1 — молекулярная д|
Величина поверхностного
Рас. 20. Корректирование вязкости пи-
ропластической глинистой массы, отве-
чающей началу вспучивания, по ее элек-
тропроводности
______ предлагаемый способ — — — обычные
измерения
чина поверхностного натяжения
•ля окнсла в расплаве.
натяжения зависит от вида и со-
отношения основных фаз,
температуры, а также от
примеси поверхностно-ак-
тивных веществ, например
СГ2О3, МОл, WO3 и др. Со-
гласно расчетам, поверх-
ностное натяжение, напри-
мер, алексинской и бескуд-
никовской глин при 1100 и
1200° С соответственно со-
ставляет: алексинской — 365
и 357 дн!см, бескудников-
ской— 345 и 337 дн]см.
Наличие в глинах по-
верхностно-активных ве-
ществ или специальная их
добавка снижает поверхност-
ное натяжение на десятки
процентов. В этом случае
расчеты поверхностного на-
тяжения по приведенной
формуле ие дают удовлет-
ворительных результатов.
Поверхностное натяже-
ние, как известно, выражает
работу, необходимую для
создания 1 смг новой по-
верхности расплава. Важ-
ное его значение в техноло-
гии обжига керамзита обус-
ловливается прежде всего
тем обстоятельством, что по-
явление и расширение пу-
зырьков газа при вспучива-
нии глин связано с образо-
ванием огромного количест-
ва новых поверхностей. Ус-
тановлено, что возникшие в
расплаве зародыши пузырь-
ков газа способны увеличи-
ваться в размерах только после того, как достигнут определен-
ного критического радиуса. При этом их существование в рас-
плаве определяется выражением
Р = Р1+ — кГ/сл1,
Г
71
где Р — давление газа внутри пузырьков в кГ/см2-, Pi — дав-
ление окружающей атмосферы в кГ/см2', 6 — поверхностное на-
тяжение на границе расплава и газа в дн/см; г — радиус пу-
зырька в сл.
Как следует нз формулы, критический радиус элементарных
пузырьков газа, образующихся в процессе вспучивания, весьма
чувствителен к поверхностному натяжению.
При неизменном поверхностном натяжении возникающие
в расплаве пузырьки газа с радиусом меньше критического не
могут расширяться и производить эффект вспучивания. Если
же поверхностное натяжение будет уменьшено, то эти пузырьки
начнут быстро увеличиваться в размерах, которые превысят
критический радиус, и окажутся эффективными для процесса
вспучивания. На образование пузырьков газа во вспучиваю-
щихся массах существенное влияние оказывает фазовый со-
став среды и смачиваемость. Известно, что внутри гомогенных
жидкостей пузырьки газа вовсе не образуются. Содержащиеся
в них газы растворяются или полностью удаляются в процессе
нагревания. Объясняется это тем, что для образования новых
поверхностей внутри гомогенных масс требуется преодолеть ко-
лоссальную прочность структурной решетки, достигающую де-
сятков и сотен тысяч килограммов на 1 ллА Для образования
пузырьков газа в таких веществах потребовалась бы упругость
диссоциации величиной в сотни и тысячи атмосфер.
Это же следует и из приведенной формулы. Чтобы при бес-
конечно малом радиусе в момент зарождения мог образовать-
ся пузырек газа, начальное его давление должно быть беско-
нечно большим. Поэтому в расплавах газы накопляются и задер-
живаются только в закрытых порах или иа поверхности ча-
стиц твердых фаз, каковыми могут быть нерастворившиеся ми-
нералы. Чем слабее эти частицы смачиваются, тем лучше будут
условия для образования и накопления пузырьков. При совер-
шенной смачиваемости твердых частиц расплавом размер пор
сокращается и активными окажутся лишь те из них, радиус ко-
торых выше критического. В этой связи важное значение имеет
также характер поверхности зерен. Шероховатая поверхность,
изменяя краевой угол смачивания в сторону его уменьшения,
способствует более интенсивному накоплению и сохранению га-
за в закрытых порах. Чем выше частота и больше центров об-
разования пузырьков газа в единицу времени, тем выше может
быть эффект вспучивания, если будут созданы условия для
роста газовых пузырьков. Рост же газовых пузырьков в сле-
дующие моменты после их возникновения зависит от продол-
жающегося выделения и накопления газов, развиваемого ими
давления, температуры и свойств расплава. Прн большом дав-
лении газа в закрытых порах и малых значениях вязкости и
поверхностного натяжения может произойти разрыв стенок
между порами и газы выйдут наружу. Вспучивание будет опти-
75
мальным лишь при благоприятном сочетании в первую очередь
параметров температуры, давления газов в порах, вязкости, по-
верхностного натяжения и смачиваемости расплава.
М. И. Роговой, ссылаясь на Я. Н. Черняка, указывает, что
поверхностное натяжение практически ие влияет иа вспучивае-
мость силикатных расплавов, о чем якобы свидетельствует
структура приведенного в статье Я- Н. Черняка уравнения
е_ е ЭРяэб
8т;
где е — коэффициент увеличения элементарного объема газо-
вого пузырька, равный ! п и rj — радиус пузырька со-
ответственно до и после вспучивания; Ризв— избыточное давле-
ние газов, образовавшихся внутри пузырька при химических
реакциях; t — время; т] — вязкость.
Однако сам Я. Н. Черияк, придерживавшийся взглядов
Я. И. Френкеля, разработавшего теорию образования элемен-
тарного пузырька в жидкостях, ссылаясь иа выведенные
этим ученым формулы хода процесса сокращения н роста га-
зовых пузырьков, писал, что основным фактором, определяю-
щим ход процесса образования элементарных пузырьков, яв-
ляется вязкость и поверхностное натяжение, выраженные отно-
шением — . Следует также отметить, что поверхностное на-
О
тяжение в скрытой форме вошло в структуру приведенного
уравнения, при выводе которого были сделаны упрощения и за-
мены. И действительно в согласии с теоретическими положе-
ниями Я. И. Френкеля, а также многочисленных исследований
металлургов, изучавших зарождение и рост газовых пузырьков
в металлах по достижении оптимальной вязкости, расширение
объема элементарного пузырька, а следовательно, н вспучива-
ние наблюдаетси лишь в том случае, когда внутреннее давле-
ние увеличивается за счет поступления в пузырек новых пор-
ций газа. При этом после образовавшегося равновесия
Г
должно возникнуть новое условие
Р>л+—.
г
а рост пузырьков прекратится только по установлении нового
равновесия
РП=Р1+ —.
гп
76
обусловленного исчерпанными ресурсами поступающих в пузы-
рек газов и возникшего нового отношения Л/а прн давлении Рп,
и радиусе пузырька г„. Таким образом, важная роль поверх-
ностного натижения при вспучивании очевидна.
Фазовые превращения и структурообразование
Синтезом сложного комплекса рассмотренных свойств, фи-
зико-химических процессов и условий являются фазовые пре-
вращения и структурообразование керамзита при обжиге, предо-
пределяемые химико-минералогическим составом исходного
сырья, его однородностью, степенью дисперсности минералов и
параметрами термической обработки — температурой, скоро-
стью нагревания и газовой средой.
Разнообразие свойств глинистых пород, используемых для
производства керамзита, и условий нх термической обработки
обусловливает и различный характер фазовых превращений и
структурообразования. Достаточно, например, лишь видоизме-
нить переработку сырья, скорость нагревания на различных
этапах обжига и газовую среду, как не только разные, но одна
и та же глинистая порода дают различные результаты фазовых
превращений и структурообразования. Поэтому не удивительно,
что ряд исследователей, изучавших эти процессы на различном
сырье и в различных условиях его термообработки, делают не-
однозначные выводы и вынуждены неоднократно менять свою
точку зрения по принципиальным вопросам образования керам-
зита.
Особо неточны и не отвечают действительному характеру
процессов, происходяших в производстве керамзита, результа-
ты исследований, выполненных на лабораторных образцах, обож-
женных по режимам, резко отличающимся от заводских.
Общий характер фазовых превращений и структурообразо-
вання прн обжиге керамзита в заводских условиях, частично
изменяющихся в зависимости от состава глинистого сырья, сте-
пени его дисперсности, скорости нагревания и газовой среды,
представляется в следующем виде.
В процессе нагревания глинистого сырья из него выделяются
парообразные и газообразные продукты — водяные пары, ле-
тучая часть органических примесей, углекислота, сернистый
газ, окись углерода. В пределах 100—180° С удаляется свобод-
ная и адсорбированная вода. В интервале 180—900°С уда-
ляется основная часть химически связанной (конституционной)
воды различных минералов: монтмориллонита, гидрослюд, гид-
рохлорита, каолинита, слюд, гипса и др.
В этих же пределах температур в основном заканчивается
диссоциация различных карбонатов с выделением углекислого
газа. В интервале 200—600° С выделяется летучая часть орга-
77
нических примессЛ, а при 700 ' С и выше — сернистый газ гип-
са и окисления сульфидов.
Начиная с температуры воспламенения органических приме-
сей, при,,сходит их окисление и сгорание с выделением углекис-
лоты, углерода и углеводородов, часть которых, как и пары во-
ды, расходуется на окислительно-восстановительные процессы.
Существенно важными в этот период являются процессы науг-
лероживания материала в восстановительных условиях внутри
гранул по реакции C + CO2s=2CO. При этом под влиянием вос-
становительных условий значительно ускоряются реакции взаи-
модействия минералов как между собой, так и с органическими
примесями, с выделением газообразной фазы. Дегидратация
при обжиге глинистых минералов, составляющих основную
часть глинистых пород, сопровождается постепенным разруше-
нием нх .кристаллических решеток; каолинита при 400—650" С.
а монтмориллонита и гидрослюд в пределах 300—900° С. Пол-
ное же разрушение кристаллических решеток глинистых мине-
ралов и их аморфизация с выделением остатков конституцион-
ной воды происходят около 900—1050° С.
Существенное влияние на фазовые превращения оказывают
окислительно-восстановительные процессы в пределах 300—
1050° С. Наличие в глинистом сырье органических примесей,
окислов железа и конституционной воды создает благоприятные
условия для развития обратимых реакций с попеременным
окислением и восстановлением окислов железа, окисления уг-
лерода и водорода и восстановления продуктов их сгорания.
При этом но мере повышения температуры начинают преоб-
ладать восстановительные реакции, сопровождающиеся накоп-
лением магнетита и закиси железа. Однако окись железа н ор-
ганический углерод не исчезают до конца обжига.
Для понимания сложного процесса фазовых превращении
при обжиге глин в различных газовых условиях большой инте-
рес представляют исследования А. В. Шлыкова, эксперимен-
тально установившего явление попеременного восстановления
и окисления окислов железа в глинах, содержащих органиче-
ские примеси. Процесс окисления ранее восстановленного желе-
за начинается только тогда, когда скорость выделения паров
воды из дегидратирующих минералов уменьшается настолько,
что перестает препятствовать диффузии кислорода внутрь об-
разца. При этом, когда скорость окисления закиси железа пре-
вышает скорость удаления оставшейся воды, кривая изменения
веса образца (рис. 21) на некоторое время меняет направление,
образуя изгиб (эффект Шлыкова).
При 950—1050’С отмечается образование муллита и появ-
ление стеклофазы с участием закиси железа и других плавней
и локальных участков слабопоризованной массы. В пределах
1050—1200" С подавляющее большинство керамзитового сырья
размягчается за счет образования все больших количеств лег-
78
коплавких эвтектик с участием плавней, особенно закиси желе-
за и щелочей, и усвоения расплавом других мелкодисперсных
составляющих, и масса переходит в пнропластическое состояние,
характеризующееся известной однородностью расплава и опти-
мальной для вспучивания вязкостью, значения которой опреде-
лены в пределах 106—10s пз.
В результате нагревания глии со скоростью, изменяющейся
в процессе обжига керамзита от 15—30 до 50—100 град /мин.
реакции разложения, дис-
социации и взапмодейст-
вия компонентов массы
с выделением газо-паро-
образных продуктов не-
сколько смещаются в об-
ласть более высоких тем-
ператур, обеспечивая ре-
сурсы газо-парообразной
фазы для вспучивания
материала, которое про-
исходит в интервале
1050—1200° С, до значе-
ний, характерных для
данного глинистого сырья.
Таким образом, в слож-
ном физико-химическом
процессе образования ке-
Рис. 21. Эффект Шлыкова иа кривой потери
веса глины при нагревании
рамзита участвуют не только высокотемпературные газы, выде-
ляющиеся в интервале 1000—1250° С, но и низкотемпературные,
на что справедливо обращает внимание Г. И. Книгина. Низко-
температурные газы в виде паров воды, окиси п двуокиси угле-
рода и кислорода тормозят или активизируют окислительно-вос-
становительные процессы, обусловливают их направление и еще
на подготовительной стадии в пределах 200—1000е С в опреде-
ленной мере предопределяют будущий характер реологических
параметров пироп.тастической массы на стадии вспучивания.
Исследования 1 количественных закономерностей формирова-
ния структуры и фазового состава керамзита иа различных
стадиях технологической обработки материала с привлечением
современных методов: ртутной порометрии при высоких давле-
ниях, определения суммарной поверхности под вакуумом и низ-
котемпературной адсорбции азота, определения удельной по-
верхности образцов, а также рентгеноструктурного анализа и
микроскопии, позволили установить, что низкотемпературные
газы оказывают также большое влияние и на ход структуро-
образования керамзита.
1 Выпо.-нсиы нами совместно с В. Т. Тнтопской.
79
00

Ь Й
Я “ 5 £55 s 2^2 ь г» ь о пя
о		Таблица 10 Изменение суммарной пористости й распределение пор по размерам		
	Суммарная пористость		Распределение пор по размерам	
Темпера- тура нагрева в °C		крупные (2-0,05 мм)	средние (0,05—0,0001 мм)	мелкие (0,0001—0,000004 мм)
	В СМ.3 | в %	в см3 | в %	В СМ3 I В % | в см3 | в % | в см3 | в %	в сма | в % | в см3 | в % | в см3 | в %
Смышляевская глина
105	0,3013	99,99	0,0855	28,38	0,0063	2,09	0,0224	7,43	0,0163	5,41	0,1025	34,02	0,0647	21,47	0,0036	1,19
400	0,3682	100,01	0,1339	36,37	0,0127	3,45	0,0186	5,05	0,0123	3,34	0,1086	29,5	0,0771	20,94	0,005	1,36
800	0,364	100	0,0752	20,66	0,0242	6,65	0,0252	6,92	0,0128	3,52	0,1156	31,76	0,106	29,12	0,005	1,37
900	0,4291	100,02	0,2216	51,65	0,0248	5,78	0,0244	5,69	0,0169	3,94	0,0883	20,58	0,0505	11,77	0.0026	0,61
1 000	0,04462	99,99	0,02	4,48	0,0024	0,54	0,0399	8,94	0,1608	36,04	0,179	40,11	0,0441	9,88	—	—
1 100	0,7149	100,02	0,1214	16,97	0,0187	2,61	0,1582	22,12	0,252	35,23	0,1058	14,79	0,0568	7,94	0,0026	0,36
1 170 (10 мин)	0,8809	99,99	0,3178	36,07	0,036	4,09	0,0865	9,82	0,2738	31,08	0,1497	16,99	0,0171	1,94	—	—
1 170 (4 мин)	0,8824	99,97	0.375	42,49	0,0205	2,32	0,0903	10,23	0,2707	30,67	0,098	11.1	0,0279	3,16	—	—
Бескудниковский суглинок
Выделение в различные периоды нагревания низкотемпера-
турных газов и паров воды из глинистых и других минералов
глинистого сырья сопровождается, как правило, разрушением
кристаллических решеток исходных минералов, что увеличивает
их реакционную способность, и образованием колоссального ко-
личества микропор. Последние наряду с порами, образовавши-
мися в результате физического контакта между мельчайшими
элементарными частицами и их комплексами, определяют об-
щую пористость материала в период, предшествующий его
вспучиванию.
Как показали исследования, в процессе обжига под влия-
нием усадочных деформаций н перегруппировки структурных
элементов, количество и размер пор, а также общая пористость
материала значительно видоизменяются. Характер изменения
в основном предопределяется минералогическим составом и
степенью дисперсности исходного глинистого сырья, при этом
чем мелкодисперснее глина, тем больше низкотемпературной
паро-газообразной фазы высвобождается из минералогических
составляющих, тем больше микропористость материала, и нао-
борот.
По мере нагревания материала до 900—1000° С суммарная
пористость при изменяющемся характере распределения пор по
размеру непрерывно растет, затем при спекании резко падает.
Вместе с тем важно отметить, что общая пористость уменьшает-
ся в основном, за счет более крупных пор при возрастающем
количестве мельчайших.
На рис. 22 и в табл. 10 приведены данные, характеризую-
щие изменение пористости и распределение пор по размерам
в образцах керамзита из смышляевской глины. В табл. 10 для
сравнения приведены также данные, характеризующие распре-
деление пор по размерам в керамзите нз бескудниковского су-
глинка.
Значение предшествующей пористости н микропор в образо-
вании керамзита весьма велико. Именно в них скапливается
паро-газообразная фаза и образуются в основном элементар-
ные пузырьки, разрастающиеся затем под влиянием благопри-
ятных реологических параметров в ячейки, характерные для
структуры керамзита.
Исследованиями установлено, что при обжиге керамзита все
глинистые минералы н плавни, как правило, переходят в рас-
плав, образуя стенки пор. Тонкодисперсные же примеси других
минералов (слюд, продуктов диссоциации карбонатов, кварца,
полевого шпата) полностью, а более крупные частицы минера-
лов (полевого шпата, кварца, слюды, глауконита) частично ус-
ваиваются расплавом. Как показали исследования, пылеватые
зерна многих минералов размером до 50 мк участвуют в рас-
плаве за счет растворения поверхностных зон. При этом остатки
зерен, не перешедшие в расплав, хорошо вписываются в пере-
4 Зак. 95
81
522 1№ 6.8 3.1 1.3 0.5	0.1 Oflb 002 O.OOk
Размер пор 6 мк
Рис. 22. Кривые распределения пор по размерам в образцах
иых темпе
а — интегральные; б — дифференциальные; / — 100е С. 2 —400° С- 3 —
8 — I 170°
городки между порами без ухудшения микроструктуры керам-
зита. Лишь крупные зерна размером более 50 мк, представлен-
ные обычно кварцем, являются нежелательным балластом, ухуд-
шающим, пористую структуру керамзита и увеличивающим его
объемный вес. Однако при этом следует подчеркнуть, что их со-
держание в керамзитовом сырье, обычно в суглинках, не выходит
за рамки допустимых пределов. Так, на основе суглинков типа
бескудниковского при содержании зерен размером более 10 лк
около 40%, как показал опыт, изготовляют легкий керамзит с
насыпным объемным весом в пределах 400—500 кг/л3, на базе
82
Iff* cm3
two
seoo
5400
5200
5000
4B00
4600
WO
4200
4000
3800
3600
3400
3200
3000
2600
2600
2400
2200
2000
1B00
1600
1400
1200
WOO
ООО
600
400
200
52,527,5 W Ofi 51 1,3 Ofi 0,5 0.2 0,1 0.08 0.03 0,005 0.004
‘Pазпер пор В nit
керамзита из смышляевской глины, обожженной при различ-
.ратурах
800” С: 4 — 900’ С; 5 — 1 ООО’ С; 6 — I 100“ С; 7 — 1 170» С — 4 лшя;
С — 10 мин
которого из бетона 50 объемным весом 950—1000 кг/л3 вы-
пускают весьма эффективные стеновые керамзитобетонные
панели.
В этой связи нельзя не остановиться на некоторых работах
по исследованию фазовых превращений и структурообразова-
нпя керамзита, вызвавших значительный резонанс у керамзит-
чиков.
Н.	С. Мануйлова и Л. А. Майер, обжигая в течение 7—
10 мин в лабораторных условиях глины, искусственно перенасы-
щенные органическими примесями (3% опилок), сделали вывод.
4*
83
что окись железа Fe2C% полностью восстанавливается уже на
второй минуте термообработки и поэтому в дальнейших физи-
ко-химических процессах участия не принимает. Это явно про-
тиворечит как ранее изложенным теоретическим обобщениям,
так и данным практики при обжиге керамзита в заводских ус-
ловиях. где повсеместно отмечается наличие окиси железа и ор-
ганических примесей до полного завершения процесса вспучи-
вания. Возражения вызывают также и некоторые работы
М. П. Элпнзона и Б. Н. Виноградова, непосредственно затраги-
вающие важнейший вопрос керамзитовой промышленности -
выбор сырьевых ресурсов. Эти авторы утверждают, что в про-
изводстве керамзита можно использовать только глинистые
сланцы ц тонкодисперсные глины с содержанием фракций раз-
мером >0,01 мм не более 30%. Однако известно, что керамзи-
товая промышленность, внедряя в практику научные достиже-
ния п используя эффективные железистые и органические до-
бавки, уже давно освоила успешное производство доброкачест-
венного легкого керамзитового гравия на базе местных суглин-
ков, содержащих до 40% фракций размером >0,01 мм. Более
того, в связи со все возрастающими потребностями строитель-
ной индустрии на керамзитовый гравий повышенной прочности
и большего объемного веса для несущих и высокопрочных на-
пряженно-армированных конструкций местные слабо вспучиваю-
щиеся в природном состоянии суглинки являются неисчерпае-
мой сырьевой базой для его изготовления.
Глава третья
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ КЕРАМЗИТА
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ФАКТОРЫ ВСПУЧИВАНИЯ
ГЛИНИСТЫХ ПОРОД
Успешное вспучивание глинистых пород на керамзит не толь-
ко зависит от свойств исходного природного сырья, но в значи-
тельной мере предопределяется важнейшими производственны-
ми факторами его изготовления: характером газовой среды при
обжиге; температурой и скоростью нагревания в различные пе-
риоды тепловой обработки; размером, формой, влажностью и
плотностью глинистого полуфабриката, подвергаемого обжигу,
а также характером добавок, которые нередко вводят в гли-
нистое сырье в целях повышения его вспучиваемости.
Большинство перечисленных факторов настолько взаимосвя-
заны и обусловливают друг друга, что раздельно их рассматри-
вать можно лишь условно.
Газовая среда
При обжиге керамзита, как и при термической обработке
многих материалов, характер газовой среды, непосредственно
воздействующей на частицы, имеет первостепенное технологи-
ческое значение. Частицы обжигаемого глинистого материала
и окружающая их газовая среда находятся в постоянном взаи-
модействии. При этом отдельные составляющие газовой среды
обусловливают направление и интенсивность окислительно-
восстановительных реакций. Кроме того, они, взаимодействуя
с некоторыми компонентами глины, участвуют в физико-хими-
ческих процессах образования керамзита, оказывая влияние иа
температурный уровень и степень размягчения глинистой массы.
В зависимости от состава газовой среды в печи и ее влияния
на процессы, протекающие в материале при нагревании, раз-
личают окислительную, восстановительную, нейтральную и за-
щитную газовую атмосферу.
Окислительная атмосфера характеризуется количеством сво-
бодного кислорода, достаточным для окисления органических
примесей или отдельных компонентов обжигаемого материала,
например железа и его окислов. Газовую среду, содержащую
85
свободного кислорода I—2%, принято считать слабоокислптель-
ной, 2—6% — окислительной и свыше 6% — сильно окисли-
тельной
Восстановительная атмосфера характеризуется содержанием
в ее составе восстановителей, главным образом окиси углерода
(СО) и водорода (Н2), способных восстанавливать окислы же-
леза высших степеней окисления в низшие. Окись углерода,
кроме того, благодаря возможному развитию обратимой реак-
ции 2СОз=ьС + СО2, обусловливает накопление в порах материа-
ла сажистого углерода, который наряду с коксовым остатком
органических примесей глин .может играть роль твердого вос-
становителя.
Нейтральную атмосферу характеризует практическое отсут-
ствие в се составе активных окислителей и восстановителей,
способных окислять или восстанавливать отдельные компонен-
ты материала. Восстановительная и нейтральная атмосфера не-
редко содержит также незначительное количество кислорода.
В некоторых специальных случаях для надежного предот-
вращения окисления или восстановления материалов и изде-
лий применяют защитную атмосферу из инертных газов или
создают вокруг изделий защитные газовые завесы.
Состав газовой атмосферы в печи зависит от вида и элемен-
тарного состава сжигаемого топлива, коэффициента избытка
воздуха, подаваемого для горения, вида и количества газо- и па-
рообразных продуктов, выделяющихся из материала при нагре-
вании, а также совершенства устройства для сжигания топлива.
При полном использовании всего подводимого для горения
топлива воздуха состав продуктов горения определяется стехио-
метрическими уравнениями горения. В этом случае сжигание
топлива проходит с теоретически потребным количеством воз-
духа и газообразные продукты горения содержат около 75%
азота и 25% углекислоты и водяного пара, в то.м числе неко-
торое количество сернистого газа. В табл. 11 приведены сред-
ние составы продуктов горения при сжигании топлива с теоре-
тическим количеством воздуха.
На практике из-за несовершенства конструкции топочных
устройств и смешйвания горючих газов с воздухом для полного
сгорания топлива его всегда сжигают с некоторым избытком
воздуха. Так, при сжигании газообразного топлива во вращаю-
щихся печах цементной промышленности значение коэффициен-
та избытка воздуха колеблется в пределах 1,05—1,1, жидко-
го — 1,05—1,15 и пылевидного — 1,05—1.2.
При сжигании топлива с коэффициентом избытка воздуха
в указанных пределах в атмосферу печи в составе избыточного
воздуха поступает свободный кислород, общее количество ко-
торого колеблется от 0,5 до 2%. По своему характеру и способ-
ности к окислению атмосфера печи с таким незначительным
86
Таблица 11
Средний состав продуктов горения без избытка воздуха
Топ ли во	Теплотворная способность	Состав горючей массы топлива в %								Состав про- дуктов горе- ния в		
		С	на	сн4	е X иЕ	S	О	со,	N	СО,	Н»О	
Мазут . . . Природный	10000 ккал 1кг	85,2	12,7	—	—	[	—	—	1,1	13,5	13,2	73,3
саратов- ский газ .	8 000 ккал[км3	—	—	93	3,5	—	—	0,25	3,25	9,5	19,5	71
содержанием кислорода является нейтральной или слабоокис-
лительной.
Хотя сжигание топлива с избытком воздуха, превышающим
определенные пределы, является крайне нежелательным, так
как излишний кислород не принимает участия в горении и вме-
сте с азотом избыточного воздуха бесполезно уходит с продук-
тами горения, вызывая лишь затраты тепла на свой нагрев,
иногда приходится считаться с чисто технологическими требо-
ваниями обжига некоторых материалов и сжигать топливо
с коэффициентом избытка воздуха, достигающим 1,25 и выше.
Для керамзита, например, эти специфические условия состоят
в следующем. При обжиге керамзита во вращающихся печах
зона горения топлива н развития максимальных температур
совпадает с зоной вспучивания обжигаемого материала, кото-
рый без опасения его слипания в комья нагревают в среднем
до 1150° С. Чтобы обеспечить такую относительно низкую тем-
пературу материала в зоне вспучивания и избежать его слипа-
ния в конгломераты («козлы»), температуру факела горения
в применяемых в настоящее время однобарабанных вращаю-
щихся печах поддерживают на уровне не выше 1250—1350° С.
Поскольку теоретическая температура горения применяемых
видов топлива находится примерно в пределах 1800—2100° С,
то ее понижение до 1250—1350° С и осуществляется за счет
перерасхода воздуха против теоретически необходимого. Поэтому
коэффициент избытка воздуха во вращающихся печах при
обжиге керамзита в настоящее время колеблется от 1,2 до 1,6,
в отдельных случаях превышая 2. В этих условиях газовая ат-
мосфера в печи содержит свыше 4—6% свободного кислорода
и по своему характеру является окислительной или сильно
окислительной.
Для наглядности в табл. 12 приведены данные об условиях
сжигания топлива и нагревания материала во вращающихся
печах при обжиге цементного клинкера и керамзита, показы-
вающие значительную разницу в температурных перепадах меж-
87
Таблица 12
Температурные условия обжига
цементного клинкера и керамзита
во вращающейся печи
Температура в X	Цемент- ный клинкер	Керамзит	Разница
Тсоретическаи сжигания мазута	2 100	2 100	—
Факела горения	1 700	1300	400
Технологическая нагрева материала	1 450	1 180	270
атмосферу
ду теоретической температу-
рой сгорания топлива, темпе-
ратурой факела горения и
нагрева материала.
При недостатке воздуха
для полного сгорания топ-
лива, неудовлетворительном
смешивании топлива и воз-
духа или недостаточной тем-
пературе для его воспламе-
нения горение будет непол-
ным. В этом случае та или
другая часть самых ценных
горючих составляющих в ви-
це окиси углерода СО, водо-
рода Н2, углеводородов и
сажистого углерода С, не
печи, а затем с отходящими газа-
сгорая, уходит в
мп — в трубу.
Насколько значительными могут быть потери тепла в ре-
зультате неполного сжигания топлива, видно из следующих
примеров. При полном сгорании 1 кг углерода по реакции
С+О2=СО2 выделяется 8080 ккал тепла. При неполном же сго-
рании углерода по реакции С + 0,5О2=СО выделяется только
2400 ккал, что составляет всего лишь около '/з тепла, которое
могло бы быть получено при полном сгорании углерода.
Еще выше удельные потери тепла при недожоге углеводо-
родов и водорода, если последние по тем или другим причи-
нам, нс сгорая в печи, уходят с отходящими газами в трубу.
В этом случае полностью теряется теплота горючих газов, со-
ставляющая, в частности, для этилена С2На—14 000, метана
СН< — 8 650 и водорода Н2 — 2 580 ккал/мг. Таким образом,
неполное сгорание влечет за собой так называемый химический
недожог топлива и безвозвратную потерю значительного коли-
чества тепла.
В результате неполного сжигания топлива в печи образует-
ся восстановительная атмосфера, которая характеризуется на-
личием в ней больших или меньших количеств восстановителей,
главным образом в виде СО, Н2 и сажистого углерода.
Почти все исследователи керамзита отмечали благоприятное
влияние восстановительной атмосферы печей иа вспучиваемость
глин.
Из опытных данных следует, что при обжиге в восстанови-
тельной среде вспучиваемость многих глин возрастает по срав-
нению с окислительной. Это увеличение составляет от несколь-
ких десятков до нескольких сот процентов. Некоторые глины
в условиях окислительной среды практически совсем не вспучи-
ваются, тогда как в восстановительной атмосфере отмечается
88
хорошая поризация материала с образованием мелкоячеистой
структуры керамзита.
Очевидно, что наиболее убедительные показатели улучшения
вспучиваемости глинистого сырья при обработке в различных
газовых средах могут быть получены на слабо вспучивающихся
породах, особенно суглинках. Такие исследования были вы-
полнены автором совместно с А. Н. Рязанцевым на термограви-
метрической установке.
На рис. 16 показана схема одного блока установки — элект-
рической печи.
Показатели вспучивания глинистого сырья в различных га-
зовых средах приведены в табл. 13. Как видно, слабее всего
вспучиваются объекты исследования, обжигающиеся в окисли-
тельной среде воздуха: коэффициент их вспучивания при при-
нятом режиме термообработки колебался в пределах 1,29—
1,7, а объемный вес материала в куске от 1.27 до 1,45 г/сл3.
Наиболее высокие показатели вспучивания наблюдаются у
образцов, обжигавшихся в восстановительной среде водорода
Таблица 13
Характеристика обожженных образцов
Порода	Среда	Вес в г	Объем в ем*	Объем- ный вес в г}см*	Коэффициент вспучивания
Лосиноост- ровский суглинок	Воздух 	 Азот ....		 Аргои	 Пары воды 	 Азот с парами воды	 Окись углерода	 Водород	-	- Пропаи 		2,67 2,71 2,75 2,72 2,8 2,71 2.79 2,82	1,84 3,86 3,39 2,6 3,4 4,89 5,49 4,6	1,45 0,71 0,9 1.11 0,71 0,55 0,51 0,61	1,33 2,6 2,48 1,8 2,59 3,58 4,1 3,43
Краснояр- ский суг- линок	Воздух	 Азот 	 Аргон 	 Пары воды 	 Азот с парами воды 	 Углекислота 	 Окись углерода		2,63 2,56 2.51 2,75 2,62 2,21 2,61	2,07 3,15 5,59 3,59 4,01 3,32 4,52	1,27 0,81 0,72 0,76 0,64 0,68 0,58	1.7 2,34 2,58 2,67 3,02 2,47 3,42
Волжская глина	Воздух	 Азот	 Углекислота	 Азот+8,4% кислорода 	 Азот+6% кислорода 	 Азот-|-1% кислорода ...... Окись углерода		2,44 2,54 2,62 1,5 2,45 2,45 2,62	1,69 3,94 3,88 2,57 2,82 3,85 6,37	1,44 0,6 0,67 0,96 0,8 0,62 0,41	1,29 3,02 2,78 1,91 2,1 3,01 4,4
4В. Зак. 95
89
глины от содержания кисло-
в газовой атмосфере печи
Рис. 23. Зависимость коэффициента вспу-
чивания
рода
и окиси углерода. Коэффициент вспучивания слабо вспучиваю-
щихся лосиноостровского и красноярского суглинков в этом
случае повышается более чем в два раза, достигая 4,09 3,58
н 3,42.
Особенно большую практическую ценность имеют вполне
удовлетворительные показатели вспучивания глинистого сырья
в нейтральных и условно нейтральных средах: азоте, аргоне,
углекислоте, парах воды, азоте с парами воды н т. п. Так, коэф-
фициент вспучивания лосиноостровского суглинка в указанных
средах составляет соответст-
венно 2,6; 2,48; 2,20; 3,59
против 1,33 на воздухе, а
красноярского 2,34; 2,59;
2,69 н 3,02 против 1,7. Те же
закономерности наблюдают-
ся и при вспучивании волж-
ской глины, бедной органи-
ческими прпмесямя. В среде
воздуха коэффициент ее
вспучивания не превышает
1,29, тогда как в восстанови-
тельной среде (окиси угле-
рода) он увеличивается бо-
лее чем в 3 раза и достигает
4,4. Прн термической обра-
ботке в нейтральных средах
коэффициент вспучивания
волжской глины также
сок и достигает 3.
Для подтверждения по-
ложительного влияния
тральных газовых сред на
вспучиваемость глнн и суг-
былн проведены опытные обжиги в среде азота, содержа-
вы-
ней-
линков
щей от 1 до 21% кислорода.
Рис. 23 наглядно иллюстрирует увеличение вспучиваемостн
по мере уменьшения содержания в газовой атмосфере кислоро-
да. Об этом же свидетельствуют и данные по вспучиванию в
окислительной и нейтральной средах слабо вспучивающихся су-
глинков с железистыми и органическими добавками, приведен-
ные в табл. 14.
Оказалось, что хотя добавка железистых и органических ве-
ществ и повышает вспучиваемость исходного сырья в 1,5—
2,5 раза, полностью благоприятное влияние добавок проявляет-
ся лишь при обжиге в нейтральных средах, когда вспучивае-
мость увеличивается в 4—5 раз.
Наблюдения и опыт показывают, что для оптимального
вспучивания важно также знать температурные границы, в пре-
до
Таблица 14
Показатели вспучивания суглинков с железистыми и органическими
добавками в окислительной и нейтральной средах
Суглинок	Добавки в % по весу			Среда	Характеристика обожженных образцов			
	пиритные огарки	о о к < CJ	о ч Й X о и		вес в г	объем в см9	объемный вес в г/см*	коэффи- циент вспучи ванн я
Лосиноост- ровский	0 I 2 3	0 1 1 1		Воздух	2,66 2,7 2,5 2,6	1.84 2,48 2,81 3.01	1,45 1,09 0,9 0,88	1,33 1,85 2,01 2,25
	1 2 3	1 1 1		Азот	2,77 2,47 2.73	4,71 6,29 7.2	0,59 0,38 0,35	3,42 4,68 5,73
Краснояр- ский	0 1 2 3	0 1 1 1		Воздух	2,63 2,55 2.8 2,79	2,07 6,07 6.96 5,96	1,27 0,42 0,4 0,46	1,7 4.15 4 5 4,45
	1 2 3	1 1 1 1		Азот	2,6 2,6 2,79	14,14 10,08 11,25	0,18 0,26 0,22	10,8 7,35 8,2
делах которых газовая среда оказывает наиболее благоприят-
ное влияние на процесс вспучивания.
По вопросу оптимальных газотемпературных условий вспу-
чивания существует два мнения. Мы полагаем, что наиболее
сильное влияние среды начинается с температуры воспламе-
нения органических веществ, содержащихся в глинистом сырье,
и заканчивается моментом собственно вспучивания материала.
Поэтому во избежание преждевременного выгорания орга-
нических примесей и окисления окислов железа необходимо
поддерживать внутри материала восстановительную атмосферу
примерно в пределах 300—1150° С.
Другие исследователи, например И. Д. Метелкин, считают,
что для оптимального вспучивания необходимо поддерживать
восстановительную атмосферу в пределах 400, 900 и 950° С.
При этом они утверждают, что за пределами этих температур
газовая среда может быть любая, в том числе и сильноокисли-
тельная.
Для проверки этого положения на слабо вспучивающихся
суглинках Лосиноостровского и Красноярского месторождений
были проведены опыты по вспучиванию при смене газовых
4В* 91
сред — окислительно-восстановительной и восстановительно-
окислительной.
Опыты, проведенные автором совместно с А. Н. Рязанцевым
на термогравиметрической установке, позволили выявить и уста-
новить следующий характер процесса. При обработке образцов
в начале обжига в окислительной среде со сменой через каж-
дые 100° на восстановительную среду вспучиваемость их посте-
пенно, почти линейно падает и достигает минимального значе-
ния при 1150—1200° С. И наоборот, при обработке образцов
Рис. 24. Зависимость вспучивания
лосиноостровского суглинка от ха-
рактера газовой среды прн обжиге
1 — окнслнтсльно-вссстановнтельная
среда: 2 — восстановительно-окислитель-
ная среда
в начале обжига в восстанови-
тельной среде со сменой через
каждые 100° на окислительную
вспучиваемость их сперва посте-
пенно увеличивается, а затем с
800—900°С почти скачкообразно
возрастает до максимума, харак-
терного для данного глинистого
сырья. Это убедительно подтвер-
ждает точку зрения о благоприят-
ном влиянии восстановительной
среды внутри материала за преде-
лами 900—950° С вплоть до тем-
пературы оптимального вспучива-
ния. Изложенное иллюстрируют
графики, изображенные на рис. 24.
Приведенные примеры вспучивания слабо вспучивающихся
глин и суглинков в различных газовых средах указывают преж-
де всего на вредное влияние окислительной среды, резкое по-
вышение вспучивания в восстановительной среде и хорошее вспу-
чивание сырья, особенно содержащего достаточное количество
окислов железа и органических примесей, в нейтральных средах.
Последнее особенно важно, потому что обжиг в восстанови-
тельной среде, как правило, связан с большими перерасходами
топлива и неэкономичен, тогда как необходимая нейтральная
среда на современном этапе развития керамзитового производ-
ства может быть создана технологическими и конструктивными
приемами. Еще до недавнего времени считалось, что поскольку
вспучиваемость глин в этих условиях резко возрастает, обжиг
керамзита следует проводить только в восстановительной среде.
Однако проведенное автором более детальное изучение меха-
низма вспучивания глин показало, что для вспучивания гли-
нистых пород на оптимальном уровне не требуется специально
создавать восстановительную атмосферу в печи: решающее
влияние на процесс вспучивания оказывает не внешняя восста-
новительная атмосфера печи, создаваемая за счет неполного
сжигания топлива в топке, а газовая среда внутри материала
и непосредственно вблизи его поверхности. При этом восстано-
вительная среда внутри материала может не обусловливаться
92
за счет восстановительной атмосферы печи, а создаваться и ус-
пешно регулироваться органическими примесями глин, темпера-
турой и скоростью обжига в различные периоды термической
обработки, характером окислительно-восстановительных реак-
ции и реакций разложения, а также скоростью газового потока
в печи. Существенно положительное влияние при этом оказывает
нейтральная атмосфера в печи.
Это положение позволило по-новому подойти к анализу ус-
ловий, обеспечивающих эффективное вспучивание глин в про-
мышленных печах, и созданию оптимальных режимов обжига,
а также более четко определить требования к газовой атмосфе-
ре печи с учетом экономичности керамзитового производства.
Рассмотрим более подробно эти условия. Состав газовой
атмосферы не является однородным как по длине вращающей-
ся печи, так и по ее сечению. В зоне отвердевания и предвари-
тельного охлаждения керамзита, через которую в печь из хо-
лодильника поступает вторичный воздух, атмосфера имеет яр-
ковыраженный окислительный характер и почти целиком со-
стоит из азота и кислорода. В этой зоне происходит интенсив-
ное окисление закисных и закись-окисных форм железа, начи-
ная с поверхностных слоев гранул керамзита; при этом зерна
керамзита принимают красную окраску. В следующей по поряд-
ку зоне — зоне вспучивания материала, совпадающей с зоной
горения форсуночного топлива, атмосфера печи состоит из про-
дуктов горения топлива и в основном определяется элементар-
ным составом топлива и избытком воздуха, поступающего
в печь.
На стыке зон вспучивания и подогрева и в зоне подогрева
атмосфера печи, состоявшая ранее из продуктов горения топ-
лива, разбавленных избыточным воздухом, постепенно попол-
няется газообразными продуктами диссоциации карбонатов,
окисления или восстановления сернистых соединений, парооб-
разными продуктами разложения содержащих воду минералов,
а также газообразными продуктами возгонки и окисления орга-
нических веществ. Наконец, в зоне сушки атмосфера печи по-
полняется парообразными продуктами испарения адсорбиро-
ванной и механически примешанной воды материала.
Из сказанного следует, что средний состав дымовых газов,
отбираемых для анализа перед выходом в трубу, не отражает
их действительного состава на различных участках длины печи.
Еще в большей мере это справедливо в отношении газовой ат-
мосферы на различных участках сечення печи. В непосредст-
венной близости от обжигаемого материала, где контакт и взаи-
модействие материала с окружающей газовой средой непрерыв-
ны, состав газовой атмосферы, соприкасающейся с отдельными
гранулами материала, резко отличается не только от среднего
состава дымовых газов, но и от состава газового потока, дви-
жущегося над материалом.
93
Это теоретическое положение, имеющее огромное значение
в технологии обжига керамзита, вытекает из условий нагрева-
ния и движения материала в печи и экспериментально подтверж-
дено в последние годы.
Исследованиями, проведенными автором совместно с А. Н. Ря-
занцевым, газотемпературного режима ряда промышленных
вращающихся печей с использованием для отбора газов спе-
циальных приспособлений и анализа газовой атмосферы на масс-
спектрометре установлено, что ее состав изменяется как по дли-
не, так и по сечению печи. При этом с достаточной точностью
определены и абсолютные значения составляющих: азота, кис-
лорода, углекислоты и паров воды (табл. 15).
Таблица 15
Состав газовой атмосферы по сечеиню вращающейся печи
Зона	Место отбора проб	Содержание в %			
		СО,	о,	Н,0	
Сушки	Низ....	... Середина 	 Верх		5,95 6,3 7,4	6,11 7,1 5	18,5 11,8 8,34	63,3 74,7 79,09
	Низ ....	5,66	3.96	3,41	87,7
Нагрева	Середина	6,26	4,65	2,68	86,24
	Верх .... 		7,9	6,3	2,82	82,5
Вспучнва-	Низ...	7,25	4,66	2,75	85
	Середина	...	7,09	6,45	2,88	83,2
НИЯ	Верх .	....	6,9	6.2	1,53	85,2
Существенно важный вывод из анализа данных табл. 15 со-
стоит в том, что в промышленных печах все еще наблюдаются
огромные избытки воздуха, с одной стороны, снижающие эко-
номические показатели производства керамзита, а с другой от-
рицательно влияющие на интенсивность вспучивания глинисто-
го сырья.
Для уяснения условий нагревания гранулированного мате-
риала в печи и характера газовой атмосферы непосредственно
вокруг частиц важно установить количественное соотношение
гранул, находящихся внутри и на поверхности слоя, а также
продолжительность пребывания их как на поверхности, так и
внутри слоя. Это можно сделать, пользуясь упрощенными эмпи-
рическими формулами Е. И. Ходорова.
Наблюдения и расчеты показывают, что каждая отдельно
взятая частица в течение всего цикла движения во вращающей-
ся печп находится на поверхности материала лишь очень ко-
роткий период, не превышающий нескольких минут, а все
94
остальное время она движется внутри слоя. Поэтому без боль-
шой погрешности можно считать, что в процессе обжига почти
все частицы находятся внутри слоя; всю насадку гранулирован-
ного материала в печи можно рассматривать как подвижное те-
ло с большой внутризерновой пустотностью, частицы которого
непрерывно изменяют свое положение: периодически появляясь
на несколько секунд на поверхности, они в основном то уда-
ляются, то приближаются к ней. Поэтому подавляющая масса
частиц не может омываться газовой атмосферой, циркулирую-
щей над материалом, а тем более по центру и свободному се-
чению печи и, следовательно, непосредственно воспринимать
действие этой восстановительной или окислительной газовой
среды.
Важным следствием указанного положения является тот
факт, что на самых решающих для технологии обжига керам-
зита участках печи, где развиваются благоприятные для про-
цесса вспучивания окислительно-восстановительные реакции,
направление и интенсивность которых в значительной мере за-
висят от окружающей материал газовой среды, состав послед-
ней предопределяется не составом газового потока, движущего-
ся иад материалом, а газо- и парообразными продуктами раз-
ложения и возгонки компонентов глинистого материала и их
взаимодействием с окружающей средой, создающих ту или
иную плотность газовых завес вокруг частиц.
Очевидно, что в условиях, когда газовая атмосфера, дви-
жущаяся над материалом по свободному сечению печи, не
омывает подавляющее большинство его частиц, и последние ок-
ружены завесами газов и паров, выделяющихся из сырца и
препятствующих соприкосновению внешней атмосферы с отдель-
ными гранулами, благоприятная для вспучивания восстанови-
тельная среда в основном обеспечивается за счет внутренних
ресурсов глинистого материала, как правило, содержащего
большее или меньшее количество органических веществ, и регу-
лируется характером его взаимодействия с окружающей средой.
Правильность этого положения подтверждает анализ меха-
низма процессов, протекающих в промышленных печах при тер-
мической обработке. В процессе нагревания из глинистого ма-
териала непрерывно (с различной скоростью и в различных ко-
личествах) выделяются газообразные н парообразные продук-
ты — водяные пары, летучая часть органических примесей, уг-
лекислота, сернистый газ н др. При относительно медленном
нагревании — со скоростью 5—12 град/мин в начале обжига —
в пределах температур 120—180° С удаляется свободная и фи-
зически связанная вода.
При дальнейшем нагревании в интервале температур 180—
950° С удаляется химически связанная вода из различных вод-
ных минералов, содержащихся в глинах: окислов железа, гипса,
монтмориллонита, гидрослюды н др. В этих же пределах тем-
95
ператур с выделением углекислого газа разлагаются карбона-
ты: карбонат железа при 300—400° С, карбонат магния при
600—700° С и карбонат кальция при 800—900° С. В интервале
200—450” С выделяется летучая часть органических приме-
сей глин.
При более быстром нагревании глин — со скоростью 30—
50 град/мин и выше, как, например, при обжиге керамзита, ука-
занные интервалы температур выделения газообразных и паро-
образных продуктов значительно смещаются в сторбну более
высоких температур, а максимумы и минимумы на кривых сни-
жения веса сглаживаются. Уменьшение веса, косвенно харак-
теризующее общий вес газообразных и парообразных продуктов,
выделяющихся из глинистых материалов при их обжиге, зави-
сит от влажности загружаемого в печн сырца и потерь его при
прокаливании, в сумме составляющих обычно от 10 до 30%.
Большой интерес представляют соотношения между исход-
ными объемами глинистого материала, подвергаемого термичес-
кой обработке на керамзит, и выделяемых из него газообразных
и парообразных продуктов. Расчеты показывают, что объемы
газов, выделяющихся из обжигаемого глинистого материала,
огромны: они в сотни и тысячи раз превышают объем исходно-
го полуфабриката. Например, при испарении 1 г воды объем
образующихся паров составляет при 100” С — 1,7 л, при
500° С — 3,5 л, а при 1000” С достигает 6 л. Это означает, что
при содержании в глине от 10 до 30% воды, в совокупности
свободной, физически связанной и химически связанной, то при
обжиге 1 т исходного материала в определенных температур-
ных условиях может выделиться от 170 до 1785 л3 парообраз-
ных продуктов. Так, часовой выход парообразных продуктов
в одной вращающейся печи Волгоградгидростроя длиной 36 м
и диаметром 1,7 м при средней влажности загружаемого мате-
риала 18% и содержании в сырье 5% химически связанной во-
ды составлял свыше 3600 м3/ч, или более 1 м3/сек.
Значительные количества газов выделяются также при дис-
социации карбонатов: в зависимости от температурных условий
1 т исходного глинистого сырья при общем содержании карбо-
натов кальция н магния 2—4% может выделить от 20 до
60 jh3 углекислого газа.
При медленном нагревании кислород окружающей газовой
среды сравнительно легко диффундирует в поры глинистого ма-
териала и содержащиеся в нем органические примеси окисляют-
ся беспрепятственно. Если же температура поднимается быстро,
например при обжиге керамзита, то интенсивное выделение
больших количеств парообразных и газообразных продуктов ме-
шает доступу кислорода к частицам глины, окисление органи-
ческих примесей идет медленно и в порах между частицами соз-
дается восстановительная среда. Кроме того, в начальный пе-
риод обжига, когда тепло затрачивается в основном на испаре-
96
нис воды и температура полуфабриката значительно ниже тем-
пературы горячих газов, последние, соприкасаясь с более холод-
ным материалом, могут дополнительно откладывать в его по-
рах горючие элементы (восстановители).
Следовательно, процессы выгорания органических примесей,
содержащихся в материале и его полное обезуглероживание
может нормально протекать только лишь после окончания
обезвоживания, которое происходит почти одновременно с уда-
лением газообразных продуктов диссоциации различных карбо-
натов, а также частично сульфатов. Имея теперь свободный
доступ к материалу, кислород окисляет в первую очередь от-
ложившуюся на поверхности глиняного полуфабриката копоть,
а затем проникает в поры и постепенно, от слоя к слою по на-
правлению внутрь частиц, сжигает углерод, накопленный там
из продуктов дистилляции топлива и органических примесей
глин.
Из сказанного можно сделать следующие выводы.
1.	При быстром обжиге полное выгорание углерода с выде-
лением газообразных продуктов окисления в виде окиси или
двуокиси углерода может наступить лишь после завершения
процесса обезвоживания, когда прекратится обильный противо-
положный ток паров воды и кислород получит свободный до-
ступ к частицам материала.
2.	Газообразные продукты диссоциирующих примесей в ос-
новном улетучиваются в период обезвоживания материала, иг-
рая такую же тормозящую роль для доступа свободного кис-
лорода к частицам, как и пары воды.
3.	В течение периода обезвоживания материал имеет более
низкую температуру, чем горячие газы в печи, что способствует
накоплению в порах материала и на его поверхности продук-
тов неполного сгорания топлива.
4.	Процесс обезвоживания, так же как и диссоциация неко-
торых примесей глины, требует лишь расхода тепла, тогда как
процесс обезуглероживания требует расхода тепла для созда-
ния начального импульса процесса (энергия активации) и, кро-
ме того, притока кислорода.
5.	При наличии органических примесей в глинистом мате-
риале и затрудненном доступе кислорода для их окисления
в пустотах между частицами глины создается восстановительная
атмосфера, наличие которой исключает необходимость поступ-
ления восстановителей из внешней газовой атмосферы печи,
циркулирующей над материалом. Это н позволяет проводить
обжиг керамзита в слабоокислительной и окислительной внеш-
ней среде с нормальным для сжигаемого вила топлива избыт-
ком воздуха.
Из сказанного вытекает, что для обеспечения благоприятной
восстановительной атмосферы внутри зерен материала кривая
97
обжига должна устанавливаться таким образом, чтобы оконча-
тельное окисление коксового остатка органических примесей
передвигалось в области температуры начала вспучивания.
Скорость и температурный уровень нагревания
при обжиге
При обжиге керамзита не менее важное технологическое зна-
чение, чем газовая среда, имеет скорость и температура нагре-
ва. Опыт показывает, что постепенный нагрев подавляющего
большинства легкоплавких глинистых пород ие создает опти-
мальных условий для вспучивания. Материалы, полученные
в результате такого обжига, как правило, вначале имеют вид
керамического черепка, а затем расплавляются без образования
характерной для керамзита мелкоячеистой структуры. Лишь
немногие железистые глинистые породы, в изобилии насыщен-
ные тонко распределенными органическими примесями, или по-
роды, обожженные в восстановительной среде, сохраняют спо-
собность вспучиваться при медленном нагревании. Однако коэф-
фициент вспучивания их при этом резко падает.
Положительное влияние фактора скорости подъема темпе-
ратуры на процессы, способствующие керамзитообразованию
Рис. 23. Влияние скорсти нагревания иа температуру скло-
нения керамических пироскопов № 100, ПО и 118
или обусловливающие его, состоит главным образом в том, что
при ускоренной термической обработке замедляются окисли-
тельные реакции п внутри материала образуется благоприятная
для вспучивания восстановительная среда. Реакции дегидрата-
ции, декарбонизации, окисления органических примесей и дру-
гие сдвигаются в сторону более высоких температур; при этом
98
обеспечивается более продолжительный период для восстанови-
тельных реакций и сохраняются потенциальные ресурсы газо-
образующихся веществ до той температуры, при которой гли-
нистая порода вспучивается.
Таким образом, скорость термической обработки глинистых
материалов при производстве керамзита в известной мере мож-
но рассматривать как фактор, регулирующий ресурсы восстано-
вителей внутри зерен материала, окисли-
тельно-восстановительные процессы и рас-
ход газообразных продуктов на стадии об-
жига со вспучиванием.
О значительном влиянии скорости обжи-
га на температурный уровень физико-хими-
ческих процессов, протекающих в керами-
ческом черепке, и перемещении ряда реак-
ций в сторону более высоких температур
свидетельствуют также результаты прове-
денных нами исследований влияния скоро-
сти нагревания на температуру склонения
керамических пироскопов (рис. 25,табл. 16).
Последние, как известно, применяются для
контроля температуры обжига различных
материалов при относительно медленном
их нагревании, со скоростью около 0,3—
2,5 град/мин. Оказалось, что с увеличением
скорости нагревания до 30—60 град/мин,
характерной для технологии обжига керам-
Таблица 16
Влияние скорости
нагрева на темпера-
туру склонения
пироскопов
100
100
ПО
ПО
118
118
60
30
60
30
60
30
18,3
33,3
18,3
36,3
19,6
39,4
1080
1200
1190
1200
1285
1350
80
100
90
100
105
170
зита, склонение пироскопов происходит при температуре на
80—170° С выше обусловленной стандартом.
Автор еще в начальный период организации производст-
ва керамзита в СССР установил следующее положение. Ре-
шающую роль при вспучивании глинистых пород имеют ско-
рость и температурный уровень тепловой обработки материала
на различных стадиях обжига — обстоятельство, имеющее ос-
новополагающее значение для проектирования рациональной
технологии керамзита, главнейшей особенностью которой яв-
ляется не постепенная, а ступенчатая термообработка.
Для установления оптимальных параметров максимально
возможного вспучивания типичного глинистого сырья его под-
вергали тепловой обработке по различным режимам в различ-
ном физическом состоянии: крошки из природного, неперерабо-
танного сырья, сфероидов или цилиндриков с формовочной
влажностью, подвяленных, воздушно-сухих и с нулевой влаж-
ностью, а такх<е в виде шлама.
Тепловую обработку образцов при этом вели в окислитель-
ной и восстановительной средах: при постепенном нагревании
от комнатной температуры до температуры вспучивания в те-
S9
чение 60—180 мин; по диаметрально противоположному режи-
му — при температурах вспучивания без предварительного на-
грева; с предварительной тепловой обработкой образцов в те-
чение 15—30 мин до 200, 300, 400, 500, 700 и 90СГС, с после-
дующим быстрым 5—10-мииутным обжигом в зоне температуры
вспучивания (1170—1220°С).
Исследованиями было установлено, что при постепенном на-
гревании образцов в условиях окислительной среды они пол-
ностью утрачивают свойство вспучиваться или в значительной
степени теряют его.
Важной является и следующая закономерность: чем большей
вспучиваемостью обладает исходное сырье, тем труднее оно
теряет это свойство при постепенном нагревании. Так, у хоро-
шо вспучивающихся парсуковской, смышляевской и нурлат-
ской глин при постепенном нагревании их в окислительной сре-
де в течение 180 мин коэффициент вспучивания падает соот-
ветственно с 6,8; 7,1; 7,25 до 1,86; 1,80 и 2,20, тогда как средне
вспучивающиеся курганская, лианозовская, новоиерусалимская
и соколов-сарбаевская глииы в тех же условиях едва сохраняют
свойство вспучиваться с минимальными коэффициентами 1.42;
1,62; 1,70 и 1,76, а суглинки всех исследованных типов пол-
ностью теряют его.
При постепенном нагревании происходит также потеря вспу-
чивасмости глин и суглинков и в условиях обработки их в вос-
становительной среде, хотя и не так значительно, как в окисли-
тельной.
При постепенном нагревании происходит также потеря пспу-
хих с температурой около 20° С непосредственно в область ве-
роятных температур их вспучивания, они, как правило, разру-
шаются на мелкие осколки. При этом, если исходное сырье об-
ладает высокой или средней склонностью к вспучиванию, эти
осколки также вспучиваются.
В противоположность сухим и воздушно-сухим такие образ-
цы сырца формовочной влажности, приготовленные нз хорошо
вспучивающихся глинистых пород, введенные в область темпе-
ратур керамзитообразования, вначале покрываются мелкой сет-
кой видимых и невидимых трещин, затем в процессе дальней-
шего нагревания «самозалечнваются» и вспучиваются. Степень
вспучивания такого сырья, как правило, в указанных условиях
достигает максимальной величины. Гранулы, приготовленные из
глинистых пород со слабой склонностью к вспучиванию, как
правило, покрываются глубокими трещинами, которые не «са-
мозалечиваются» и не вспучиваются. Гранулы с формовочной
влажностью, приготовленные из глинистых пород со средней
склонностью к вспучиванию, частично вспучиваются, а частично
покрываются трещинами и не вспучиваются.
Глиняный шлам из хорошо вспучивающихся глин вспучива-
ется несколько интенсивнее, чем исходные гранулы, приготов-
100
Коэффициент вспучивания
Рис. 26. Зависимость коэффициента вспучивания гл ян и объем-
ного веса керамзита от температуры тепловой их подготовки
в окислительной среде
глиньг 1 — нурлатская. 2 — смышляевская, 3— парсуковская; 4—чукавин-
скля; 5 —котласская; б —волжская; 7 — соколоа-сарбасвская; 8 — новоие-
русалимская; 9 — лианозовская; 10 — курганская; суглинки: 11 — приок
скиЛ; 12 — рязанский; 13 — бескудниковский; 14 ~ лосиноостровский; 15 —
курский; 16 — новосел овский; 17 — хлюпиискнй; 18 — Соколовский
101
ленные пластическим способом. Шлам из слабо п средне вспу-
чивающихся глинистых пород в их природном состоянии без до-
бавок, вспучивается слабее гранул, приготовленных пластиче-
ским способом. Это может быть объяснено растрескиванием пе-
реувлажненной массы в процессе быстрой сушки и нагревания
и преждевременным выходом по трещинам полезных для вспу-
чивания компонентов.
При добавке же к слабо и средне вспучивающимся глинам
и суглинкам железистых и органических веществ шлам из ших-
ты вспучивается также бо-
Рис. 27. Зависимость коэффициента вспу-
чивания суглинков и объемного веса ке-
рамзита от температуры тепловой под-
готовки в условиях восстановительной и
окислительной среды
обжиг курского суглинка: 1 в окислитель-
ной среде; 2— в восстановительной среде;
обжиг бескудниковского суглинка; 3~ в окис
-тигельной среде, 4 —в восстановительной
среде; обжиг Приокского суглинка: 5 — в оки
слительной среде; 6 —в восстановительной
среде
лее интенсивно, чем образцы
пластического формования.
В отличие от обжига
гранул с постепенным их
нагреванием, а также гра-
нул подсушенных и с нуле-
вой влажностью ступенча-
тая термообработка глини-
стого материала позволяет
добиться хорошего вспучи-
вания не только высоко
вспучивающегося сырья, но
и сырья, обладающего сред-
ней и слабой склонностью
к вспучиванию.
Особенно хорошие ре-
зультаты достигаются в том
случае, когда ступенчатый
обжиг сочетается с благо-
приятной нейтральной сре-
дой, применением органи-
ческих и железистых доба-
вок, если таковых недостаточно в исходном сырье.
На рис. 26 показана зависимость вспучивания хорошо вспу-
чивающихся глинистых пород от температуры их предваритель-
ной тепловой подготовки.
Из рис. 26 видно, что крайне запесоченные соколовский, хлю-
пииский и иовоселовский суглинки, содержащие свыше 74%
кремнезема (включая около 45 7о кварца), в окислительной сре-
де вовсе не вспучиваются. Только в восстановительной среде
они проявляют очень слабые признаки вспучивания. Зато обыч-
ные суглинки, содержащие менее 72% кремнезема, в противо-
положность вспучиванию при постепенном нагревании, в усло-
виях ступенчатой термической обработки, хотя и слабо, но вспу-
чиваются.
Как правило, природные разности этих суглинков дают по-
ризованный материал с объемным весом в куске около едини-
цы. При добавке же к ним железистых и органических веществ
102
п обжиге по ступенчатому режиму они обеспечивают надежное
получение керамзита с насыпным объемным весом 400—
500 кг/м3. Как видно из рис. 27, вспучиваемость этого вида
сырья резко повышается при обжиге в восстановительной сре-
де. В этом случае вспучиваемость суглинков увеличивается
в 1,5—2 раза. Аналогичные результаты получаются при обжиге
в окислительной среде, но с добавкой в исходную шихту орга-
нических и железистых веществ.
Одиако непременным условием хорошего вспучивания су-
глинков является предварительная их тепловая обработка пе-
ред вспучиванием до температуры не выше 300—350° С. Несоб-
людение этого условия ведет к полной потере вспучиваемости
суглинков. Заметно также, что образцы, обработанные при
200° С, вспучиваются лучше, чем обработанные при 300—350° С.
Глииы типа лианозовской, новоиерусалнмской, курганской
и соколов-сарбаевской в окислительной среде при температуре
предварительной тепловой подготовки до 300°С вспучиваются
с коэффициентом вспучивания около 4. В дальнейшем, однако,
при повышении температуры тепловой подготовки до 400, 500,
600 ц 700° С коэффициент вспучивания постепенно снижается
соответственно до 3,5; 2,5; 1,75; 1,5.
В условиях восстановительной среды ,глины этого типа,
в частности лианозовская (озерно-болотная) (см. рис. 26), вспу-
чиваются с высоким коэффициентом вспучивания. По мере
повышения ступеней тепловой подготовки коэффициент вспу-
чивания падает и при 500 и 900° С составляет соответственно
3,2 и 1,5.
В отличие от суглинков эти-глины, которые могут быть на-
званы средне вспучивающимися, имеют более широкий интер-
вал для тепловой подготовки без потери вспучиваемости, как
в окислительной, так и в восстановительной среде. Они допуска-
ют тепЛовую обработку до 400° С.
Еще больший интервал для тепловой подготовки без значи-
тельной потери вспучиваемости (200—600° С) имеют хорошо
вспучивающиеся глинистые породы, например нурлатскан,
смышляевская и парсуковская глины (см. рис. 26). Однако и
эти глины при дальнейшем повышении температуры подготов-
ки резко снижают присущую им способность к вспучиванию:
при вспучивании их в оптимальных условиях объемный вес
в куске полученного керамзита иа их основе равняется 230,
248 и 250 кг м3. Если же их тепловую обработку вести при
700° С и выше, то объемный вес керамзита возрастает более чем
в два раза, составляя соответственно 475, 500 и 570 кг/м3.
Из анализа экспериментальных данных вытекает, что по ха-
рактеру влияния технологических факторов на вспучиваемость
исследованные глины и суглинки можно подразделить на четы-
ре группы, что согласуется с их классификацией по химическо-
му и минералогическому составу.
юз
1-я группа представлена хорошо вспучивающимися тонко-
дисперсными глинами типа нурлатской, смышляевской, парсу-
ковской, чукавинской, котласской и волжской — иловатой.
Сырье этого вида обладает весьма высокой склонностью к вспу-
чиванию как в окислительной, так н в восстановительной среде.
При постепенном подъеме температуры эти глины резко снижа-
ют. но все же частично сохраняют вспучиваемость. В условиях
ступенчатого обжига они требует предварительной тепловой об-
работки до 400—600° С, практически не снижая присущей им
вспучиваемое™. С переходом же на температурный уровень
тепловой подготовки в пределах 600—900°С происходит резкая,
почти внезапная потеря способности к вспучиванию. Для этих глин
характерна меньшая разница между интенсивностью вспучива-
ния образцов, обработанных в окислительной и восстановитель-
ной средах (см. рис. 26). Следует также отметить, что темпера-
турный уровень тепловой обработки, при котором можно на-
правлять образцы непосредственно в зону их вспучивания, без
опасения их разрушения, у высоко вспучивающихся глин выше,
чем у сырья со слабой и средней вспучиваемостью. Так, если
гранулы, приготовленные из суглинков, после их тепловой обра-
ботки при 200° С не разрушаются при введении в зону вспучива-
ния, то образцы из высоко вспучивающихся глин требуют более
высокой температуры обработки (400—600°С).
2-я группа представлена средне вспучивающимися глинами
типа курганской, соколов-сарбаевской, лианозовской и иовоие-
русалимской. При постепенном подъеме температуры эти глины
почти не вспучиваются. Глииы этой группы менее запесочены,
чем суглинки, отличаются от них более высокой степенью дис-
персности и обычно содержат более высокий процент окислов
железа и органических примесей. При ступенчатом обжиге сырье
этого вила удовлетворительно вспучивается как в окислитель-
ной, гак и в восстановительной атмосфере.
Заметно, однако, что восстановительная среда более благо-
приятно влияет на вспучиваемость этих глин, чем на глины 1-й
группы.
Средне вспучивающиеся глины еще более чувствительны
к высоким температурам тепловой подготовки. Уже при 400° С
они значительно снижают присущую им вспучиваемость, при
500—600° С на 50—80% утрачивают это свойство, а затем и
вовсе теряют его.
3-я группа представлена суглинками Приокского, Бескудни-
ковского, Курского. Рязанского и Лосиноостровского месторож-
дений. Это обычно умеренно запесоченное довольно грубодис-
персное сырье со слабой склонностью к вспучиванию и пони-
женным содержанием окислов железа и органических приме-
сей. При постепенном подъеме температуры в условиях окисли-
тельной среды такое сырье, как правило, не вспучивается.
104
В восстановительной среде у него проявляется слабая склон-
ность к вспучиванию. Сырье этой группы особенно чувствитель-
но к повышенным температурам тепловой подготовки. Прн об-
работке их в пределах 200—300° С эти суглинки хотя и слабо,
но вспучиваются. Коэффициент их вспучивания при этом дости-
гает 1,75—2,5. Особенно возрастает их вспучиваемость в восста-
новительной среде или при добавке 1—2% органических ве-
ществ, а еще лучше при одновременной добавке железистых и
органических компонентов. Однако при дальнейшем повышении
температуры тепловой подготовки суглинки этой группы сперва
быстро снижают вспучиваемость, а затем при 400—500° С те-
ряют это свойство.
Для этого вида сырья характерна резкая разница между
вспучиваемостью в окислительной и восстановительной средах.
По-видимому, относительно низкая степень дисперсности и высо-
кая газопроницаемость массы оказывают влияние на быстроту
выгорания органических примесей, снижение и даже потерю
вспучиваемостн подобного сырья при обжиге.
К последней 4-й группе относятся запесочснные суглинки
Новоселовского. Хлюпинского и Соколовского месторождений,
содержащих более 74% кремнезема и более 45% свободного
кварца. Суглинки этого типа практически не вспучиваются в ус-
ловиях как окислительной, так и восстановительной среды и
поэтому не могут быть рекомендованы для использования в про-
изводстве керамзита во вращающихся печах.
Большой интерес представляют экспериментальные данные
о зависимости вспучиваемостн глин и суглинков от продолжи-
тельности их тепловой обработки при различной температуре и
изменения содержания органических примесей.
Исследуемые образцы подвергали предварительной тепловой
обработке при 100, 300, 500 и 700° С в течение 5. 15. 30. 40 и
60 мин с определением невыгоревших органических примесей
в пробах-близнецах, а затем 10 мин обжигали при температуре
их вспучивания.
Результаты этих опытов приведены на рис. 28. Легко усмот-
реть, что максимально вспучиваются лишь те образцы, которые
подвергались предварительной тепловой обработке до темпера-
туры воспламенения органических примесей. По мере дальней-
шего повышения температуры предварительной тепловой подго-
товки вспучиваемость глинистого сырья значительно падает, осо-
бенно резко при увеличении продолжительности тепловой обра-
ботки материала. Так, коэффициент вспучивания нурлатской
глины при тепловой обработке в течение 5 мин и 300, 500 и
700° С соответственно составляет 7,3; 6,5 и 4,6. С увеличением
времени тепловой обработки до 30 мин и тех же температурах
коэффициент вспучивания снижается уже до 4,1; 3 и 2,1, или
более чем в два раза.
105
Дальнейшее увеличение времени тепловой обработки этой
высоко вспучивающейся глнны приводит к потере преимуществ
перед слабо вспучивающимся сырьем.
Еще более резко обнаруживаются указанные закономерности
при вспучивании средне и слабо вспучивающихся глинистых по-
содержания органиче-
ских примесей (-------)
и продолжительности
предварительной тепло-
вой обработки при 300° С
(/), 500" С (2) и
700° С
с — иурлатской глины, б —
вол иск ой (иловатой гл ины).
в — лосиноостровского суг-
линка
ду степенью вспучивания и скоростью выгорания органических
составляющих и увеличением температуры н продолжительности
тепловой обработки.
Важным дополнением к этому является взаимосвязь при об-
жиге между содержанием органических примесей и различных
форм железа (рис. 29).
Изложенные выше экспериментальные факты являются ос-
новополагающими для проектирования рациональной технологии
керамзита.
Заслуживает быть выделенным бесспорное положение о по-
ложительном влиянии восстановительной среды на вспучивае-
106
мость при обжиге глинистого сырья. При этом в технологии ке-
рамзита решающее значение имеет не восстановительная ат-
мосфера печи, создаваемая за счет неполного сжигания форсу-
ночного топлива и, следовательно его перерасхода, а восстано-
вительная среда внутри пор материала, которая может обеспе-
чиваться внутренними ресурсами материала при содержании
в исходной шихте около 1—2% органических веществ и быст-
ром обжиге, особенно в интервале между температурой их
окисления и температурой вспучивания материала.
Очевидно, что к неприемлемым и бесперспективным для ис-
пользования следует отнести в первую очередь методы, приемы
и условия вспучивания,
ориентирующиеся на по-
степенный нагрев обжи-
гаемого материала неза-
висимо от его влажности
и характера среды при
термообработке.
Этот вывод вытекает
из того, что обжиг глин
и суглинков при посте-
пенном их нагревании
приводит, как правило, к
получению керамического
черепка. Следовательно,
одна из главных особен-
ностей технологии керам-
зита заключается в обес-
Рис. 29. Взаимосвязь между содержанием
органических примесей окислов железа и
вспучиваемостью при обжиге керамзита
печении «быстрого обжи-
га». Вместе с тем понятие «быстрый обжиг» требует уточ-
нения. Практически быстрый обжиг на керамзит может продол-
жаться, как это видно из изложенного, различное время и реа-
лизоваться непосредственным вводом в область температуры
вспучивания влажного, подсушенного, высушенного до нулевой
влажности п предварительно обработанного при определенных
температурах и газовых условиях сырца.
Очевидно, не все из перечисленных выше технологических
приемов равноценны и пригодны для проектирования рациональ-
ной технологии, несмотря иа принципиальную возможность с их
помощью получить керамзит. Так, первый из них обеспечивает
наиболее быстрый обжиг, поскольку он предусматривает непо-
средственный ввод влажного сырца прямо в область температуры
его вспучивания, минуя сушку и предварительный нагрев. Более
того, с помощью такого способа ряд глин можно максимально
вспучивать. Однако более глубокий анализ показывает, что по
технико-экономическим соображениям такой прием является
неприемлемым и не может быть рекомендован промышленности
ввиду огромных и неизбежных перерасходов топлива.
107
По тем же технико-экономическим соображениям нельзя при-
знать приемлемым и обжиг подсушенного материала, введенного
непосредственно в область температуры его вспучивания.
В этом случае (если миновать стадию предварительного
подогрева материала) на его подсушку затрачивается лишь ни-
чтожная доля тепла, высвобождающегося в зоне вспучивания
материала, что связано, как и в ранее рассмотренном примере,
с неизбежными перерасходами топлива.
Наконец, по причине разрушения гранул неприемлемым яв-
ляется и метод, предусматривающий ввод высушенного до нуле-
вой влажности сырца в область температур вспучивания.
Таким образом, для практической технологии, обеспечиваю-
щей оптимальное вспучивание материала, остается и может быть
рекомендован один общий метод, предусматривающий вспучи-
вание глинистого сырца, предварительно обработанного в опре-
деленных температурных и газовых условиях по кривой обжига,
приближающейся к ступенчатой.
Так как органические примесн интенсивно выгорают при тем-
пературе их воспламенения и выше, кривую обжига керамзита
следует строить таким образом, чтобы обеспечить замедленное
нагревание при более низких температурах (до начала интенсив-
ного сгорания органических примесей) —в пределах 200—600° С
и относительно быстрое нагревание в иепосрсдствсниой близости
от зоны вспучивания материала.
Скорость нагревания гранулированного сырца в первый пе-
риод тепловой обработки до температуры примерно 120—180° С,
когда из него удаляется преимущественно свободная вода, за-
метно не отражается на вспучиваемостн глин, если последующий
обжиг проведен иа оптимальном уровне. Второй период охва-
тывает широкую область температур, в пределах которых завер-
шается удаление физически связанной воды, а также интенсивно
развиваются, но полностью не заканчиваются реакции дегидра-
тации, декарбонизации и окислительно-восстановительные про-
цессы. среди которых решающее значение имеют реакции окис-
ления органических примесей и восстановления окислов железа.
Скорость и температурный уровень нагревания в этот период
определяются основным требованием процесса — поддерживать
восстановительную среду внутри пор глинистого материала.
Так как восстановительная среда обусловливается органиче-
скими примесями глин, выгорание которых задерживается из-
за обильного выделения паров воды и газов, препятствующих
доступу кислорода к частицам, то очевидно, что как только бу-
дет высвобождена из материала основная масса парообразных и
газообразных продуктов, начнется окисление органических при-
месей. В этом случае исчезнут и условия для поддержания
восстановительной среды внутри пор. Таким образом, конец
второго периода должен быть приурочен к началу возможного
интенсивного окисления органических примесей, совпадающего
108
с удалением из материалов основного количества паро- и газооб-
разных продуктов.
В зависимости от минералогического и гранулометрического
состава глинистых пород и продолжительности термической об-
работки температура, при которой начинается опасное для после-
дующего керамзитообразования окисление органических приме-
сей, колеблется в широких пределах. Для грубодисперсных гли-
нистых пород с небольшим количеством органических примесей
она начинается примерно с 200—300° С, а для тонкодисперсных
и насыщенных большим количеством органических веществ —
с 400—500° С (см. рис. 26).
После второго периода обжига скорость нагревания должна
быть резко повышена до температуры вспучивания глинистой по-
Рнс. 30. Кривые обжига
керамзита
/ — загрузка полуфабрика-
та: 2 — тепловая обработка
полуфабриката перед вспу-
чиванием (конвейер, бара-
бан, шахта); 3 —’ место со-
пряжения тепловых аппара-
тов; 4 — обжиг нз керам-
зит (короткая вращающаяся
печь); 5 —выгрузка керам-
зита
роды, ибо замедление на этой стадии обжига не только не вызы-
вается никакими технологическими причинами, но и весьма опас-
но вследствие возможного полного выгорания органических при-
месей и окисления окислов железа. Таким образом, третий пе-
риод обжига должен быть по возможности очень коротким, а еще
лучше — мгновенным со значительным перепадом температур
между вторым и четвертым, последним периодом обжига, т. е.
в пределах 300—1050° С, когда внутри пор материала должна
поддерживаться восстановительная атмосфера.
В четвертый период высвобождаются остатки химически свя-
занной воды и углекислоты, завершаются благоприятные керам-
зитообразованию окислительно-восстановительные реакции и
глинистый материал вспучивается (обычно при 1100—1200° С)
в зависимости от свойств исходного глинистого сырья, размера
частиц, величины загрузки и температуры факела горения в про-
должение 5—15 мин.
Изложенные соображения позволили построить принципиаль-
ную кривую обжига керамзита, изображенную на рис. 30, кото-
109
рая характеризуется относительно постепенным нагревом полу-
фабриката до 200—600° С с последующим быстрым подъемом
температуры до температуры вспучивания данного глинистого
сырья. Оптимальная кривая обжига керамзита имеет ступенча-
тый вид. Первая ступень — сушка и подогрев глинистого сырья
до 200—600° С.
Вторая ступень — кратковременный обжиг материала при
температурах его вспучивания.
Важным условием правильно проведенных процессов предва-
рительной подготовки материала перед вспучиванием и самого
вспучивания является соблюдение оптимального времени, необ-
ходимого для завершения указанных процессов при соответст-
вующих температурах. Длительная выдержка материала, в осо-
бенности при температурах выше 500° С, может привести к ча-
стичной или даже полной потере глинистой породой свойства
вспучиваться. При кратковременной тепловой обработке или про-
ведении ее в условиях пониженной температуры образцы могут
впоследствии разрушиться из-за чрезмерно интенсивного газо-
выделения при переходе гранул в зону более высоких темпе-
ратур.
Важно также отметить, что скоростная термическая обработ-
ка глинистого полуфабриката создает условия для образования
восстановительной среды в порах материала даже при обжиге
в сильноокислительной внешней атмосфере печи. Поэтому по
технико-экономическим соображениям следует стремиться вести
обжиг при нормальном избытке воздуха, необходимом для эф-
фективного сжигания применяемого вида топлива, а внешнюю
атмосферу в печи поддерживать нейтральной или слабоокисли-
тельной.
Но это и есть предложенный нами ступенчатый способ полу-
чения керамзита. Так как «перегрев материала», связанный с вы-
горанием органических примесей, а возможно удаление и других
полезных для вспучивания компонентов глинистого сырья проис-
ходит в интервале температур примерно 600—1000° С, то этот
участок на кривой обжига по чисто технологическим соображе-
ниям является опасным, и его необходимо сократить до мини-
мума. Отсюда логически вытекают наши предложения по рацио-
нальному проектированию технологии производства керамзита
по ступенчатому способу, а также оборудования для его прове-
дения, которые предусматривают предварительную тепловую об-
работу полуфабриката до 200—600° С в запечных теплообмен-
ных аппаратах типа конвейера, шахты с колосниками, барабана
и т. п. и обжиг со вспучиванием в коротких вращающихся печах.
Графическое обоснование ступенчатого способа получения
керамзита на примере двухбарабаиного варианта изображено на
рис. 31.
по
Рис. 31. Графическое обоснование ступенчатого
принципа термообработки глинистого сырья на
керамзит
о — зависимость объемного веса керамзита и коэффи-
циента вспучивания глин от температуры тепловой под-
готовки полуфабриката из сырья хорошо (Л. средне (2)
и мало (3) вспучивающегося; б — кривая обжига керам-
зита в однобар а банной печи при термообработке в тсчс
ние: I, 2 —больше 60 мин; 3, 4—30—40 мин-, 5. б—ме-
нее 30 мин-, в — оптимальная кривая обжига керамзита
111
Размер полуфабриката
Размеры глинистого полуфабриката для обжига на керамзи-
товый гравий могут колебаться в широких пределах, что на
практике предопределяется оборудованием, выбранным для об-
жига, склонностью к вспучиванию исходной глинистой породы,
способами грануляции сырья, требованиями к зерновому соста-
ву керамзитового гравия.
Чем больше вспучиваемость исходной глинистой породы, тем
меньших размеров могут быть зерна обживаемого материала.
При обжиге во вращающихся печах хорошо вспучивающихся
глинистых пород можно получить керамзитовый заполнитель
всех фракций, включая песок.
Зерна размером до 2 мм в поперечнике полуфабриката,
приготовленного из средне вспучивающихся глинистых пород,
практически не вспучиваются; из слабо вспучивающихся гли-
нистых пород без добавок почти невозможно получить керам-
зитовый песок.
Совместный обжиг мелочи и крупных зерен материала, как
правило, не допускается во избежание их слипания в печи. Перед
обжигом такой полуфабрикат следует отсортировать на мелкие
и крупные фракции и раздельно направлять в печь, т. е. дол-
жен осуществляться пофракционный обжиг. Вообще желательно,
чтобы размеры полуфабриката, обжигаемого во вращающихся
печах, с учетом его разрушения и грануляции в процессе пере-
движения в печи и коэффициента вспучивания данного сырья
соответствовали требованиям к зерновому составу керамзита.
При соблюдении всех этих условий, как правило, получают за-
полнитель округлой формы — керамзитовый гравий.
Многие глинистые породы лучше вспучиваются, а производи-
тельность печей достигает оптимальной величины в том случае,
если размер полуфабриката превышает 10—15 мм в поперечнике.
Поэтому если глинистая порода лучше вспучивается в брикетах,
превышающих оптимальные размеры керамзитового заполните-
ля, обусловленные техническими условиями, и при этом обеспе-
чиваются высокие показатели производительности печей, то об-
жигу подвергают материал в кусках размером до 50 мм в попе-
речнике, а затем путем домола корректируют зерновой состав
заполнителя, получая его в виде керамзитового щебня. Такой
способ приготовления керамзита в большинстве случаев издавна
принят на заводах США.
В последние годы обнаружились затруднения с получением
во вращающихся печах керамзитового песка, получаемого из гли-
нистой мелочи размером в пределах 0,1—3 мм. Оказалось, что
при обжиге во вращающейся печи одной мелочи значительное
количество ее уносится в пылеосадительную камеру и на 20—
30% сокращается производительность оборудования. При сов-
местном же обжиге гравия и песка, если сырье обладает малым
112
интервалом вспучивания, из-за более раннего оплавления песча-
ных фракций они налипают на крупные и образуют свары, что
лишает возможности нормально проводить процесс обжига со
вспучиванием. Это обстоятельство потребовало производства не-
обходимого количества песка (25—35%) путем дробления круп-
ных фракций. Из-за недостаточной эффективности этого спо-
соба в настоящее время осваивается производство керамзитового
песка в специально приспособленных аппаратах — печах кипя-
щего слоя (см. главу четвертую).
Форма полуфабриката
Форма исходного полуфабриката предопределяет получение
керамзита с оптимальной формой зерен и требуемого зернового
состава.
В соответствии с требованиями технологии бетонов наиболее
желательной для зерен заполнителей является округлая граве-
листая форма с шероховатой поверхностью частиц. Если зерна
заполнителей имеют произвольную форму, то количество пло-
ских и остроконечных частиц должно быть минимальным. Пло-
ские, тонкие, пластинчатые частицы даже хорошо вспучивающих-
ся глин вспучиваются слабее частиц с примерно равным соотно-
шением длины и толщины и значительно слабее округлых частиц.
Лучшим полуфабрикатом для обжига является глинистый ма-
териал, зерна которого имеют примерно одинаковые размеры
в поперечнике во всех направлениях. Чем большей склонностью
к вспучиванию обладает глинистое сырье, тем более произволь-
ной может быть форма полуфабриката, направляемого в печь.
Следует, однако, иметь в виду, что в производстве керамзита
решающее значение для получения доброкачественного запол-
нителя имеет не столько размер и форма полуфабриката, загру-
жаемого в печь, сколько размер и форма зерен, поступающих
в зону вспучивания, окончательное формирование которых про-
исходит под действием тепла, теплообменных устройств, грану-
ляции и окатки при вращении в самой печи.
После обжига и сортировки весь керамзит или часть его по-
лучают в виде керамзитового гравия. При избытке крупных фрак-
ций и недостатке мелких часть материала подвергают дробле-
нию; при этом получают керамзитовый щебень, уступающий по
свойствам керамзитовому гравию.
Влажность полуфабриката
Гранулированный материал из хорошо вспучивающихся гли-
нистых пород можно обжигать на керамзит во вращающихся
печах почти при любой его влажности, примерно 35—55% при
5 Зак. 95
113
мокром, 0—12% при сухом и 0—30% при пластическом способе.
Материал же, приготовленный из глинистого сырья, обладаю-
щего слабой, а во многих случаях и средней вспучипаемостью,
перед поступлением на обжиг в зону вспучивания обязательно
требует предварительной сушки или подвяливания. При этом
сушка может быть осуществлена в сушилках различного рода
или непосредственно во вращающейся печи только более удли-
ненной. В двухбарабанных печах сушка и предварительный по-
догрев осуществляются в барабане тепловой подготовки.
Объясняется указанное требование тем, что при неизбежном
растрескивании и разрушении введенного в печь влажного полу-
фабриката зерна хорошо вспучивающихся глинистых пород,
обладая большими ресурсами порообразуюших веществ, при на-
гревании сохраняют значительную их часть до момента вспучи-
вания, тогда как слабо вспучивающиеся породы с высвобождени-
ем незначительного запаса этих веществ теряют способность
вспучиваться.
При добавке к слабо и средне вспучивающимся глинистым
породам стимуляторов вспучивания предварительная подсушка
необязательна.
Плотность полуфабриката
Практикой установлено, что хорошо вспучивающиеся глини-
стые породы интенсивно вспучиваются при любой плотности
полуфабриката, приготовленного современными методами, в то
время как слабо вспучивающиеся породы лучше вспучиваются
при повышенной плотности полуфабриката. Положительное
влияние повышенной плотности полуфабриката на вспучивае-
мость ряда глии объясняется уменьшением при этом их пори-
стости и газопроницаемости.
Хорошо вспучивающиеся глинистые породы, как правило,
слагаются из мелкодисперсных минералов. Ввиду тонкозерни-
стости эти породы еще в сырце имеют небольшую пористость.
При нагревании их пористость сокращается до минимума, что
способствует процессам керамзитообразования. В частности, пи-
ропластический материал с плотной структурой оказывает повы-
шенное сопротивление выходу вспучивающих газов наружу и
предотвращает их преждевременное удаление. Слабо вспучиваю-
щиеся же глинистые породы являются, как правило, и более гру-
бодисперсными. Высокая первоначальная пористость полуфаб-
риката из таких пород сокращается при обжиге на относительно
незначительную величину: материал не достигает плотности, тре-
буемой для развития реакций и задержки газов, и последние
уходят наружу.
114
Добавки
По мере развития производства керамзита и совершенство-
вания его технологии все большее значение приобретают добав-
ки применяемые для интенсификации физико-химических про-
цессов образования этого материала, повышения качества, улуч-
шения производственных факторов изготовления и снижения се-
бестоимости.
Достижение в короткие сроки современного высокого уровня
производства керамзита в СССР во многом обязано широкому
применению добавок, в особенности железистых и органических.
Если в начальный период организации производства керам-
зита добавки вводились лишь в единичных случаях, а их чис-
ло не превышало пяти наименований, то в настоящее время
добавки применяют более 80% керамзитовых предприятий. При
этом предложено около 40 веществ, полезных для самых разно-
образных технологических надобностей.
На рис. 32 приведена классификация, на которой все добав-
ки, применяемые в производстве керамзита, условно расчленены
на две большие группы:
добавки, применяемые для повышения качества керамзита
(рис. 32,о);
добавки, применяемые для улучшения производственных фак-
торов изготовления керамзита (рис. 32,6).
Классификация охватывает более 35 наименований добавок,
распределенных по их составу и назначению.
Следует подчеркнуть, что в ряде случаев распределение до-
бавок по группам и подгруппам носит условный характер, так
как некоторые из них. например железистые, выполняют двой-
ную и даже тройную роль — их с успехом применяют для повы-
шения вспучиваемости сырья и снижения объемного веса керам-
зита, расширения интервала вспучивания и снижения темпера-
туры обжига.
Нами установлено, что степень вспучиваемости исходного
глинистого сырья предопределяет не только качество получае-
мого керамзита, но и технико-экономическую эффективность
как самого производства, так и применения керамзита в строи-
тельстве. Чем больше вспучиваемость единицы веса сырья, тем
больше объем получаемой из него после обжига готовой продук-
ции, тем меньше объемный вес керамзита и керамзитобетона,
ниже коэффициент теплопроводности, а следовательно, тоньше
и экономичнее может быть стеновая конструкция, изготовленная
на его основе. Поэтому при постройке керамзитовых предприя-
1 Под термином «добавки» подразумеваются разнообразные вещества я
материалы минерального и органического происхождения, находящиеся в раз-
личном агрегатном состоянии, которые вводятся в исходное сырье или при-
меняются для обработки гранул, например для олудриваиия в процессе про-
изводства керамзита.
5*
115

тий рекомендовалось использовать в первую очередь хорошо
вспучивающееся сырье с высокими коэффициентами вспучивания
и выхода.
Отсутствие, однако, во многих районах страны хорошо вспу-
чивающихся глинистых пород вызвало потребность в обогащении
местного, широко распространенного глинистого сырья (глин,
суглинков), в первую очередь для повышения вспучиваемостн
и снижения объемного веса.
Поиски эффективных добавок для этой цели побудили нас
провести серию специальных исследований по выявлению отдель-
ных компонентов глин, решающим образом влияющих на про-
цесс их вспучивания при обжиге, особенно железистых и органи-
ческих веществ. В частности, была исследована вспучиваемость:
а)	легкоплавких искусственных смесей огнеупорностью в пре-
делах 1180—1250° С, приготовленных на основе чистых компо-
нентов, применяемых при изготовлении пироскопов с добавкой
окислов железа и органических примесей и без них;
б)	хорошо вспучивающихся глин с высоким содержанием
окислов железа, искусственно освобожденных от органических
примесей;
в)	облагороженных отмучиванием типичных высоко, средне
и слабо вспучивающихся глин и суглинков; в процессе отмучи-
вания видоизменялось содержание основных компонентов глины,
в том числе SiO2, Д12О3, Fe2O3+FeO и органических примесей;
г)	природных слабо вспучивающихся суглинков с добавкой и
без добавки окислов железа и различных органических примесей.
Оказалось, что вспучиваются и образуют керамзитовую струк-
туру только те легкоплавкие искусственные смеси на основе
глин, в состав которых одновременно введены окислы железа
и органические примеси. Все же другие смеси, приготовленные
на том же основном составе, ио без добавки окислов железа и
органических примесей или с добавкой лишь одного из этих ком-
понентов, не образуют керамзитовой структуры.
Предполагая, что роль органических примесей может выпол-
нить восстановительная среда, мы провели в восстановительной
среде обжиг серии образцов с добавкой окислов железа, ио без
органических примесей. Наше предположение полностью под-
твердилось; ранее не вспучивавшиеся образцы, обожженные в
указанных условиях, хорошо вспучивались, давая характерную
для керамзита мелкоячеистую структуру.
При исследовании другой серии образцов методом выжигания
(перекисью водорода) были удалены органические примеси
высоко вспучивающихся иурлатской и парсуковской глии. Этот
метод, рекомендованный Н. Н. Гедройцем для сжигания гумуса
почв, позволяет удалять большую часть органических веществ,
не затрагивая остальных составляющих глниы. Эксперименталь-
ное опробование на вспучиваемость обработанных перекисью во-
дорода глнн показало, что они или полностью утрачивали при-
117
сущие им свойства к вспучиванию, или в значительной мере
теряли их, проявляя лишь слабую склонность к порообразо-
ванию.
Аналогично искусственным смесям глины, из которых были
удалены органические примеси, при обжиге в восстановительной
атмосфере снова восстанавливают ослабленную или утраченную
способность к вспучиванию.
Решающая роль окислов железа и органических примесей
(или, что то же, восстановительной среды) при вспучивании
легкоплавкого глинистого сырья получила полное подтверждение
и развитие в последующих сериях исследований.
Методом отмучивания н центрифугирования из типичного
средне, слабо и не вспучивающегося глинистого сырья были
удалены крупные его фракции, в результате чего содержание
в них окислов железа возросло от 4—5 до 7—12%, а органиче-
ских примесей — от 0,2—0,5 до 0,8—1,5%.
Как видно из данных табл. 2 н рис. 12, вспучиваемость такого
сырья резко возросла. Коэффициент вспучивания увеличился
с 1,5—2,2 до 4—7, а объемный вес керамзита снизился с 0,9—1,2
до 0,3—0,4 г/сл3.
Результаты описанных исследований важны не только тем,
что открывают путь для облагораживания сырья по шликерному
способу. Они фундаментально подкрепляют вывод о решающей
роли в процессах вспучивания совместного содержания в глинах
в оптимальных количествах окислов железа н органических при-
месей и убедительно доказывают возможность в практических
условиях керамзитового производства широко применять добав-
ки для повышения качества керамзита, прежде всего снижения
объемного веса.
В качестве объектов завершающей серии экспериментальных
работ этого направления были использованы слабо вспучиваю-
щиеся суглинки, в том числе ныне используемые рядом керам-
зитовых предприятий, с коэффициентом вспучивания в природ-
ном состоянии в пределах 1,75—2,5. В качестве железистых до-
бавок были использованы болотная руда, пиритные огарки и
железная руда Курской аномалии; органических добавок —
с.с.б., соляровое масло, мазут, керосин, опилки, уголь и т. п.
На рис. 33 и 34 показаны кривые изменения коэффициента
вспучивания суглинков и глин при добавке различных жидких
органических веществ в пределах 0,25—1,5%. Из анализа этих
рисунков следует, что жидкие органические добавки оказывают
существенное, но неодинаковое влияние иа вспучиваемость раз-
личных суглинков: крайне слабо жидкие добавки повышают
вспучиваемость запесоченных суглинков типа мордасовского н
рябковского, содержащих свыше 74% кремнезема, включая бо-
лее 45% свободного кварца, меиее 4% окислов железа и незна-
чительное количество органических примесей, зато обычные
суглинки, содержащие до 71 % кремнезема и более 4% окислов
118
Содержание сев. 8 °/а
Рис. 33. Зависимость коэффициента вспучивяния от добавок
^ТиСуЛьфитч2спирТиЧ0Й барды: б-мазута: в-керосина; /-братская глина; 2 -бескудниковский суглинок- а-лианозов-
скал глина; 4—юргановская глина; 5 • мордасовскаи глина (нижний слой); 6 — то же (верхний слой); 1 — алексеевская гли-
на; 8 — рябковская глина; 9 — балтымскиА суглинок
Рис. 34. Изменение коэффици-
ента вспучивания левопалуи-
ской (братской) глины при до-
бавке
/—С- с. б.; 2—мазута; 3— солярового
масла; 4—опилок; б —антрацита
железа, резко повышают вспучнваемость при добавке уже 0,25%
жидких органических веществ.
При этом отмечено, что с повышением количества вводимой
добавки сверх некоторого оптимума (чаще около 0,5—0,75%)
вспучнваемость суглинков начинает понижаться.
Проверка влияния жидких добавок в полузаводских, а затем
производственных условиях Бескудниковского цеха керамзито-
вого гравия показала, что оптимальные концентрации добавок
в производственных условиях в 1,5—2 раза превышают найден-
ные в лабораторных условиях. Кро-
ме того, было подтверждено ранее
установленное положение, что поло-
жительное действие органических
добавок наблюдается лишь в том
случае, когда исходное сырье со-
держит достаточное количество
окислов железа, а обжиг керамзита
во вращающейся печи ведут по кри-
вой, приближающейся к ступенча-
той. В противном случае жидкие
легковоспламеняющиеся добавки
выгорают преждевременно, еще на
подходе материала к зоне высоких
температур, и ожидаемого эффекта
не производят.
Надежное повышение вспучивае-
мости слабо вспучиваемых глин н
суглинков обеспечивается совмест-
ным вводом железистых и органи-
ческих добавок. Например, рис. 35
наглядно иллюстрирует значительное повышение вспучиваемости
(в два-три раза) бескудниковского н чебоксарского суглинков,
а также ленинградской (кембрийской) глины при совместной
добавке пиритных огарков и различных органических веществ.
Изложенное полностью подтверждается длительной практи-
кой работы многих, в первую очередь Бескудниковского и Кряж-
ского керамзитовых предприятий, первыми внедривших (1956—
1958 гг.) применение железистых и органических добавок в виде
болотной руды, а затем пиритных огарков, опилок обычных и ка-
рандашных, солярового масла и мазута.
Работая вначале без добавок. Бескудниковский и Кряжский
заводы выпускали тяжелый керамзитовый гравий с насыпным
объемным весом 600—700 кг/м3, что позволяло приготовлять
лишь малоэффективный керамзитобетои марки 50 с объемным
весом более 1200 кг/м3. Добавляя к обычным слабо вспучиваю-
щимся суглинкам железистые и органические примеси одновре-
менно, Бескудниковский завод выпускает ныне на 9 вращающих-
ся печах керамзитовый гравий отличного качества с насыпным
120
Количеств пиритных Парков в %
Рис. 35. Зависимость коэффициента вспучива-
ния при совместном введении органических и
железистых добавок
а — бескудниковский суглинок: /—солярового мас-
ла 2%; 2 — с. С. б. 3%; <3— карандашных опилок
2%; 4~древесных опилок 2%; б—чебоксарский
суглинок / —соляродого масла 1%; 2 —солярового
масла 2%; 3—с. с. б. 1%: 4 — с. с. б. 2%; в —ле-
нинградская кембрийская глина: /—солярового
масла 1%; 2 —соляроного масла 2%; 3 — солярового
масла 3%
объемным весом в пределах 400—500 кг/л3, позволяющий изго-
товлять для стеновых панелей весьма эффективный керамзито-
бетон марки 50 с объемным весом около 950 кг/л3.
В отличие от бескудниковских, глины Кряжского месторож-
дения содержат достаточное количество окислов железа (около
8%), поэтому в них вводят только органические добавки. Это
позволило получать легкий керамзитовый гравий с насыпным
объемным весом 325—350 кг/м3 вместо 600—700 кг!м3.
Естественно возникает вопрос о ресурсах железистых и орга-
нических добавок. Последние, как это видно из рис. 32, распро-
странены почти повсеместно, и их применение ничем не лими-
тируется. Что касается железистых добавок, то наиболее распро-
страненным н экономичным видом их следует считать пиритные
огарки. Предприятия, поставляющие эти отходы, расположены
почти в каждом крупном экономическом районе страны Кроме
ежегодного выхода этих отходов их скопилось более 15 млн. т
в отвалах химических, суперфосфатных и других предприятий.
В табл. 17 приведен химический состав части исследованных
нами железистых добавок, полученных из различных областей
страны.
Значительный интерес представляют добавки для повышения
качества керамзита, и именно те из них, которые повышают проч-
ность керамзитового гравия. К сожалению, добавки этого рода
еще ие получили промышленного внедрения. Исследования, про-
веденные по ВНИИСтроме, показали, что добавка катализаторов
кристаллизации расплава (пирит, рутил, флюорит и др.), а также
веществ, содержащих активный кремнезем (перлит, обсидиан и
др.), значительно повышает прочность керамзита.
На осиоваини экспериментальных работ и промышленного
опыта можно сделать следующие выводы.
1.	Интенсивность вспучивания легкоплавких глин и суглин-
ков возрастает с увеличением до определенного предела в них
(10—12%) окислов железа.
2.	При равном содержании окислов железа и других состав-
ляющих интенсивность вспучивания глин и суглинков возрастает
с увеличением до определенного предела (1,5—2%) содержания
тонко распределенного гумуса (органических веществ).
3.	При наличии достаточного количества окислов железа, но
отсутствии органических примесей глины и суглинки в окисли-
тельной атмосфере обжига практически не вспучиваются.
4.	Интенсивность вспучивания глии и суглинков, содержащих
достаточное количество окислов железа, ио мало органических
примесей, может быть резко повышена за счет обжига в нейт-
ральной н восстановительной средах.
5.	Наличие в железистых глинах и суглинках органических
примесей в количестве 1—2% в виде топкодисперсного гумуса
резко повышает качество их как сырья для производства керам-
122
Т з:б лица 17
Валовой химический состав добавок
Энд добавки	Содержание в %												
	SiO,	АЦО,	FejO,	FeO	CaO	MgO	K,O	Na,O	s	SO,	П. П-П.	сумма	гигро- скопи- ческая илага
Болотная руда (Московская обл.)	22,58	16,1	42,1	0,88	0,5	0.31	0,61	0,26			Следы	16,4	100,04	6,29
Железная руда (Курская обл.) . .	10,5	2,29	75.71	4,33	0.9	0.54	0,22	0,1	0.21	>	4.7	99,72	0,22
Пиритный огарок: печей Невского химического за- вода 			21,56	5,31	61.26	1.9	1.13	1.02	0,45	0.54	0,22	3,18	2,58	100,75	1.6
печей КС-2 Воскресенского хи- мического комбината ....	14,97	4,36	59,26	10,47	1,03	0,86	0.4	0,3	2,47	3,43	2,1	100,76	1,08
печей КС-5 Щелковского хими- ческого завода (Московская обл.)	19,34	4.94	66,5	1,68	0,76	1,07	0.58	0,48	0,52	1,55	1.4	99,3	0,48
Актюбинского химического ком- бината 		17,61	3,79	60,29	9,97	1,07	0,58	0,48	0,28	2,1	1,95	1,98	100,4	0,3
печей Пермского химического завода 		17,62	4,32	51.69	19,85	0.57	1.14	0.45	0.38	0,63	1,3	Следы	99,07	0,1
электрофильтров башенного цеха Джамбулского химического завода 		11,42	3,68	61,71	9,1	0,46	0,57	0.16	0.13	1,32	4,52	5.8	100.67	1.5
котла-утилиза тора Щелковского химического завода (Москов- ская обл.)		18,24	4,32	12,69	41,98	0,9	0.95	0,6	0,21	13,36	3,13	9,24	106,82	1.2
механических печей Воскресен- ского химического комбината (Московская обл.) ......	16,34	4,77	52.25	18,75	0,37	1,03	0.4	0,38	5,81	1,03	0.96	102,33	0,14
Пыль газоходная: Актюбинского химического ком- бината 		11,56	2,63	75.63	4.31	0,74	0.57	0,38	0.22	0,52	1,8	1.3	99,92	0,26
из электрофильтров печей Перм- ского химического завода . .	10	3,66	71,28	1,05	0,67	0.9	0,4	0,24	0,4	5,04	5,82	101,44	1,98
из коллекторов 		14,39	3,31	70.53	6,29	0,67	0.99	0.3	0,32	0,17	1,58	0.9	99,64	0,2
зита. При недостатке органических примесей требуется их добав-
ка или восстановительная среда для обжига с учетом реакций:
2С0^С+СО2; 400—900” С ± 37710 кал-,
Н2О (пар) +С jtCO + H2; выше 1 000°С—27840 кал;
Н2О (пар) +CO = H2+COai ниже 1 000°С—9870 кал,
6-	При недостатке в глинах и суглинках окислов железа ин-
тенсивное вспучивание их при наличии достаточных количеств
органических примесей может быть обеспечено за счет добавки
пиритных огарков, железной или болотной руды до оптималь-
ного уровня (8—12%).
7.	Только взаимодействие окислов железа и органических
веществ (или восстановительной среды) создает условия для
нормального вспучивания легкоплавких глин на керамзит.
8.	Заводской практикой доказана возможность искусствен-
ного регулирования вспучиваемости глин и суглинков путем до-
бавки к ним до оптимального уровня железистых и органических
веществ.
9.	При использовании добавок следует обращать внимание
на правильную дозировку и тщательное смешение с глиной.
Излишнее количество добавки и недостаточная гомогенизация
шихты могут отрицательно повлиять на структуру и прочность
керамзита.
Особенно следует учитывать, что влияние добавок может быть
эффективным лишь в том случае, когда обжиг производится по
кривой, приближающейся к ступенчатой (см. рис. 30).
 Важную роль в производстве керамзита играют добавки,
применяемые для улучшения производственных факторов изго-
товления керамзита. К ним относятся добавки, применяемые для
расширения интервала вспучивания, предотвращения слипания
гранул, снижения или повышения температуры обжига.
Как уже упоминалось, использование добавок этого рода свя-
зано также с повышением интенсивности процессов вспучивания,
что в ряде случаев может привести к значительному и даже рез-
кому уменьшению объемного веса.
Одной из важнейших проблем в производстве керамзита яв-
ляется расширение интервала вспучивания глинистого сырья.
Чем шире интервал температур, в пределах которого возможно
нормальное протекание процесса вспучивания, тем легче полу-
чить из данной глины керамзитовый гравий заданного качества.
К сожалению, лишь немногие глины имеют интервал вспучива-
ния более 100°. Как правило, интервал вспучивания большинства
используемых ныие глин и суглинков составляет не более 50—
75°, а нередко и меньше. Такое глинистое сырье трудно обжигать
без оплавления гранул в печи, их слипания и агломерации с об-
разованием «козлов». В ряде случаев при недостаточном интер-
вале вспучивания сырья козлообразование является настоящим
124
бичом производства, лишающим возможности организовать нор-
мальный процесс изготовления керамзитового гравия.
К настоящему времени практика выработала ряд действен-
ных мер борьбы со слипанием гранул при обжиге. Среди них
значительное место занимают уже испытанные технологические
приемы обволакивания гранулированного сырца различными ог-
неупорными порошками из натурального и молотого кварцевого
песка, огнеупорной глины, полевого шпата, огнеупорной золы
ТЭЦ, опоки, пиритных огарков и т. п.
По нашему предложению, первые керамзитовые предприятия
проектировались с приспособлениями для опудривания сырца
огнеупорными порошками в барабане гранулятора. Этот метод
был опробован и проверен на опытном заводе Гипроцемента в
Ленинграде (1949—1952 гг.) и Бескудниковском цехе керамзи-
тового гравия (1955—1967 гг.). В качестве обволакивающих
добавок были использованы огнеупорная латиенская глина и зо-
ла ТЭЦ от сжигания подмосковного угля.
В 1964—1965 гг. во ВНИИСтроме проведены успешные опы-
ты по применению в качестве обволакивающей добавки тонко-
молотого кварцевого песка.
Оказалось, что тонкомолотый песок значительно более эффек-
тивен, чем природный сравнительно крупнозернистый. Более эф-
фективным оказался и метод ввода песка. Если гранулы, опуд-
ренные до поступления в печь, в процессе расширения при вспу-
чивании в значительной мере обнажали свою поверхность и тем
самым увеличивали открытую поверхность для слипания, то при
вводе опудривающей добавки непосредственно в печь опудрива-
ние гранул происходит также н в зоне вспучивания, где обычно
и проявляется их слипание.
В 1964—1965 гг. в институте НИИКерамзит при использова-
нии обволакивающих добавок (каолин) получен особо легкий
керамзит из высоко вспучивающихся глии для термоизоляции
с объемным весом до 150 кг)м3.
Как показывает опыт, расширение интервала вспучивания
глинистого сырья может быть достигнуто также путем добавки
в состав исходной шихты легкоплавких, длиниоплавких и огне-
упорных глии, тонко измельченного полевого шпата, а также же-
лезосодержащих руд и отходов промышленности. Отмечено так-
же, что глины и суглинки с узким интервалом вспучивания не-
сколько расширяют его при вводе органических добавок.
Для борьбы со слипанием гранул большой интерес пред-
ставляет предложение, предусматривающее использование оки-
слительной среды путем вдувания воздуха иа поверхность гра-
нул в зоне вспучивания печи и окисления их поверхности.
В результате воздействия кислорода воздуха закисные формы
железистых соединений переходят в окисные с резким повыше-
нием огнеупорности поверхностного слоя зерен материала, что
и предотвращает их агломерацию.
125
Проблема слипаемости гранул при обжиге и разработка мер
борьбы с этим явлением давно привлекала внимание зарубеж-
ных исследователей. Так, в США еще в 1935 г. был выдан па-
тент А» 2015981, которым в качестве действенных мер предот-
вращения слипания гранул при обжиге рекомендуется опудри-
вать их огнеупорными порошками до поступления гранулиро-
ванного материала в печь или в самой печи, направляя в печь
порошок совместно с сырцом.
В качестве огнеупорных и обволакивающих порошков реко-
мендуется применять огнеупорные глины, тонкомолотый кварц,
кремний и т. п.
Важное значение в этом патенте придается газовой среде,
окружающей гранулы в зоне вспучивания. При одной и той же
температуре окисление поверхности зерен материала может по-
высить ее огнеупорность по сравнению с внутренней частью,
где господствует, как правило, восстановительная среда, и тем
самым предотвратить слипание зерен в конгломераты.
Интересны также патентные предложения японской фирмы
«Осака Цемент К°». Они исходят из факта, что явление слипа-
ния гранул происходит в основном за счет мелочи, образующей-
ся в процессе передвижения материала во вращающейся печи.
При этом количество этой мелочи сверх определенного миниму-
ма делает безуспешной борьбу с явлением слипания путем
применения огнеупорных порошков. В целях надежности фирма
предлагает ряд методов предварительного удаления из печи на-
капливающейся мелочи обжигаемого материала с последующим
вводом огнеупорных порошков. Существенным недостатком
этих методов является то, что их реализация лишает возможно-
сти получать во вращающейся печи керамзитовый песок.
Для понижения температуры обжига керамзита могут быть
введены специальные добавки. Однако следует отметить, что при-
менение почти всех перечисленных в классификации (см.
рис. 37) добавок вызывает, как правило, значительное снижение
температуры обжига (па 100—200° С), что влечет за собой не-
малый технологический и экономический эффект.
Эффективность применения добавок во многом зависит от
методов их ввода.
Опрыскивание глины жидкими органическими добавками.
Несложное, но надежное техническое решение этого метода со-
стоит в том, что применяемую жидкость в необходимых коли-
чествах подают из специального бачка через трубопровод в
глиномешалку и здесь распыляют иа глину. В качестве распы-
лителей обычно используют металлические трубы с большим
количеством мелких отверстий. При использовании вязких жид-
костей (мазут и т. п.) их следует подогревать в бачке.
Наиболее равномерно смешиваются с глиной органические
жидкости, растворяющиеся в воде, которые вводятся вместе
с последней и легко проникают к мельчайшим частицам глины.
126
например с.с.б. Не смешивающиеся же с водой жидкости це-
лесообразно применять в виде эмульсий.
Однако во всех случаях необходима хорошая переработка
сырья и тщательная гомогенизации глиняной массы, в против-
ном случае в местах скопления добавок образуются «каверны»,
выплавы и другие пороки структуры керамзита, понижающие
его качество.
Опрыскивание поверхности гранул жидкими органическими
добавками применяется при сухом способе производства керам-
зита для повышения вспучивания исходной крошки сланца или
глины. Техническое его решение аналогично первому способу,
за исключением того, что распыление осуществляется не в гли-
номешалке, а на одном из узлов перевалки крошки при ее
транспортировании в печь.
Шихтовка глины и твердых добавок с гомогенизацией массы.
Хотя и с большими трудностями, ио в заводской практике уда-
ется достигнуть удовлетворительного смешивания глины с твер-
дыми добавками. Последние обычно дозируют в перерабаты-
вающее оборудование через ящичный подаватель или на движу-
щийся транспортер с глиной. Непременным условием примене-
ния малых количеств твердых добавок является тщательное
их смешивание с глиной, что достигается переработкой н гомо-
генизацией массы в двухвальных глиномешалках, глинорезах,
перетирающих дырчатых вальцах, бегунах и т. п.
Опудриванне глиняного сырца порошками огнеупорных ма-
териалов. Наиболее распространено опудриванне гранул сыр-
ца в барабанах. Изготовленные на дырчатых пальцах или лен-
точном прессе гранулы направляются в барабан-гранулятор,
куда одновременно из специального бункера дозируют сухой
огнеупорный порошок опудривания. В процессе вращения бара-
бана-гранулятора поверхность каждой гранулы покрывается
слоем порошка толщиной 0,5—1,5 мм, который и служит заши-
той от слипания зерен в конгломераты в зоне вспучивания вра-
щающейся печи. Расход огнеупорного порошка колеблется в пре-
делах 2—4% веса сухой глины.
Обволакивание гранул огнеупорными добавками во вращаю-
щейся печи. Одновременно с гранулами во вращающуюся печь
дозируют и огнеупорный порошок. В этом случае поверхность
гранул обволакивается порошком в процессе совместного их
продвижения по вращающейся печи, а также в зоне вспучива-
ния. Целесообразнее всего вводить огнеупорный порошок непо-
средственно перед зоной вспучивания вращающейсн печи. Рас-
ход огнеупорного материала составляет около 3% веса глнны.
127
СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМЗИТОВОГО ГРАВИЯ
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ОБРАБОТКИ СЫРЬЯ
И ФОРМИРОВАНИЯ ГРАНУЛ
Процесс изготовления керамзита состоит из следующих ос-
новных операций:
добычи глинистого сырья, его складирования и доставки
к месту производства;
переработки сырья и приготовления исходного полуфабрика-
та— сырца, пригодного для обжига со вспучиванием;
обжига и охлаждения керамзита;
сортировки и при необходимости домола заполнителя;
складирования и выдачи готового продукта.
Основным оборудованием керамзитовых предприятий являет-
ся оборудование для обжига. В настоящее время наибольшее
распространение получил метод обжига керамзитового гравия
в одно- и двухбарабанных вращающихся печах; кроме того, ос-
ваивается промышленное производство керамзитового гравия и
песка в печах кипящего слоя.
Достоинством вращающихся печей как аппаратов для вспу-
чивания глинистых пород является то, что они позволяют
получать заполнитель, зерновой состав которого в основном
соответствует требованиям к заполнителю при изготовлении
легких бетонов. Поэтому после обжига, как правило, керамзит
лишь сортируют и в отдельных случаях корректируют зерновой
состав заполнителя. Тем самым в большинстве случаев сохра-
няется форма зерен и остается незатронутой дроблением их
спекшаяся шероховатая поверхностная корка, отличающаяся
более высокой прочностью, чем вспученная масса внутри. Это
в значительной степени повышает строительные качества за-
полнителя и выгодно отличает его от аглопоритов, а также ке-
рамзитового щебня, получаемого при обжиге глинистого сырья
иа спекательпых решетках с последующим дроблением спек-
шегося «пирога» на щебень.
Другое важное достоинство вращающихся печей состоит
в том, что зерна материала в них вспучиваются в свободном
объеме, не ограниченном стенками или неподвижной массой та-
ких же зерен. Поэтому процесс может достигать самой высокой
интенсивности, что позволяет получать весьма эффективные
заполнители с объемным весом 200—500 кг/м3 при коэффици-
енте выхода 2—3, в то время как на спекательных решетках
трудно получить заполнитель с объемным весом в куске менее
600 кг/м3.
К недостаткам вращающихся печей помимо нх низкой теп-
ловой экономичности относится трудность обжига в них глини-
стых пород, обладающих слабой, а иногда и средней склон-
ностью к вспучиванию, а также пород с малым интервалом
вспучивания. Такие породы склонны к слипанию и образова-
128
иию крупных спекшихся, а иногда сплавленных конгломератов
материала («козлов»). Наоборот, спекательные решетки позво-
ляют вести поризацию разнообразных глинистых пород, кото-
рые во вращающихся печах практически не вспучиваются.
В то же время на спекательных решетках трудно обжигать хо-
рошо вспучивающиеся глины вследствие резкого уменьшения
при вспучивании межзерновых пустот, служащих для прососа
воздуха.
Поэтому для обжига на спекательных решетках обычно ре-
комендуется использовать сырье с коэффициентом вспучивания
не выше 2—2,5, а для обжига во вращающихся печах — не
ниже 2—2,5. Таким образом, оба эти метода обжига не столько
конкурируют, сколько дополняют друг друга, позволяя исполь-
зовать для изготовления керамзитовых заполнителей самые раз-
нообразные по свойствам глинистые породы.
Прн обжиге керамзитового гравия во вращающихся печах
важнейшим признаком для типизации керамзитового производ-
ства служат применяемые способы переработки сырья и при-
готовления полуфабриката. Опыт показал, что какого-либо уни-
версального метода переработки глии и их грануляции в полу-
фабрикат, пригодный для вспучивания, не существует. Более
того, способы изготовления полуфабриката, его размеры, форма,
влажность и другие параметры могут и должны изменяться
в зависимости от свойств употреблнемого сырья.
Решающее значение при выборе способов изготовления по-
луфабриката имеют физические, главным образом структурно-
механические свойства глинистых пород: плотность, однород-
ность, влажность, пластичность, структура и т. п. Природные же
разновидности глинистого сырья обладают самыми различными
свойствами. Так, например, глины различных месторождений
в естественном состоянии могут быть разрыхлены и увлажнены;
иметь плотное строение и быть пластичными и также увлажнен-
ными; представлять собой окаменевшую, почти сухую породу,
с крупноструктурным строением; быть камнеподобнымп с мел-
кочешуйчатой лепестковой сланцеватой структурой со склон-
ностью к распаду на мельчайшие частички; являться переув-
лажненными и зыбкими и т. д.
Очевидно, что всякое однотипное решение при выборе спо-
собов, а также механизмов для переработки сырья и приготов-
ления гранулированного полуфабриката нз указанных глини-
стых пород будет нерациональным и практически нежизненным.
Так, например, если окаменевшая глинистая порода, раздроб-
ленная иа крошку соответствующих размеров, удовлетворитель-
но вспучивается без всякой предварительной переработки, то,
естественно, отпадает надобность в операциях размола, замачи-
вания, грануляции или других приемах переработки. Многие
однородные по составу пластичные хорошо вспучивающиеся гли-
ны после разрыхления на карьере при добыче также могут по-
12»
даваться непосредственно на обжиг во вращающуюся печь, пи-
тателем которой служит простой гранулирующий механизм
типа дырчатых вальцов. С другой стороны, увлажненные глины
с пестрым неоднородным составом и строением требуют более
сложной переработки, заключающейся в разрушении природной
структуры, гомогенизации и последующей их грануляции. Нако-
нец, при использовании переувлажненных глин вполне целесооб-
разно приготовлять из них соответствующей густоты шлам и под-
вергать его обжигу во вращающихся печах, где происходит са-
мопроизвольное формирование гранул.
Из сказанного следует сделать вывод не только о возмож-
ности, но и технико-экономической целесообразности изменения
приемов переработки глин в зависимости от свойств потребляе-
мого сырья. В зависимости от технологических приемов перера-
ботки глинистых пород и приготовления гранулированного по-
луфабриката различают три способа производства керамзита:
сухой, пластический и мокрый.
Эффективное использование разнообразных по свойствам и
особенностям глинистых пород достигается как правильным вы-
бором способов изготовления керамзита, так н применением
в пределах выбранного способа минимального по количеству и
надежного в работе оборудования, учитывающего качественную
специфику исходного сырья.
Технологические схемы производства керамзита, включая ре-
комендации по оборудованию, выбирают иа основании предвари-
тельных опытов и испытания сырья в лабораторных н заводских
условиях.
Сухой способ
Технологическая схема производства керамзита по сухому
способу включает следующие производственные переделы: добы-
чу глинистой породы на карьере; дробление камнеподобного или
подсушенного глинистого сырья на крошку, сортировку крошки;
обжиг крошки со вспучиванием; охлаждение керамзита; сорти-
ровку керамзита и корректировку его зернового состава: склади-
рование и выдачу готовой продукции.
Сухой способ подготовки сырья и изготовления полуфабри-
ката применяют при использовании однородного по составу круп-
ноструктуриого камнеподобного глинистого сырья типа сланцев
и аргиллитов. Конечная цель переработки сырья по сухому спо-
собу— приготовление фракционированной глинистой крошки
с предельным размером зерен преимущественно до 20—30 мм
в поперечинке путем дробления и рассева.
Верхний предел влажности различных глинистых пород, при
которой они дробятся на крошку без предварительной сушки
или подвяливання, колеблется в широких пределах и зависит
130
главным образом от степени дисперсности и минералогического
состава сырья. Обычно мелкодисперсные высокопластичиые
подсушенные породы хорошо дробятся при влажности до
16%, а породы средней пластичности — при влажности до
7-10%.
Критерием допустимой влажности сырья, пригодного для
дробления на крошку, является его свойство измельчаться без
замазывания дробилок и сит при сортировке и сохранять сыпу-
честь при складировании в промежуточных бункерах. В некото-
рых случаях для повышения вспучиваемости камнеподобного
сырья крошку перед поступлением в печь на обжиг обрызгива-
ют мазутом или нефтью.
Комплект механизмов и оборудования для приготовления
полуфабриката по сухому способу в основном состоит из ящич-
ного подавателя, дробилок для первичного и вторичного дроб-
ления и сит для сортировки крошки по фракциям.
Обычно глинистую породу при добыче на карьере подвергают
предварительному фрезерованию добычными механизмами до
размеров кусков ие свыше 100 мм в поперечнике. В этом случае
сырой материал поступает непосредственно на вторичное дроб-
ление. Если же с карьера поступает сырье, размеры кусков кото-
рого превышают 100 мм в поперечнике, то его подвергают спер-
ва первичному, а затем вторичному дроблению. Для первичного
дробления камнеподобных пород применяют щековые или вал-
ково-зубчатые дробилки.
В производстве керамзита применяют щековые дробилки со
сложным качанием щеки, которые дают материал с повышенной
степенью дробления.
Валково-зубчатые дробилки имеют два барабана с укреплен-
ными на них сегментами, на которых насажены зубья. Вальцы
барабанов обычно связаны парой зубчатых колес, создающих
вращение в противоположные стороны. Дробление происходит
в основном за счет раздавливания кусков материала между
зубчатыми валками, вращающимися навстречу друг другу с оди-
наковой скоростью. Для регулирования размеров получаемого
продукта после дробления подшипники ведомого барабана могут
быть передвижными. Необходимое усилие для прижимания вал-
ков друг к другу обычно развивается спиральными пружинами.
Промышленность выпускает разнообразные типы валково-
зубчатых дробилок. Для первичного дробления камнеподобных
глинистых пород наиболее пригодны валково-зубчатые дробилки
марок СМ-423, ДДЗ-1, ДДЗ-2.
После первичного дробления до размеров кусков не свыше
100 мм в поперечнике производят вторичное или окончательное
дробление на крошку размером от 0 до 30 мм в поперечинке.
Одновременно со вторичным дроблением обычно сортируют
крошку по фракциям. При этом оба процесса выполняются по
замкнутому циклу.
131
Вторичное дробление кампеподобных глинистых пород ведут
также на валково-зубчатых дробилках указанных типов илн на
специальных валково-зубчатых дробилках типа СМ-5 («Тон-
вольф»). Как показал опыт Волжского керамзитового завода
Волгоградгидростроя, этот тип дробнлкн при сухом способе при-
готовления крошки из скрытно-пластичного сырья с колеблю-
щейся влажностью от 4—7 до 12—18% имеет неоспоримое преи-
мущество перед другими, в частности перед валково-зубчатой
дробилкой СМ-92. Недостатками последней являются системати-
ческое замазывание палков и наматывание на них глины; кроме
того, эта дробилка даже прн подаче сухой глины и минималь-
ном зазоре между валкамн пропускает куски до 100 jhjh в попе-
речнике, что в 3 раза превышало нормативные размеры. Модер-
низация указанной дробилки под дробилку СМ-5 привела к нор-
мализации работы узла дробления.
Дробилка указанного типа должна обеспечивать:
дробление на крошку сырья с влажностью, позволяющей раз-
рушать породы без сколько-нибудь значительного замазывания
дробилки и слежнваиия материала прн последующем бункеро-
вании;
выход после дробления крошки с минимальным содержанием
плоских и остроконечных зерен;
получение зерен размером от 5 до 25—35 мм в поперечнике
с минимальным выходом мелочи и пыли;
самоочищение зубьев от налипания случайно попадающих
кусков влажной глины;
амортизацию при попадании посторонних твердых тел.
Дробилка типа «Тонвольф» состоит из двух вращающихся
с разной скоростью навстречу друг другу валков, снабженных
вставными зубьямн. Тихоходный валок имеет захватывающие
зубья и подает материал быстроходному валку, который снабжен
режущими зубьями. Вследствие разных скоростей вращения ти-
хоходный валок задерживает материал, давая возможность зубь-
ям быстроходного валка разрезать, ломать н дробить глину.
Соотношение оборотов подающего и дробящего валков пример-
но 1:2,5—3. Зубья валков имеют ножевую форму и расположены
на барабанах рядами. Так как с повышением влажности глини-
стой породы ее способность дробиться ухудшается, то всего
успешнее дробилка работает по принципу разрыва и ломки
комьев. Для этого зубья на валках целесообразно делать более
широкими (12—20 мм) и располагать их на цилиндре валка ие
рядами, а винтообразно.
Для сортировки применяют вибросита н сита-бураты, сорти-
рующие крошку на фракции до 5 мм, от 5 до 15 мм и от 15 до
25 мм. При этом отделяются кускн размером больше 25 мм
в поперечнике. Последние в замкнутом цикле направляются
в качестве возврата для повторного дробления.
Для фракционирования глинистой крошки в особенности при-
132
тодны так называемые сита-бураты, представляющие собой мно-
гогранные равномерно вращающиеся грохоты. Достоинство их
состоит в спокойной и надежной работе, что позволяет органи-
зовать сортировку непосредственно на верхних площадках
бункеров.
Опытом эксплуатации таких снт установлено, что мелкие
фракции сырья целесообразно рассеивать на тканых и плете-
ных проволочных ситах вследствие их упругости и самоочищения,
а средние и крупные — на листовых с круглыми отверстиями.
Наиболее мелкая фракция глины с влажностью 8—12% хорошо
отсеивается через ячейки размером 2X2 мм, а при влажности
15—18%—через ячейки размером 4X4 мм. Фракция 2—10 мм
хорошо отсеивается на сите с отверстиями 10—12 мм, фракция
10—20 мм — 22—25 мм, а фракция 20—40 мм — 50—55 мм.
Отечественные заводы изготовляют сита-бураты марок
СССМ-318, СССМ-318а, СССМ-3186 производительностью 2 000,
3000, 4 000 кг/ч.
Фракционированная крошка служит исходным полуфабрика-
том для получения керамзитового гравия различных фракций н
керамзитового песка. Фракция размером зерен до 5 мм служит
в качестве полуфабриката для изготовления керамзитового песка
и направляется в бункер для мелочи перед печами. Если предва-
рительными испытаниями установлена слабая вспучнваемость
мелочи, то эту фракцию направляют в отвал. Фракции 5—15 и
15—30 мм являются полуфабрикатом для керамзитового гравия.
Их раздельно направляют в промежуточные силосы (бункера)
вращаюшихся печей.
Предварительными испытаниями выявляют целесообразность
обжига других, помимо указанных, фракций.
Если предварительными испытаниями будет установлена воз-
можность совместного обжига с равномерным вспучиванием без
слипания фракций крошки с размером зерен примерно от 5 до
20—30 мм, то ее сортируют на две фракции — до 5 и 5—30 мм.
Обжиг крошки и мелочи глинистого сырья размером пример-
но от 0,1 до 20—30 мм в поперечнике предполагает получение
керамзита, зерновой состав которого соответствовал бы требова-
ниям технических условий на керамзит, включая и керамзитовый
песок. При этом после обжига допускается лишь корректировка
зернового состава путем дробления части более крупных фрак-
ций заполнителя.
Однако в некоторых случаях наблюдаются затруднения при
вспучивании во вращающихся печах не только мелочи, но и сред-
них фракций глинистого материала. Чтобы преодолеть это пре-
пятствие, крошку изготовляют размером примерно 25—50 мм
в поперечнике, а после вспучивания материал направляют на
дробление и сортировку. Такой метод изготовления керамзита
имеет преимущества, когда требуется получить высококачествен-
ный заполнитель с максимальным размером зерен 10—12 мм
133
Технологическая схема производства керамзита
по сухому способу из камнеподобного крупноструктурного
однородного сырья
Карьер
(экскаватор, самосвал)
Приготовление крошки
(валково-зубчатая дробилка для первичного дробления, грохот,
валково-зубчатая дробилка для аторичного дробления)
Хранение крошки
(бункера для фракций 0,5; 5—15; 15—30 мм)
Питателя
Обжиг керамзита
(вращающиеся печи)
Охлаждение керамзита
(барабаниый или слоевой холодильник)
Корректировка зернового состава керамзита
(сито-бурат, молотковая дробилка)
Складироаание керамзита
(фракции 0—5; 5—10; 10—20; 20—40 мм в бункерах>
134
в поперечнике для изготовления тонкостенных железобетонных
конструкций. Как уже было сказано, по этому методу работает
большинство керамзитовых заводов США..
Для ритмичной работы предприятия н возможности работы
отделения приготовления полуфабриката в одну смену прн пре-
рывной рабочей неделе емкость промежуточных бункеров перед
печами должна обеспечивать минимум полуторасуточную потреб-
ность вращающейся печи в полуфабрикате.
Питание вращающихся печей полуфабрикатом из промежу-
точных бункеров осуществляется прн помощи наклонных эле-
ваторов, ленточных дозаторов или тарельчатых питателей.
Тип применяемого оборудования, а иногда и последователь-
ность технологических операций могут варьироваться в зависи-
мости от свойств перерабатываемого сырья.
Пластический способ
Технологическая схема производства керамзита по пластиче-
скому способу включает следующие производственные операции:
добычу глинистой породы; пластическую переработку увлажнен-
ного глинистого сырья и приготовление полуфабриката, пригод-
ного для обжига со вспучиванием; обжиг полуфабриката на ке-
рамзит; охлаждение керамзита; сортировку и корректировку зер-
нового состава керамзита; складирование и выдачу готового
продукта.
Пластический способ подготовки сырья и приготовления по-
луфабриката применяют прн использовании увлажненных пла-
стичных и рыхлых глинистых пород как однородного, так и неод-
нородного состава. При пластическом способе производства ке-
рамзита в глиняную массу могут вводиться добавки, повышаю-
щие склонность к вспучиванию исходного сырья, тогда как при
сухом способе, когда полуфабрикат получают непосредственно
из 1ц>иродной породы, это исключается.
Переработка вспучивающихся однородных глинистых пород
по пластическому способу имеет целью их грануляцию в полу-
фабрикат определенной формы размером 7—25 jhjh в поперечни-
ке. Более тщательной переработки такому сырью не требуется,
так как оно уже самой природой гомогенизировано, и химико-
минералогические составляющие в нем распределены равномер-
но. Это обстоятельство значительно упрощает изготовление гра-
нулированного материала нз подобного сырья.
Таким образом, технология обработки однородных глин сво-
дится к их грануляции на упрошенных механизмах типа дырча-
, тых и прессующих вальцов. При этом куски материала можно
направлять непосредственно во вращающуюся печь на обжиг или
сначала сушить в отдельных сушильных установках. Следует,
однако, иметь в виду, что однородное керамзитовое сырье встре-
чается крайне редко. Переработка неоднородных по составу гли-
135
и истых пород по пластическому способу имеет целью разрушение
природной структуры сырья, его гомогенизацию и изготовление
полуфабриката с размером зерен в пределах примерно 7—20 мм
в поперечнике, пригодного для обжига со вспучиванием во вра-
щающихся печах.
' Механизмы и оборудование для переработки и грануляции
сырья выбирают в каждом отдельном случае в зависимости от
склонности к вспучиванию и физико-механических свойств исход-
ного сырья: влажности, плотности, вязкости, пластичности, одно-
родности состава и т. п.
При этом необходимо учитывать, что основной задачей пере-
работки неоднородного глинистого сырья по пластическому спо-
собу является тщательная его гомогенизация в целях разруше-
ния природной структуры, равномерного распределения по всей
массе химических и минералогических составляющих, влаги,
а также твердых и жидких добавок, применяемых для интенси-
фикации процессов образования керамзита и улучшения его ка-
чества.
Практикой производства керамзита установлено, что степень
переработки глинистого сырья оказывает исключительно боль-
шое влияние на качественные показатели заполнителя — его объ-
емный вес, прочность, водопоглощение, морозостойкость и т. п.
Чем однороднее глинистая масса и равномернее распределены
в ней составляющие, влага и добавки, тем интенсивнее протекают
физико-химические процессы при обжиге, равномернее пориза-
цпя материала, мельче образующиеся поры, ниже объемный вес
н выше прочность керамзита, меньше разброс качественных по-
казателей готового продукта. Опыт показывает, что улучшением
переработки глинистого сырья можно достигнуть снижения объ-
емного веса керамзита, получаемого из ряда неоднородных по
составу, особенно трудно перерабатываемых, уплотненных, плохо
размокаемых глин, в 1,5—2 раза и настолько же повысить его
относительную прочность.
Переработка глинистого сырья является комплексным меро-
приятием. Она начинается еще на карьере при добыче и конча-
ется при формовании гранулированного сырца.
Разрушения природной структуры, усреднения состава глини-
стой массы н ее гомогенизации достигают;
правильной организацией добычи глинистого сырья с приме-
нением методов фрезерования, параллельной резки многоковшо-
выми экскаваторами, послойной выработки одноковшовыми
экскаваторами н т. п.;
вылеживанием глинистого сырья в открытых штабелях или
специальных помещениях (зумпфах) с усреднением при переме-
щении;
переработкой глинистого сырья на перерабатывающих и фор-
мующих машинах: вальцах грубого и тонкого помола, глино-
растирателях, глиномешалках, дырчатых перерабатывающих
136
вальцах, бегунах, кирпичеделательных прессах с перфорирован-
ными цилиндрами н плитами, формующих дырчатых валь-
цах и т. п.
Прототипом упрощенного специального оборудования для
переработки и грануляции разнотипных глинистых пород по пла-
стическому способу являются
перерабатывающие и формую-
щие дырчатые вальцы, вальцы
тонкого помола с расстоянием
между валками до 1 мм и гли-
номешалки. Более сложными
и металлоемкими являются бе-
гуны и кирпиче дел а тельные
прессы.
Комплект механизмов для
переработки и приготовления
гранулированного полуфабри-
ката может в основном состо-
ять: для неоднородного по со-
ставу пластичного, рыхлого
сырья нз ящичного подава-
теля, вальцов грубого помо-
ла, глиномешалки, кирпичеде-
л а тельного пресса или дырча-
тых вальцов; для неоднородно-
го вязкого пластичного сырья —
из ящичного подавателя, валь-
цов грубого помола, вальцов тонкого помола,
кирпичеделательного пресса илн дырчатых вальцов. Если глини-
стое сырье из-за неоднородности состава, высокой вязкости, плот-
Таблица 18
Техническая характеристика
рыхлнтельных машин
Показатель	Тип	
	10€ I WD	Чернов- ского за- вода
Производительность	25	
в т/ч				30
Число двигателей . . .	2	1
Общая мощность в кет Число оборотов мотора	16,8	10
В 1 MUH		 Габаритные размеры В ММ'	1460	1460
длина . .	4875	4600
ширина .	1800	1940
высота . .	1190	1050
Вес в кг . . .	3600	2900
глиномешалки,
Таблииа 19
Техническая характеристика двухвальных лопастных глиномешалок
	Тип						
Показатель	еч S	С4 S	С71 rt> S	сч «5	С паро иен	ув лаж- исм	ч- Ё
	U	о	<->	о	СМ-246	СМ-449	
Производительность в м?’ч . Мощность электродвигателя	11—20	11—20	30	4—5	35	18	II—20
в кет ........... Скорость вращения лопает-	И —18	21.5	40	6-7.5	40	28	28
него вала а об!мин. .	... Габаритные размеры в мм:	20—30	20—30	32,7	24	32	31	31
длина 		4 420	5500	7100	4 350	6 400	5 625	5 600
ширина		2 035	I 500	2 200	I 650	1715	1620	1 600
высота			1 320	850	1370	ЮОО	1 370	1 030	1020
Вес в кг .........	2 400	—	—	2 000	5 760	4 200	3 500
137
ноет и и плохой размокаемости требует более тщательной пере-
работки, гомогенизации, то дополнительно применяют перераба-
тывающие дырчатые вальцы или бегуны мокрого помола.
Таблица 20
Техническая характеристика бегунов мокрого помола
Показатель	Тип		
	CM-2IA	СМ-2БШ	СМ-365
Производительность ....	13 т/ч	18 м3/ч	43 т/ч
Мощность электродвигателя в кет	14	40	75
Длина и ширина катков в мм . . .	1200 x350	1 800 x 550	I 800 x 800
Скорость вращения в об/мин	Чаши	Вертикального вала	
	30 и 27	19	22,7
Влажность материала в % Вес в т:	16—20	16-20	16-20
бегунов в целом 		12,24	28,6	31,95
каждого катка		2	6	5,25
Габаритные размеры в мм-.			6 750
длина 		 ....	4 308	6 200	
ширина 		2 940	3670	3 350
высота	2 880	3 785	4 250
Таблица 2]
Техническаи ^характеристика вальцов тонного помола (завод-изготовитель
«Красный Октябрь», Харьков)
Показатель	Тип			
	выпуска 1969 г.*	СМ-24	СМ-24А	СМ-232
Нормальный зазор между валками в мм ..............	1	2	2	2
Производительность по глине в м3/ч	25	18	20	35
Размеры валков в мм:				
диаметр .	......	1000	1 000	1 000	1 000
длина 		1 000	500	600	750
Мощность электродвигателя в кет	130	30	32	40
Скорость вращения валков а об/мин				
с подшипника мн:				
неподвижными . .			.—	180	180	75,5
подвижными	—	150	150	75,5
Габаритные размеры в мм:				
длина . .	.—	—	2 602	3 455
ширина . .			—		1725	2 450
высота ...	....	—	—	1 180	1 150
Вес в кг .		. .	13000	4 500	4 280	7 648
• Новый тип вальцов тонкого помола с обеспеченным расстоянием
между аалкамв до I мм.
138
В табл. 18—22 приведены технические характеристики наиболее
часто рекомендуемого оборудования для переработки глин в про-
изводстве ке.рамзита.
Дырчатые перерабатывающие вальцы. Конструкция дырча-
тых вальцов для переработки глин взамен бегунов разработана
институтом ВНИИСтройдор-
маш. Они успешно испытаны
на Крюковском и Воронцов-
ском кирпичных заводах н
в настоящее время выпуска-
ются серийно с маркой
СМ-369А. Вальцы состоят
из двух пустотелых валков,
вращающихся навстречу
друг другу с различной ско-
ростью. Каждый валок со-
стоит из литого барабана со
сквозными окнами на по-
верхности и центральной
ступицей. К поверхности ба-
рабана прикреплено шесть
смежных плит со сквозными
продолговатыми отверстия-
ми, расположенными против
окон. Оси отверстий в пли-
тах наклонены к образую-
щей валков под углом 45°.
Каждый ряд отверстий од-
ного валка расположен про-
тив сплошной дорожки дру-
гого валка. Подшипники
быстроходного валка укреп-
лены неподвижно на литой
раме, а тихоходного—в пол-
зунах, на которые действу-
ют пружины. Величина дав-
ления пружин регулируется
при помощи болтов в зави-
симости от свойств перера-
батываемой глины. Пружи-
ны предохраняют вальцы от
дробимых предметов. Для приема глины служит бункер.
Процесс работы дырчатых перерабатывающих вальцов со-
стоит в следующем. Поданная в бункер глина захватывается вал-
ками, раздавливается, истирается и продавливается ими через
отверстия в плитах внутрь барабана, откуда она выходит в фор-
ме плиток, размер которых по двум измерениям соответствует
размеру н форме отверстий, а по третьему зависит от вязкости
Таблица 22
Техническая характеристика дезинтег-
раторных камневыделительных вальцов
(завод-изготовитель «Красный Октябрь»,
Харьков)
Показатель	Тип		
	о 1Л g	СМ-150А	СМ 231
Пр о иза од ите ле- ность по глине в м3/<4		20	20	35
Диаметр валка в мм: гладкого (пи- тающего)	900	900	1 000
ребристого (дробящего)	600	600	630
Длина валков в мм		700	700	750
Мощность элек- тродвигателя в кет		20	14	50
Скорость враще- ния валков в об/мин: гладкого , .	35	39.2	46,8
ребристого	400	400	500
Габаритные разме- ры в мм: длина ....	I 71S	2 848	3 450
ширина .	I 600	1 865	3051
высота ....	1 140	1230	1 325
Вес в кг ....	2 574	3 314	7 325
попадании в них не-
поломок при
139
Рис. 36. Дырчатые вальцы
а —общий вид; б- вид в плане: / — рама; 2—прн =
водной вал; 3 — загрузочная воронка; 4 -ведо-
мый вал; 5—разгрузочный конус; б —звездочка
натяжного устройства; 7 —пружинное прижим-
ное устройство; 8— регулировочный винт

глиняной массы. Как показал опыт, дырчатые вальцы хорошо
перерабатывают глиняную массу. По сравиеиию с бегунами
СМ-20 с катками 1800X350 мм дырчатые вальцы имеют в 1,5ра-
за большую производительность при меньшем (в 4 раза) весе
и в 1,8 раза меньшем удельном расходе электроэнергии.
Производительность дырчатых вальцов, а также форма кусков
материала можно варьировать, изменяя размеры и форму от-
верстий в сменных плитах.
Дырчатые формующие вальцы. В отличие от дырчатых пере-
рабатывающих вальцов формующие вальцы имеют круглые от-
верстия в сменных плитах. Конструкция обода валков иногда
предусматривает расположение отверстий таким образом, чтобы
в центре валка были расположены отверстия большого диаметра,
а к периферии диаметр отверстий постепенно уменьшался.
Дырчатые вальцы для формования гранулированного полу-
фабриката (рис. 36) должны обеспечивать:
разрушение природной структуры, перетирание массы и гомо-
генизацию глинистых пород при их карьерной или формовочной
влажности;
формование брикетов в виде цилиндриков длиной 7—20 мм и
примерно такого же диаметра;
предохранение полученных брикетов от слипания в комья;
самоочищение при возможном налипании глины иа внутрен-
ние поверхности валков без разрушения цилиндриков;
взаимозаменяемость секций обечайки в целях возможного ре-
гулирования зернового состава полуфабриката;
непрерывность в работе для питания вращающейся печи в те-
чение длительного периода времени;
амортизацию при случайном попадании недробимых тел.
В табл. 23 приведена характеристика ныне выпускаемых мо-
дернизированных вальцов.
Валковые дробилки с гладкими вальцами.1 Дробилки этого
типа применяют главным образом для первичного мятья и окус-
кования пластичных глин перед их подачей в глиномешалки или
на дырчатые вальцы. На некоторых керамзитовых заводах за
рубежом валковые дробилки служат одновременно в качестве
механизма, гранулирующего сырье, и непосредственного пита-
теля вращающейся печи.
Гранулы, изготовленные пластическим способом, перед по-
ступлением в печь обычно не сортируют по фракциям.
В ряде случаев, особенно для снижения коэффициента фор-
мы, улучшения вспучиваемости или повышения прочности зерен
керамзита, требуется окатка исходных гранул в сфероиды. Для
этой цели применяются специальные барабаны — грануляторы.
1 Ввиду широкой известности этих дробилок специального их описания
ие приводится.
141
Окатка гранул в сфероиды может осуществляться также в су-
шильных барабанах. Последние применяются для подсушки гра-
нулированного материала и создания запаса полуфабриката пе-
ред обжиговыми печами в целях равномерного их питания.
Таблица 23
Техническая характеристика
дырчатых вальцов
Показатель	Тип	
	перераба- тываю- I щне см-Зба а	формую- щие СМ-927
Произвол ител ьн ость в м8/ч при секторах с отверстиями в мм: 12x45		40	
диаметром 20 ...	—	30
»	18 . . .	—	25
»	14 . . .	—	18
> 11 . . .	—	12
>	7 . . .	•—	8
Размеры валков в мм: диаметр 		1 000	1 012
ширина . .	640	640
Скорость вращения вал- ков в об/мин: ведущего		32,1	36
ведомого 		22,2	29,6
Мощность электродви- гателя в кет ....	55	45
Габаритные	размеры (с приводом) в мм: длина ...	3250	3265
ширина .	...	3 020	2 972
высота 		1 290	1318
Вес в т . . . .	7,2	6.1
Примечание. Заводы-изгото-
вители «Строммашииа> (Могилев) и
«Красный Октябрь! (Харьков).
При применении суши-
лок полуфабрикат, высу-
шенный до остаточной влаж-
ности 5—15%, направляют
в промежуточные бункера
(силосы), а оттуда дозиру-
ют во вращающуюся печь.
Широкое распростране-
ние двухбарабаииых печей
для обжига керамзита, в
которых сушка материала
осуществляется одновремен-
но с его нагревом до 200—
600° С, привело к вытесне-
нию сушильных барабанов.
Рис. 37. Схема глииозапасиика
переработанной глины
Г—башня; S— загрузка; а —направ-
ляющий конус; 4 — шнек; S—ме-
ханическая выгрузка
В этом случае для равномерного питания печей и ритмичной
работы всего технологического потока целесообразно применять
специальные глииозапасники переработанной глины (рис. 37),
откуда при помощи механической выгрузки и гранулирующего
устройства происходит непрерывная подача сырого полуфабри-
ката в печь.
142
Условия обработки материалов в барабанах позволяют исполь-
зовать вращающиеся печи в качестве аппарата, в котором про-
исходят грануляция глинистого сырья, формирование гранул и
окатка их в сфероиды, что исключает необходимость вести эти
технологические операции до поступления материала в печь.
Поэтому сырье перед подачей в печь подвергают переработке
в глиномешалках, на бегунах или других механизмах, после чего
вальцами или другим механизмом его дозируют в печь, которая
может быть снабжена цепями, дополнительно измельчающими
комья сырья. При вращении печи комья материала произволь-
ной формы округляются и в виде сфероидов поступают в зону
вспучивания. Такая упрощенная технология приготовления гра-
нулированного материала принята, в частности, в Норвегии и
ряде других зарубежных стран.
Разнообразные варианты производства по пластическому спо-
собу различаются выбором оборудования и последовательностью
его установки. Для максимального упрощения технологии и со-
кращения производственных операций следует выбирать наибо-
лее простые схемы с минимальным количеством надежных меха-
низмов для переработки сырья и приготовления полуфабриката.
Технологическая схема производства керамзита
на современных заводах
Глина ------------------► Ящичный подаватель с рыхлителем
I ।
Твердые доставки--------1 Дезинтегратор ные вальцы
I
Бегуны мокрого -<-------Двухвальиая глиномешалка
помола	|
Вальцы тонкого помола с расстоянием между
валками до 1 мм
I
-------------------► Гл инозап асник переработанной глины с механи-
ческой выгрузкой
J.
Гранулятор для	Дырчатые формующие вальцы или шнековый
скатки и спуд-	пресс с перфорированной решеткой и резатель-
ривания гранул	иым аппаратом
I	I
1--------------► Бункер с питателем вращающейся печи
I
Двухбарабаиная или однобарабаниая вращаю-
щаяся печь
I
Холодильник с регулируемым охлаждением
I
Сортировка иа фракции
Пофракциоииое складирование керамзита
143
В основном процесс получения керамзита из однородных глин
по пластическому способу должен свестись к обжигу карьерного
сырья, дозируемого в печь механизмом типа вальцов, а нз неод-
нородных—переработанного в глиномешалке и перерабатываю-
щих дырчатых вальцах или иа бегунах н гранулированного
в формующих дырчатых вальцах.
Мокрый способ
Мокрый способ производства керамзита предложен и прове-
рен в опытных условиях С. П. Онацким и Н. И. Галюновым1.
Принципиальная технологическая схема производства керам-
зита по мокрому способу включает следующие производственные
операции: добычу глинистого сырья, приготовление глинистого
шлама (пульпы) необходимой густоты; обжиг шлама со вспучи-
ванием на керамзит, охлаждение керамзита, сортировку и кор-
ректировку зернового состава заполнителя, складирование и вы-
дачу готового продукта.
I вариант
Карьер
II вариант
Карьер
(гидромонитор или экскаватор,
самосвалы)
I
Обработка глины
(болтушки, бассейны,
насос)
(экскаватор, самосвал)
I
Обработка глины
(ящичный подаватель, транс-
портер, бегуны мокрого помо-
ла, наклонный элеватор —
питатель печи)
I	I
т	▼
Обжиг керамзита
(удлиненная больших размеров вращающаяся печь
со встроенными устройствами)
I
Сортировка керамзита по фракциям
I
Складирование керамзита
(бункера для четырех фракций)
Мокрый способ целесообразнее применять при использовании
хорошо размокасмых глин с высокой склонностью к вспучиванию.
При слабой и средней вспучиваемости исходное сырье обяза-
тельно подвергают обогащению эффективными добавками.
Мокрый способ имеет два варианта приготовления исходного
материала, пригодного для питания вращающейся печи. По
1 Авторское свидетельство № 99123, 1951 г.
144
одному из этих вариантов обычными методами, применяемыми
в цементной промышленности, в болтушках готовят шлам, кото-
рый перекачивают в бассейны, а затем подают в печь на обжиг.
В этом случае грануляция и формирование гранул происходит
только во вращающейся печи. Этот предложенный нами вариант
использован в цехе керамзита Обуховского домостроительного
комбината Главленинградстроя. По другому варианту, который
применяется в Финляндии, переработку глины и приготовление
шлама ведут на бегунах мокрого помола, причем шлам по своей
консистенции приближается к сметанообразиой массе. Перера-
ботанную и продавленную через отверстия в днище бегунов ув-
лажненную массу направляют в печь, где под влиянием нагрева,
воздействия гранулирующих устройств (цепи, крестовины) и пе-
рекатывания формируются гранулы с размером примерно до
8—20 мм в поперечнике.
На стр. 144 приведены два варианта технологической схемы
производства керамзита по мокрому способу.
СУШКА И ПОДОГРЕВ ГРАНУЛ
Приготовленный пластическим способом гранулированный
полуфабрикат обычно имеет влажность в пределах 16—25%.
Несмотря на это, его не обязательно сушить перед обжигом.
Объясняется это тем, что в технологии керамзита без ущерба
для качества готового продукта глинистые материалы из хорошо
вспучивающихся пород или облагороженных добавками .можно
обжигать не только при любой формовочной влажности, ио и
в виде шлама, где содержание воды достигает 40—60%.
Известно, что в производстве керамических изделий необхо-
димость их сушки перед обжигом обусловливается требованиями
к их сохранности от трещин, деформаций и разрушения.
При изготовлении же керамзита из хорошо вспучивающихся
глии трещиноватость, деформация и даже полное разрушение
части исходного сырца существенного влияния на конечный ре-
зультат производства не оказывает, так как окончательное фор-
мирование зерен вспученного материала из гранул произвольной
формы, в том числе и осколков разрушенного сырца, происходит
в процессе обжига во вращающейся печи. При этом отмечается,
что в процессе вспучивания все гранулы и их осколки увеличи-
ваются в объеме и принимают, как правило, гравелистую форму
без следов трещин и деформаций, полученных при сушке или
предварительной тепловой подготовке.
Таким образом, сушка гранулированного материала не вызы-
вается требованиями технологии вспучивания глинистых пород.
Вместе с тем по соображениям технико-экономического порядка
целесообразно в максимальной мере использовать тепло отходя-
щих газов печей и остывающего керамзита для сушки и подогре-
ва .материала перед обжигом.
6 Зак. 95
145
I
Рационально использовать тепловые ресурсы можно в сле-
дующих направлениях:
а)	организацией искусственной сушки гранулированного сыр-
ца в искусственных сушилках с бункерованием сухого полуфаб-
риката перед печами. Достоинством такого решения является то,
что запас полуфабриката перед печами позволяет создавать рит-
мичное, бесперебойное, круглосуточное питание печей материа-
лом и организовать работу подготовительных отделений, в том
числе карьера, в одну-две смены вместо трех при прерывной
рабочей неделе Недостаток подобного решения состоит в том,
что для сушки используется лишь часть высвобождающегося теп-
ла, при этом большее его количество теряется после выгрузки
материала из сушилки;
б)	применением для обжига влажного материала по анало-
гии с мокрым способом производства цемента более длинных
вращающихся печей, в которых сушка сырца происходит в удли-
ненной зоне обезвоживания. Достоинство такого решения заклю-
чается в том, что сушка и обжиг осуществляется в одном агрега-
те. Существенный же недостаток его состоит в невозможности
регулировать режим сушки локально, т. е. независимо от режима
работы печи;
в)	организацией одновременно сушки и подогрева материала
перед обжигом в отдельных от вращающейся печи теплообмен-
ных аппаратах до температуры примерно 200—600° С. Это прин-
ципиально новое предложенное нами решение имеет важнейшее
не только экономическое, но и технологическое значение в произ-
водстве керамзита. Ойо предусматривает не столько собственно
сушку, сколько подогрев в благоприятных газовых условиях
полуфабриката перед обжигом с использованием для этих целей
больших ресурсов тепла вращающихся печей. После предвари-
тельного подогрева материал поступает непосредственно во вра-
щающуюся печь, основное назначение которой в этом случае сво-
дится к процессу вспучивания. В связи с этим ее длина может
быть резко сокращена. Предварительный подогрев можно произ-
водить в различного рода аппаратах барабаииого, шахтного,
конвейерного или другого типа. Основные преимущества ступен-
чатого принципа термической обработки заключаются в возмож-
ности наиболее полного использования тепла отходящих газов
и остывающего керамзита непосредственно для процесса сушки
и нагрева материала. При этом исключается промежуточное ох-
лаждение материала, как например, при раздельной сушке. Дру-
гое преимущество этого способа заключается в возможности раз-
дельного регулирования разнородных процессов — предвари-
тельно тепловой обработки материала (сушки с Подогревом) и
обжига со вспучиванием.
В зарубежной практике наибольшее развитие получило вто-
рое направление. Почти все ранее выстроенные зарубежные пред-
приятия, изготовляющие керамзит по пластическому, сухому и
мокрому способам, не прибегают к сушке сырца перед обжигом.
Этот процесс осуществляется в удлиненной зоне сушки вращаю-
щейся печи с применением внутрипечных теплообменных
устройств.
Отечественные предприятия, работающие по сухому способу,
также ие применяют сушки. На всех же предприятиях, запроек-
тированных и работающих по пластическому способу, предусмот-
рена искусственная сушка гранул.
В последние годы вес большее распространение в СССР по-
лучает разработанное нами наиболее прогрессивное направле-
ние, предусматривающее ступенчатый принцип термической об-
работки— тепловую подготовку материала перед обжигом в за-
печных теплообменниках и вспучивание его в укороченных вра-
щающихся печах.
Сушку гранулированного сырца проводят в барабанных су-
шилках, а также на специальных аппаратах конвейерного и дру-
гих типов.
Сушильные барабаны представляют собой сварные или кле-
паные из котельной стали цилиндры длиной от 8 до 30 м, диа-
метром от 1 до 2,8 м, устанавливаемые на двух опорах с накло-
ном к горизонту 2,5—6°. Цилиндры приводятся во вращатель-
ное движение насаженной на них шестерней от редукторной или
ременной передачи со скоростью 2—8 об/мин.
Технические характеристики выпускаемых в СССР сушиль-
ных барабанов приведены в табл. 24.
В зависимости от направления движения газов по отношению
к материалу сушильные барабаны могут работать по принципу
прямотока н противотока. Для лучшего перемешивания материа-
ла, удлинения его пути и увеличения поверхности теплопередачи
в барабанных сушилах изнутри встраивают пересыпающие ус-
тройства, выполняя их в виде лопастей, уголков, крестовин, ячей-
ковых вставок и т, п. Степень заполнения сушильных барабанов
увеличивают, устраивая со стороны выхода материала подпорные
приспособления. Чем больше поверхность соприкосновения газов
и материала, тем эффективней идет его сушка. Поэтому внутрен-
ним устройствам сушильных барабанов придается большое
значение.
Теплоносителем при сушке гранулированного глинистого ма-
териала служат отходящие из печи дымовые газы, температура
которых при входе в сушильный барабан обычно не превышает
800° С и может регулироваться добавкой наружного воздуха,
смешиваемого с горячими газами.
Продолжительность сушки составляет 20—40 мин. Для каж-
дого материала режим сушки устанавливают опытным путем.
Остаточная влажность материала после сушки обычно колеблет-
ся в пределах от 7 до 15%. Так как интенсивность обезвожива-
ния гранулированного материала в сушильных барабанах не
лимитируется сохранностью формы, то режим его сушки в сущ-
6*
147
ностп ничем не отличается от сушки глин в керамической про-
мышленности.
Расход тепла в сушильных барабанах колеблется от 900 до
I 300 ккал иа 1 кг испаренной влаги. В табл. 25 в качестве при-
мера приведен тепловой баланс сушильного барабана иа 1 кг ис-
паренной влаги при сушке глины.
К недостаткам барабанов как сушильного оборудования от-
носятся низкий коэффициент полезного действия и высокая сте-
пень измельчения в них материала.
Сушильные барабаны и другие сушильные устройства приме-
няются лишь для проведения процесса собственно сушки грану-
лированного сырца до влажности 7—15%. Совершенно иное тех-
нологическое назначение имеют запечные теплообменные аппа-
раты и оборудование для предварительного подогрева гранул
перед вспучиванием.
Барабан тепловой подготовки. Так как тепловая подготовка
материала перед вспучиванием включает не только сушку, Но и
подогрев материала примерно до 200—600" С, то обычные су-
шильные барабаны для этой цели не пригодны. Б ряде случаев
их можно использовать, но лишь после необходимой модерниза-
ции. Отличительная черта барабанов для предварительной теп-
ловой подготовки состоит в том, что они работают в сочетании
с барабанами вспучивания, сопряжены с последними по одной
оси или через смесительную камеру, работают только по прин-
ципу противотока, имеют привод для вращения в пределах 1,5—
3,5 об/мин и обязательно футеруются полностью или на две тре-
ти длины с горячей стороны. Их размеры определяются разме-
рами и производительностью барабанов вспучивания. Как и су-
шильные барабаны, они изготовляются из котельной стали. Ос-
новное технологическое назначение барабанов, как и другого
оборудования, применяемого для предварительной тепловой под-
готовки, состоит в нагреве гранулированного материала до 200—
600е С в условиях восстановительной среды внутри гранул; эко-
номически они служат теплообменником для максимально воз-
можного использования тепла продуктов горения форсуночного
топлива, сжигаемого в барабане вспучивания, для чего их сле-
дует обязательно снабжать вставными теплообменными устрой-
ствами в виде лопастей, крестовин, угольников, цепных за-
вес и т. п.
Восстановительные условия внутри гранул материала в этой
зоне создаются за счет содержащихся в глинистом сырье органи-
ческих примесей или их добавок и накопления сажистого углеро-
да по реакции 2СОч=*СО2-|-С и водорода СО+Н2О = СО + Н2.
При заданной температуре обжига и влажности сырца, длине
и диаметре барабана оптимальный режим предварительной теп-
ловой подготовки материала регулируется изменением скорости
вращения барабана и коэффициента его заполнения.
Конвейерные шахтные, колосниковые и другие теплообмеи-
148
Т а л и ц a 24
Техническая характеристика сушильных бара баи ов
Показатель	Тип								
	СМ-4 55	СОБУ. 5 (Е-61)	СМ 147	13139	131-21	131 21	131-20	131-29	131 40
									
Размеры барабана в мм:									
диаметр .	. .	,	1 600	2 000	2 200	2 400	2 800	2 800	2 800	2800	3 200
длина . .	. . .	8 000	10000	12 000	12000	14000	14 000	20000	20000	22 000
Объем барабана в «э	16,1	31,4	46	54	86	86	123	123	177
Скорость вращения в об {мин	—	—	5,6	6.14	4,7	4,7	4,7-5	4,7	5
Мощность привода в кет . . . .	7	31,5	28	40	55	55	55	56	160
Вес в т	15,04	75,6	35,2	62.9	61,5	64,2	79,2	76,6	140,7
Габаритные размеры в мм:									
длина .	21 000	15000	—	15 000	14000	14 000	20 000	20 000	24 000
ширина ....	4000	3026	3 900	5000	4230	5000	52000	5200	5200
высота	5 066	3 280	3 758	5400	3688	4 200	4150	4 400	5500
Завод- изготовитель	«Стром машина! (г. Куй- бышев)	Перво- майский механи- ческий	« Стром- машина» (г. Куй- бышев)	«У рал хи метр ой» (г. Свердловск)		«Строммашнна» (г. Куйбышев)		«Урэлхиммэш» (г. Свердловск)	
Таблица 25
Тепловой баланс сушильного барабана
Тепло	Приход тепла		Потери тепла	Расход тепла	
	в ккал	В %		в ккал	в %
От сжигания топлива . Вносимое воздухом . .	1 136 12	98,9 Ы	На испарение влаги . . В топке 	 С высушенной глиной . С отходящими газами В окружающую среду .	634 165 96 216 37	55 14,4 8.4 18,8 3,4
Итого	1 148	100	Ит ого	1 148	100
но-подогревательные устройства. Предварительную тепловую об-
работку материала при производстве керамзита по ступенчатому
способу с обжигом в коротких вращающихся печах помимо ба-
рабанных можно вести в различного рода запечных — конвейер-
ного, колосникового, шахтного и других типов теплообменных
устройствах *.
Рис. 38. Принципиальная схема обжи-
га керамзита по ступенчатому прин-
ципу с тепловой обработкой полу-
фабриката в запечном теплообмен-
но-подогревательном устройстве
шахтного типа
1—загрузка полуфабриката; 2—шахтный;
теплообменник: 3— короткая вращаю-
щаяся печь; 4—форсунка; 5—холодиль-
ник; 6 — выгрузка керамзита
Большая эффективность
этих устройств несомненна,
так как они обладают повы-
шенными показателями теп-
лообмена и в то же время
позволяют создать требуе-
мую газовую среду для теп-
ловой обработки материала.
Опыт показывает, что
при применении запечных
теплообменно - подогрева-
тельных устройств расход
топлива на обжиг керамзи-
та может быть снижен в
1,5—2 раза и доведен до
800—1 000 ккал/кг против
1 500—2 000 ккал/кг на дей-
ствующих предприятиях, ра-
ботающих по обычной тех-
нологии.
Вместе с тем следует отметить, что при проектировании
керамзитовых предприятий для гг. Алексина и Ухты без участия
Предложено автором в 1950—1953 гг.
150
автора ступенчатого способа обжига — ВНИИСТРОМ были до-
пущены технические ошибки как в техвологических решениях,
так и в конструкции теплообменных устройств, что иа несколько
лет задержало их внедрение.
С учетом современного опыта производства керамзита по сту-
пенчатому принципу ВНИИСтром и НИИКерамзит совместис
создали опытно-промышленную установку с применением запеч-
ного теплообменно-подогревательного устройства шахтно-колос-
никового типа и короткой вращающейся печи, принципиальная
схема которой показана на рис. 38.
ОБЖИГ КЕРАМЗИТА ВО ВРАЩАЮЩИХСЯ ПЕЧАХ
Обжиг в производстве керамзита является главной и наибо-
лее ответственной технологической операцией. Важнейшими про-
изводственными факторами вспучивания являются скорость на-
гревания, температура и газовый режим в различные периоды
обжига, регулируемость которых в значительной мере обуслов-
ливается конструктивными особенностями вращающихся печей,
наиболее широко применяемых для обжига керамзитового
гравия.
Процессы, происходящие при обжиге керамзитового гравия
во вращающихся печах
Во вращающихся печах продолжительность обжига керамзи-
та составляет обычно 25—60 мин, поэтому физико-химические
процессы, протекающие при иагреваиии глинистых материалов
смещаются в область более высоких температур. Характер про-
цессов, происходящих при обжиге керамзита во вращающейся
печи, позволяет условно подразделить ее по длине иа четыре
зоны: зону сушки или испарения влаги; зону нагрева, совпадаю-
щую с зонами дегидратации, декарбонизации и окислительно-вос-
становительных реакций; зону вспучивания; зону охлаждения.
Вначале сырец поступает в зону сушки, где под воздействием
тепла дымовых газов, имеющих температуру в этой зоне от 200
до 750° С, свободная и частично физически связанная вода, со-
держащаяся в нем, испаряется. Свободная вода полностью уда-
ляется лишь тогда, когда температура глинистого материала
достигает 120° С .Физически связанная вода, адсорбироваивая иа
поверхности мельчайших глинистых частиц и заполняющая мик-
рокапилляры, при медленном обжиге удаляется в температурном
интервале 150—170° С, а при быстром нагреве — при более высо-
ких температурах.
Так как иа испарение затрачивается большое количество теп-
ла, температура самого материала в зоне сушки поднимается
151
весьма медленно и лишь к концу обезвоживания достигает при-
мерно 200° С.
В зависимости от способа производства влажность сырца,
поступающего в печь, колеблется от 0 до 55%. Сырец имеет ну-
левую или минимальную влажность в том случае, если сушка и
предварительный нагрев полуфабриката выносятся за пределы
вращающейся печи, например при ступенчатом обжиге глини-
стых материалов на ^ерамзит в двухбарабанных печах. Наибо-
лее высокую влажность сырец имеет при мокром способе при-
готовления полуфабриката.
Таким образом, потребная длина зоны сушки во вращающей-
ся печи может существенно изменяться. В тех случаях, когда
применяют мокрый способ, она составляет до 60% общей длины
печи, а при сухом и пластическом способах — До 25—40%.
Материал в зоне сушки лежит почти сплошным слоем на фу-
теровке, занимая незначительную часть живого сечения печи.
Газовый поток практически не омывает материал либо соприка-
сается с ним по крайне малой поверхности. Поэтому зона сушки
вращающейся печи в качестве сушильного аппарата работает
крайне неэффективно. Для увеличения теплопередачи по ана-
логии с конструкцией сушильных барабанов в верхнем холодном
конце печи следует устраивать теплообменные устройства в виде
лопастей, крестовин и других различных вставок. Однако в от-
личие от сушильных барабанов в печах для обжига керамзита
такие устройства получили распространение лишь в последние
годы, так как предполагалось, что они способствуют измельче-
нию материала и накоплению мелких фракций заполнителя.
Более рациональным решением считается вынос секции сушки за
пределы печи с применением специально приспособленных аппа-
ратов для одновременной сушки и подогрева гранулированного
сырца.
В однобарабанных печах высушенный материал с температу-
рой около 200° С поступает в следующую зону — зону подогрева.
В этой зоне происходит сложный комплекс важнейших в техно-
логии керамзита окислительно-восстановительных реакций, де-
гидратация и декарбонизация материала. Если бы материал под-
вергался постепенному и длительному нагреву, то указанные
реакции происходили бы в основном при следующих температу-
рах: удаление части адсорбированной и химически связанной
воды глинистых минералов — от 200 до 800° С, разложение кар-
бонатов, присутствующих в глинах, —от 400 до 900° С, окисление
органических примесей в пределах температуры их воспламене-
ния — от 350 до 650° С. Восстановительные же реакции при этом
проходили лишь при условии обжига в восстановительной внеш-
ней газовой атмосфере печи. Однако обжиг керамзита, как пра-
вило, ведут в слабоокислительиой и окислительной внешней сре-
де, а весь процесс нагрева материала в этой зоне с 200 до
I 100—1 500° С, когда он начинает вспучиваться, занимает всего
152
лишь около 15—30 мин. Время же нагревания в период наиболее
интенсивного выделения паро- и газообразных продуктов разло-
жения глинистых материалов, карбонатов и т. п. до температуры
вспучивания составляет всего 6—8 мин (со скоростью 70—
90 град/мин}. Такой быстрый нагрев сказывается как на после-
довательности, так и на температурном уровне физико-химиче-
ских реакций, которые за это время протекают в материале.
В этих условиях реакции разложения компонентов глинисто-
го сырья сдвигаются на более высокий температурный уровень
и последние остатки паро- и газообразных составляющих удаля-
ются лишь около 1 100—1200° С, т. е. в области температур
вспучивания глинистых материалов. Нарушается и последова-
тельность реакций. При быстром обжиге за короткое время из
глинистого материала удаляются огромные объемы паро- и газо-
образных продуктов, создающих вокруг частиц глинистого мате-
риала газовые оболочки, задерживающие доступ к ним кислоро-
да из окружающей среды и окисление органических примесей.
Выгорание коксового остатка последних также смещается в об-
ласть более высоких температур и происходит тогда, когда за-
канчивается в основном интенсивный процесс обезвоживания п
декарбонизации и кислород печной среды получит возможность
свободного доступа к гранулам материала.
Подобный механизм процессов, обусловленных быстрым на-
t ревом, создает благоприятные условия для восстановительных
реакций. В этот период происходит восстановление окислов же-
леза высших степеней окисления в низшие—процесс, играющий
первостепенную роль при вспучивании.
Так как с притоком кислорода к частицам глины может на-
чаться обратный процесс окисления окислов железа, что вызо-
вет потерю глинистой породой свойства вспучиваться, то при пра-
вильном режиме обжига коксовый остаток (углерод органиче-
ских примесей), обусловливающий восстановительную среду вну-
три пор материала, должен выгорать лишь при температурах
вспучивания. Это означает, что температурный интервал между
окислением коксового остатка органических примесей, содержа-
щихся в глине, и началом вспучивания должен быть минималь-
ным или, что более надежно и в теплотехническом отношении
более целесообразно, подъем температуры в этот период должен
быть максимально быстрым.
В период нагрева значительные количества тепла расходуют-
ся на собственно нагрев материала, на реакции обезвоживания,
декарбонизации и восстановления, протекающие с поглощением
тепла.
Длина зоны нагрева достигает 20—30% общей длины печи.
Из зоны нагрева материал поступает в зону вспучивания, где
под влиянием высоких температур размягчается и вспучивается
за счет давления изнутри газообразных продуктов, окислительно-
восстановительных реакций, незавершенных в период нагрева.
6В. Зек. 9S
153
а также реакций разложения и взаимодействия отдельных ком-
понентов породы. Длина зоны вспучивания составляет около
15—20% всей длины печи. После вспучивания керамзит прохо-
дит зону отвердевания (5% длины печи).
Таким образом, оптимальные условия вспучивания глинистых
материалов во вращающейся печи в значительной мере опреде-
ляются быстротечностью обжига, в особенности начиная с 500—
600° С в период наиболее интенсивного выделения паро- и газо-
образных продуктов. Протекающие при этом физико-химические
процессы в зонах сушки и нагрева материала не заканчиваются,
а накладываются друг на друга, и в большей части печи разви-
ваются параллельно.
Отставание предшествующих реакций наряду с возникнове-
нием и протеканием последующих реакций происходит тем ин-
тенсивнее, чем быстрее идет обжиг. Быстрый обжиг вызывает
задержку испарения свободной и адсорбированной воды в зоне
сушки, поэтому этот процесс смещается на более высокий темпе-
ратурный уровень. В результате в зоне нагрева замедляются
и задерживаются окислительно-восстановительные реакции и ре-
акции разложения с высвобождением газообразных продуктов.
Задержка же этих реакций в указанных зонах предопределяет
их окончание в области более высоких температур, когда мате-
риал, размягчаясь, приобретает оптимальную вязкость, а обра-
зующиеся в этот момент газообразные и парообразные продукты
производят эффект порообразования и вспучивания.
Теплообмен во вращающейся печи
Гранулированный материал во вращающейся печи нагревает-
ся в процессе пересыпания зерен, когда они соприкасаются с фу-
теровкой или попадают иа поверхность слоя. До известного пре-
дела, чем больше скорость вращения печи, тем интенсивнее пере-
сыпается материал, тем чаще в единицу времени зерна материала
соприкасаются с футеровкой и попадают на поверхность слоя и,
следовательно, интенсивнее нагреваются.
При неизменности коэффициента заполнения печи и угла ее
наклона наблюдаются следующие закономерности. Чем больше
скорость вращения печи, тем меньше: длительность цикла движе-
ния материала, равная периоду нагрева частицы на футеровке;
период нагрева частицы на поверхности слоя; длительность
полного цикла движения частицы; число периодов нагрева ма-
териала на поверхности слоя и на футеровке за время прохож-
дения расстояния, равного диаметру печи. При этом скорость
движения материала в печи прямо пропорциональна, а коэффи-
циент заполнения обратно пропорционален скорости вращения
печи.
154
Чем меньше коэффициент заполнения печи, тем меньше дли-
тельность полного цикла движения, тем больше период нагрева
частиц на поверхности слоя и число периодов нагрева частицы
на футеровке за время перемещения на расстояние, равное диа-
метру печи.
Расчеты показывают, что при вращении печи в каждый мо-
мент на поверхности слоя находится не более 5—10% всех гра-
нул. Остальное время они находятся внутри слоя. При этом за
все 30—60 мин обжига каждая отдельно взятая частица пребы-
вает на поверхности слоя в общей сложности не больше несколь-
ких минут. Поэтому можно считать, что практически в процессе
термической обработки частицы находятся внутри слоя.
При медленном вращении печи температура зерен внутри
слоя материала будет меньше температуры зерен, соприкасаю-
щихся с газовым потоком и футеровкой. Если обеспечить некото-
рую оптимальную скорость вращения печи, то можно добиться
равномерного нагревания зерен материала по всей его толще.
Большого эффекта в скорости и равномерности нагревания мате-
риала можно добиться, увеличив число оборотов печи и одно-
временно уменьшив наклон или, что одно и то же, сократив шаг
движения. В этом случае значительно увеличивается частота об-
новления материала на футеровке; это приводит к выравнива-
нию его температуры по толще насадки, повышению разности
между температурой материала и футеровки и возрастанию теп-
лопередачи. Поэтому в современных двухбарабанных печах
короткие барабаны, предназначенные для вспучивания при от-
носительно малом шаге, имеют скорость вращения 5,5 об/мин и
выше
Во вращающейся печи материал получает тепло за счет:
лучеиспускания на открытую поверхность материала от рас-
каленного газового потока и от открытой части раскаленной
поверхности футеровки;
конвекции от газового потока к открытой части материала;
теплопроводности от закрытой части разогретой поверхности
футеровки к закрытой поверхности материала.
В зоне вспучивания и частично в зоне подогрева, где проис-
ходит горение и развиваются большие температуры (750" С и
выше), основное количество тепла передается гранулированному
материалу лучеиспусканием от газового потока и футеровки.
В зоне сушки и частично в зоне подогрева, где температура ие
превышает 750" С, основное количество тепла передается мате-
риалу конвекцией от газового потока открытой поверхности зерен
и за счет теплопроводности от закрытой поверхности футеровки
закрытой поверхности материала. При этом интенсивность тепло-
передачи в этих зонах значительно понижается, в силу чего ра-
бота этих зон во вращающейся печи без теплообменников мало-
эффективна.
6В’
155
Конструкции вращающихся печей
В зависимости от конструктивных особенностей вращающиеся
печи, применяемые в производстве керамзита, подразделяются
на однобарабаиные, двухбарабанные, однобарабанные с расши-
ренными зонами вспучивания и сушки.
Однобарабанные цилиндрические вращающиеся печи. Отли-
чительной особенностью этих печей является один барабан
с одинаковым диаметром по всей его длине. Длина таких печей
колеблется от 12 до 70 лг, а иногда и больше, а диаметр —от 1,8
Рис. 39- Схема однобарабанной цилиндрической вращающейся
печи для обжига керамзита длиной 40 м, диаметром 2.5 м
1 — пылеосаднтельная камера, 2 —питательная течка; 3—корпус печи;
4 — ролнхоопоры; 5 —зубчатая венцовая шестерня; 6 — основной н вспо-
могательный приводы; 7 —бандаж; 8 —головка печи; 9 —горелка (фор-
сунка); /0—дутьевой вентилятор
до 5 -и. Нами предложена для обжига керамзита и по техниче-
скому заданию институтов НИИСтройтехника и Центрогипро-
шахт заводом «Сибтяжмаш» сконструирована и серийно выпу-
скается однобарабаниая цилиндрическая печь длиной 40 м и
диаметром 2,5 м с условной производительностью 12 №/ч для
обжига предварительно высушенного сырья с коэффициентом
вспучивания около 3. Эксплуатация этих печей показала их вы-
сокие достоинства.
Печь устанавливают на двух опорах с уклоном 3,5—5% к го-
ризонту (рис. 39).
Для фиксирования печи в осевом направлении на одной из
опор установлены упорные ролики. Вращение печи производится
от привода, расположенного у одной из опор.
Загрузочная головка предназначена для перекрытия «холод-
ного» конца вращающейся печи. Она представляет собой каркас
сварной конструкции, который футерован огнеупорным кирпи-
чом; наружная сторона его закрыта листовой сталью. Передняя
торцовая стенка головки установлена перпендикулярно оси печи.
К передней торцовой стенке крепится уплотнение. В нижней ча-
сти под уплотнением имеется люк для периодического удаления
пыли. На задней торцовой стенке установлен ремонтный люк
156
размером 0,6X0,7 м. Наверху загрузочной головки имеется от-
верстие для установки питательной трубы, которая опирается
фланцами иа раму, выполненную из швеллеров. В нижней части
головки имеется отверстие для прохода газов в дымовую труб).
Корпус печи изготовляют из стали толщиной 20 мм, закатан-
ной в сваренные обечайки. В местах, где установлены бандажи,
толщина обечаек увеличена до 30 мм. Толщина обечайки «горя-
чего» конца печи 40 мм. Для предохранения горячего конца
печи от температурных воздействий и для более надежного поло-
жения футеровки к обечайке приварено кольцо нз жароупорного
стального литья.
Конструкция уплотнения горячего н холодного концов печи
решена следующим образом: на обработанной поверхности кор-
пуса печи устанавливают чугунное уплотнительное кольцо, в на-
ружный паз которого вставлено стальное кольцо, жестко скреп-
ленное с головкой печи.
Привод печи состоит из основного и вспомогательного при-
вода. Основной привод предназначен для вращения печи во вре-
мя работы, а вспомогательный — при ремонте и пуске печи.
Число оборотов основного привода 0,6—1,2 в 1 мин, вспомога-
тельного — 4 в 1 ч. Числа оборотов печи регулируют с помощью
электрического ступенчатого переключения.
Основной привод состоит из подвенцовой шестерни, зубчатой
муфты, редуктора, эластичной муфты и электродвигателя. Под-
венцовая шестерня для удобства монтажа и настройки закрепле-
ния с зубчатым венцом может перемещаться по плите вместе со
своими подшипниками. Во избежание загрязнения зубьев венца
пылью и попадания посторонних предметов его закрывают ме-
таллическим кожухом.
Редуктор привода трехступенчатый с общим передаточным
числом 1=101,7. Все валы редуктора установлены на подшип-
никах качения. Редуктор устанавливают на фундамент, подвен-
цовую шестерню соединяют с редуктором через зубчатую муфту
с бочкообразным зубом, которая при отсутствии перекоса допу-
скает осевое смещение валов до 35 мм. Смазка зацепления и под-
шипников редуктора — жидкая, циркуляционная.
Вспомогательный привод, состоящий из электродвигателя,
муфты и редуктора, присоединяют к основному посредством цеп-
ной передачи.
Каждая опора печи состоит из сварной рамы, выполненной
пз швеллеров, и двух роликов, установленных на подшипниках.
Ролики изготовляют из стального литья, а оси роликов делают
коваными. Шейки осей роликов опираются на отдельно установ-
ленные подшипники. Каждый подшипник состоит из литого чу-
гунного корпуса, в котором на сферической поверхности устанав-
ливается корпус четырехрядного конического подшипника. Для
охлаждения масла в ванне подшипников предусмотрен змеевик
водяного охлаждения. Подшипники опор нмеют жидкую смазку.
157
Смену и залив масла в полости подшипников производят перио-
дически от централизованного пункта смазки.
Во избежание нагревания подшипников от лучистой энергии
корпуса печи, подшипники защищены экраном. Для контроля
температуры масла в подшипниках опор последние оборудованы
температурными реле типа ТР-200, отрегулированными на пре-
дельно допустимую температуру масла. При достижении таковой
в одном из подшипников на пульте управления загорается сиг-
нальная лампочка, соответствующая данному подшипнику, и да-
ется звуковой сигнал. Подшипники также имеют термометры
и указатели уровня масла.
Для фиксации корпуса печи в продольном направлении опо-
ра, находящаяся у привода, имеет упорные ролики с устройством
для автоматической сигнализации или остановки вращения печи
при перегрузках упорных роликов (диаметр 900 мм, ширина
450 -ч.и). Упорные ролики нижними частями находятся в ваннах
с водой.
Бандажи печи изготовляют из стали 35Л. Посадка бандажей
свободная, на обработанных прокладках, изготовляемых из лис-
товой стали. Наружный диаметр бандажей 3 100 мм, толщина
248 мм, ширина 400 мм.
Зубчатый венец устанавливают на корпус печи иа горизон-
тальных пружинах. Последние концами приклепывают к коль-
цам, которые приваривают к корпусу печи. Зубчатый венец изго-
товляют из двух частей. Зубья венца фрезерованные.
Откатная головка печи предназначена для перекрытия тор-
ца горячего конца печи. Она состоит из каркаса сварной конст-
рукции. Внутри каркас футеруют огнеупорным кирпичом, а на-
ружная часть его закрыта листовой сталью. Каркас установлен на
тележке, с помощью которой его можно откатывать от печи. На
передней торцовой стенке откатной головки смонтирована фор-
сунка.
Ниже форсунки находится люк для ремонта. На торцовой
стенке имеются четыре смотровых люка для наблюдения за про-
цессом обжига. Задняя торцовая стенка стоит перпендикулярно
оси печи. На этой стенке крепится уплотнение горячего конца
печи. В нижней части под уплотнением находится люк для уда-
ления пыли. Там же имеется отверстие для прохода керамзита
в переходную течку и холодильник.
Механизм чистки питательной трубы состоит из сварной рамы,
являющейся направляющей для тележки, к которой крепят
штангу с резцом. В рабочем положении резец находится в на-
чале подающей трубы. Там же размещена труба с отверстиями
для промывания резца. Тележка канатом связана с механизмом
передвижения через барабан.
Переходная течка предназначена для пересыпания по ней ке-
рамзита из печи в холодильник. Верхнюю часть течки крепят
фланцевым соединением к бункеру. Внутри на перегибе имеют-
158
ся ребра, предназначенные для закладки между ними футеровки.
С наружной стороны находится рубашка для охлаждения стенок.
В цилиндрической части закреплено лабиринтовое уплотнение
холодильника.
Описанная вращающаяся печь в последние годы несколько
модернизирована Брянским заводом ирригационных машин и
заводом «Волгоцеммаш» (г. Тольятти).
Хорошими эксплуатационными качествами при одновремен-
ном применении сушилок обладают короткие вращающиеся печи
длиной 22 мм и наружным диаметром 2,3 м с производитель-
ностью 6 м3/ч, выпускаемые Брянским заводом ирригационных
машин для керамзитовых предприятий средней производитель-
ности.
Относительно широко распространены также малоэкономич-
ные короткие печи длиной 12 м и диаметром 1,2 м. Техническая
характеристика указанных трех типов печей приведена
в табл. 26.
Таблица 26
Техническая характеристика однобарабанных вращающихся печей
Показатель	Размер печи (длина ХДИаметр) о м		
	40x2.5	22X2.3	I2XI.2
Производительность по керамзиту при коэффициенте выхода прибли- зительно 2 в мэ;ч . .	12	6	1,75
Размеры корпуса в мм: внутренний диаметр . .	2 500	2 300	1 200
длина ...	.	40000	22000	12 000
Уклон печи в %			3,5	3,4	3,2
Число оборотов корпуса печи в 1мин	0,6—3	0,6-2,5	1,8-1,9
Количество опор ....	...	2	2	2
Вес в кг: печи без футеровки	...	169 500	42 496	11000
футеровки 		—	73 474	8 000
общий корпуса в рабочем со- стоянии без керамзита ....	—	115970	19000
Мощность электродвигателя основ- ного привода в кет .	....	25	45	10
Эффективность однобарабанных цилиндрических вращаю-
щихся печей, как указывалось выше, в значительной мере мо-
жет быть повышена устройством в холодном конце печи теплооб-
менников. Особенно большой эффективности следует ожидать
от устройства подпорного кольца иа расстоянии примерно
Vi—Vs длины канала от горячего конца печи. В последнем слу-
чае режим обжига в одиобарабаииой печи можно приблизить
к режиму обжига в двухбарабаииой вращающейся печи.
159
Двухбарабаииые вращающиеся печи. Одиобарабанные ци-
линдрические печи более 30 лет считались наиболее подходя-
щим оборудованием для обжига керамзита. Однако, хотя прак-
тика и подтвердила их принципиальную пригодность для ука-
занных целей, оин ие вполне отвечают специфическим требова-
ниям технологии вспучивания глинистых пород. Это в особен-
ности стало ясно тогда, когда появилась необходимость прово-
дить процесс обжига разнотипных глинистых пород с достиже-
нием высоких коэффициентов вспучивания материала.
Изучение опыта эксплуатации однобарабанных печей пока-
зывает, что создать в них требуемый режим обжига керамзита,
отвечающий процессу оптимального вспучивания, не представ-
ляется возможным. Материал в этих печах во всех технологи-
ческих зонах движется с одинаковой скоростью, нагревается
относительно постепенно, без технологически необходимого
теплового удара, обороты печи одинаковы, коэффициент загруз-
ки увеличивается там, где он должен быть меньше (в зоне вспу-
чивания). Поэтому раздельно регулировать основные процес-
сы обжига—тепловую подготовку материала и его вспучи-
вание— в однобарабанных печах невозможно.
По указанным причинам керамзитовые предприятия с одно-
барабаииыми печами выпускают более тяжелый заполнитель и
с меньшим его выходом в единицу времени, чем позволяет лю-
бое используемое сырье. При этом потеря производительности
печи составляет минимум 20—30%, а завышение объемного
веса против возможного достигает 20—40%.
В 1949 г. автор этой книги установил, что конструкция одно-
барабанных печей ие обеспечивает проведение процесса вспу-
чивания на оптимальном уровне и экспериментально обосновал
необходимость ступенчатой термической обработки глинистых
пород на керамзит, предусматривающей раздельную предвари-
тельную тепловую обработку полуфабриката в запечных тепло-
обменно-подогревательных устройствах и последующий скоро-
стной обжиг подогретого материала со вспучиванием в корот-
ких вращающихся печах.
Одним из перспективных вариантов ступенчатого принципа
термообработки является двухбарабанная схема.
Двухбарабанная печь состоит из двух отдельных барабанов
с самостоятельными приводами: короткого большего диаметра,
предназначенного для вспучивания, и более длинного с мень-
шим диаметром, предназначенным для предварительной тепло-
вой обработки перед вспучиванием.
Двухбарабанная вращающаяся печь позволяет обжигать ке-
рамзит на оптимальном уровне по ступенчатой схеме в соответ-
ствии с требованиями технологии вспучивания глинистых мате-
риалов; в ней более успешно, чем в однобарабанной, можно ре-
гулировать два раздельных в технологическом и теплотехниче-
ском отношении процесса — тепловую обработку материала
160
при относительно низких температурах и вспучивание при высо-
ких температурах.
В двухбарабанной печи зона основного нагрева материала
и сам процесс его вспучивания совпадают с зоной горения фор-
суночного топлива и длиной факела его горения, что позволяет:
резко повысить эффективность короткого барабана как тепло-
вого аппарата, например вести процесс при более высокой тем-
пературе горения топлива;
максимально повысить эффективность теплопередачи за счет
наиболее эффективного ее вида — лучеиспускания — и понизить
удельное значение конвекции и теплопроводности;
повысить эффективность теплопередачи за счет более высокой
разницы между температурой факела горения топлива и темпе-
ратурой материала;
улучшить экономический потенциал и газовый режим печи
за счет сокращения избытка воздуха для горения топлива с бо-
лее высокой температурой факела.
В соответствии с этими принципами мы предложили для из-
готовления в СССР двухбарабанную печь (рис. 40).
Рис. 40. Двукбарабанная вращающаяся печь конструкции
С. П. Онацкого
а — оптимальная кривая обжига керамзита; б—схема печи; / — загрузка
полуфабриката; 2— барабан предварительной тепловой подготовки; 3 —
барабан вспучивания; 4 — барабанный холодильник
С учетом опыта эксплуатации действующих на ряде заводов
двухбарабанных печей годовой производительностью
125 тыс. м3 ВНИИСтром предложил новую модернизированную
двухбарабанную печь производительностью 200—300 тыс. ж3, се-
рийный выпуск которых организует завод «Волгоцеммаш».
До недавнего времени керамзитовые заводы, особенно с двух-
барабаиными печами, где одним из основных элементов управле-
ния режимом обжига является регулирование скорости передви-
жения материала в различных технологических зонах, испыты-
вали серьезные трудности при подборе механизмов для этой цели.
161
В настоящее время для регулирования оборотов вращаю-
щихся печей и скорости передвижения в них материала отечест-
венная промышленность освоила и выпускает специальный гид-
ропривод— универсальный регулятор скорости (УРС), позво-
ляющий в большом диапазоне плавно изменять число оборотов
ведомого вала в обоих направлениях при постоянном направле-
нии вращения и постоянном числе оборотов вала электродви-
гателя и останавливать исполнительный механизм без остановки
электродвигателя.
Универсальный регулятор скорости состоит из гидронасоса и
гидромотора. Вал гидронасоса соединяется с валом электродви-
гателя и имеет постоянную скорость. Вал гидромотора соединя-
ется с механизмом, скорость и направление движения которого
необходимо изменять.
По способу соединения гидронасоса с гидроприводом раз-
личают три исполнения регулятора скорости: нераздельное, раз-
дельное и комбинированное. УРС нераздельного исполнения
имеет непосредственное соединение гидронасоса с гидромотором
в одном блоке. В УРС раздельного исполнения гидронасос соеди-
няется с гидромотором при помощи сообщительных трубопрово-
дов, что позволяет располагать гидромотор в удалении от гидро-
насоса. Универсальный регулятор скорости комбинированного
исполнения состоит из одного гидронасоса и двух гидромоторов,
соединенных с гидронасосом сообщительными трубопроводами.
Управление УРС возможно местное, дистанционное и автома-
тическое.
Большой диапазон регулирования скоростей, компактность,
простота управления, плавность изменения передаточного чис-
ла с реверсом и надежная работа хорошо зарекомендовали этот
механизм уже во многих отраслях промышленности.
В последние годы идея ступенчатого обжига керамзита полу-
чает все большее признание и распространение. Без ссылки на
советские источники, опубликованные с опережением на 10 лет,
начинают появляться исследования в этой области и за
рубежом.
Широко внедряются и предложенные нами двухбарабанные
печи. Оии установлены, в частности, на керамзитовых предприя-
тиях Дании, Норвегии, ФРГ, Англии, Швейцарии и др. (см. гла-
ву шестую). Конструкция этих печей включает два барабана:
барабан предварительной тепловой подготовки длиной 29 ж, диа-
метром 2,5 м и барабан вспучивания длиной 16 м, диаметром
3,4 м со скоростью вращения первого 1—2 об/мин и второго
2—5,5 об/мин. Производительность печи при обжиге сырья
с влажностью 25% составляет около 100—150 тыс. ж3 в год.
Одиобарабаиные печи с порогами. Повышение вспучиваемо-
стн глинистого сырья и тепловой экономичности однобарабанных
печей вызвало потребность в разработке технических решений
162
и режимов по рационализации обжига в них керамзита. Поста-
новка такой задачи стала необходимой после того, как
нами было установлено, что физико-химическая природа процес-
са вспучивания глин обусловливает необходимость ступенчато-
го принципа их термообработки, чему не отвечают однобарабан-
ные печи и принятые режимы обжига в их классическом испол-
нении. Значительно позднее к аналогичным выводам пришли
и специалисты за рубежом, публикации которых по этому воп-
росу появились лишь в шестидесятых годах.
Одним из первых обратил на это внимание М. Ф. Персон.
В своей работе «Основы проектирования вращающихся печей
для производства легких
заполнителей» он под-
твердил прогрессивный
характер ступенчатого
принципа термообработ-
ки и двухбарабанных пе-
чей и предложил модер-
низировать также и об-
жиг керамзита в одноба-
рабанных печах путем
устройства порогов, квал-
ЫЮвО
Рис. 41. Схема устройства порога из
шамотного кирпича
рантов и т. п., что позволяет повысить их технологическую
и тепловую эффективность. Он также считает полезным устраи-
вать пороги или квадранты и в барабане тепловой подготовки
двухбарабаниых вращающихся печей.
Технологическая обоснованность устройства порогов и квад-
рантов в однобарабаиной печи обусловливается появляющейся
при этом возможностью замедлить за счет накопления сырца
быстрое прогревание материала в зоне подогрева и приблизить
кривую обжига керамзита к ступенчатому виду. Повышение
же тепловой эффективности печи достигается за счет увеличения
площади теплопередачи н времени тепловой обработки
материала.
В Советском Союзе в последние годы проведены значитель-
ные экспериментальные работы по исследованию режимов обжи-
га керамзита с применением порогов в 40-, 22- и 18-jh однобара-
банных печах. И. А. Биндлер, А. В. Лифшиц и Е. Ш. Шейнман,
Л. С. Бурлакова н В. П. Горных и др. установили, что примене-
ние порогов создает наибольшее приближение к двухступенчатой
схеме термообработки в условиях однобарабаннон печн, пони-
жает температуру до порога и теплоконцентрацию за порогом.
При этом расход тепла на обжиг сокращается на 7—12%.
а производительность печей увеличивается до 10%. Отмечается
также снижение объемного веса керамзита и повышение его
прочности. На рис. 41 показана схема установки порога. Сравни-
тельные кривые обжига керамзита по исследованиям И. А. Бин-
длера приведены на рис. 42.
163
Сжигание топлива во вращающихся печах
Рациональное сжигание топлива при обжиге керамзита во
вращающихся печах предусматривает:
оптимальную длину, расположение и форму факела горения;
сгорание топлива по всей длине факела;
эффективную отдачу тепла, развиваемого факелом, материа-
лу и футеровке;
нормальный избыток воздуха, подаваемого в печь.
Риг. 42. Температурные кри-
выс обжига в печах с порей
ГОМ
а—в 40-ж печи на Ленинград-
ском заводе керамических изде-
лий; б—в однобарабанной печи
иа Куйбышевском заводе; I —
температура гранул по экспери-
ментальным данным (точки I.
4. 5, Б. 7) к данным теорети-
ческого анализа (точки J и 3):
// — температура среды по экс-
периментальным данным (точки
1 и 3) И данным теоретического
анализа (точка 2); 111 — кривая
обжига керамзита по ступенча-
той схеме по С. Л. Онацкому;
/ — загрузка гранул; 2 — порог;
3 — за порогом; 4—до порога;
5— выход керамзита
Для обжига керамзита применяют газообразное или жидкое
топливо: первое, главным образом, в виде природного или город-
ского газа калорийностью около 5 000—8 500 ккал/м3, второе
в виде мазута н иногда солярового масла калорийностью около
9 000— 10 000 ккал/кг.
Жидкое топливо сперва подогревают в мазутохранилпщах до
40—45° С, что на 5—10° превышает температуру его застывания,
а затем перед поступлением в печь — в питательных баках до
75—90° С.
Важнейшим фактором, характеризующим сжигание топлива,
является объемная скорость горения во вращающейся печи,
представляющая собой ее тепловое напряжение, определяемое
как частное от деления тепловой мощности печи на объем топоч-
ного пространства. В среднем она принимается равной
300 000 ккал]м3  ч.
164
Чем больше объем топочного пространства, где происходит
сгорание топлива, тем ниже объемная скорость горения или теп-
ловое напряжение печи, и наоборот.
Для сжигания мазута применяют комбинированные воздуш-
но-механические мазутные форсунки, выполненные в виде трубы
диаметром около 60 мм со стержнем, один конец которого свя-
зан с маховиком, а на другой навинчивается головка форсунки
с гнездом для конусообразного распылителя с витками, через
которые проходит мазут к выходному отверстию диаметром от
1 до 3,5 мм. Изменением крутизны витков и размеров выходного
отверстия распылителя можно регулировать количество подавае-
мого в печь мазута, форму и длину факела горения. Каждая
форсунка должна иметь комплект распылителей с различной
крутизной витков и разными размерами выходных отверстий,
которые по мере надобности могут быть использованы для под-
бора и регулирования режима обжига. Давление топлива перед
форсункой в зависимости от ее конструкции составляет
3—25 атм.
Количество первичного воздуха при сжигании мазута, пода-
ваемого к форсунке со скоростью 15—20 м/сек, составляет 30—
35°/о- Подвод первичного воздуха непосредственно через форсун-
ку обусловливает более легкое смешение его с топливом. Боль-
шой избыток воздуха, тонкое распыление и малые скорости вы-
лета мазута из форсунки обусловливают короткий бесцветный
факел горения. Длинный светящийся факел получается при от-
носительно грубом распылении мазута, больших скоростях вы-
лета из форсунки и небольших избытках воздуха. Как правило,
через форсунки надо подавать минимальное количество первич-
ного воздуха с тем, чтобы использовать для сгорания топлива
максимальное количество вторичного воздуха, подогретого за
счет остывания керамзита. Форсунки обязательно должны быть
изолированы от влияния третичного воздуха (прососов).
Форсунки монтируют так, чтобы их можно было передвигать
в любом направлении, вдвигать в топку или выдвигать из нее.
При этом форму пламени следует изменять, не нарушая режим
подачи топлива и воздуха.
Воздух для распыления мазута применяют как с низким, так
и с высоким давлением.
При газообразном топливе легче поддерживать необходимую
температуру и характер пламени. В отличие от форсунок для
сжигания жидкого топлива устройства для сжигания газообраз-
ного топлива называют газовыми горелками. Их следует разме-
щать несколько ниже оси печи, так как газ имеет тенденцию
подниматься вверх.
В газовой горелке газ и воздух смешиваются перед сжигани-
ем в печи. При применении дутьевых горелок, в которых газ и
воздух смешиваются лишь частично, полное смешение достига-
ется в печи. Во вращающихся печах керамзитового производства
165
чаще всего применяются горелки среднего давления (от
500 мм вод. ст. до 3 атм) и реже низкого давления (до
500 мм вод. ст.). Горелка обычно представляет собой две кон-
центрично расположенные трубы. По внутренней из них подается
газ, а по наружной — воздух. Для лучшего смешения газа с воз-
духом подают иногда не по одной, а по нескольким трубам.
Рис. 43 Газовые горелки среднего давления для вращающихся печей
а—длиной 40 м; 6—длиной 22 м: / — огнеупорная набивка; 2 — сопло-
вая насадка; 3 корпус; 4—трубы для подвода газа; 5—труба для вво-
дя запальника; 6— распределительная камера: 7 —ребра центрирующей
втулки; в —центрирующая втулка
в зависимости от чего горелки подразделяются на односопловые
и многосопловые.
На рис. 43—45 показаны схемы применяемых в настоящее
время газовых горелок и форсунок для печей длиной 40 и 22 м,
рекомендованных институтами НИИКерамзит и ВНИИСтром,
а в табл. 27 —их технические характеристики.
Значительный интерес для керамзитовой промышленности
106
представляют турбореактивные газовые горелки, предложенные
саратовским Гипрониигаз.
Газовые турбореактивные горелки предназначены для сжига-
ния природных газов и рассчитаны на работу в среднетемпера-
турных условиях при давлении газа в диапазоне от 500 до
9 000 мм вод. ст. с минимальным избытком воздуха, что является
важнейшим их достоинст-
вом.
В турбинных горелках
энергия давления сжигае-
мого газа используется
для подачи воздуха на го-
рение с помощью осевого
вентилятора, встроенного
в горелку и приводимого
во вращение реактивной
газовой турбинкой.
Основными элемента-
ми горелки являются: ци-
линдрический корпус, по
оси которого размещены
подшипниковый узел с
полым валом, осевой вен-
тилятор и газовая турбин-
ка. В горелке имеется
устройство, позволяющее
Рис. 44. Форсунка для сжигания жидкого
топлива во вращающихся печах
/ — шарнирно-зажимное устройство,- 2 — корпус
форсунки; 3~трубы для подвода жидкого топ-
лива; 4 —наконечник форсунки; 5 —корпус на-
конечника; б —завихритель; 7 —распылитель
регулировать угол рас-
крытия, длину и другие параметры факела. Под действием ре-
активной силы газа, истекающего из сопел, лопатки турбинки
Таблица 27
Характеристики горелок и форсунок
Показатель	Для печей дликой 40 м	Для печей длиной 22 м
Горелки
Производительность в м3/ч ...
Давление газа в ати .................
Теплотворная способность газа в ккал!я3
Расход воздуха в я31ч	......
Давление в мм вод. ст. ............
400—1 000 |	100—400
0,3—0.6
8 000—10000
5 000-10 000 | 2 000-3 000
200—300
Форсунки
Производительность в кг.'ч..........
Давление топлива в ати..............
Теплотворная способность топлива в ккал!кг
Расход воздуха в мэ/ч ..........
Давление воздуха ъ мм рт ст.........
Размеры в мм (£>lt D2, Ь3) .........
500—1 000 |	150—350
5-7
9 000—10 500
5 000— 7 000 | 2 000—3 000
200-300
273X230X5 | 250x160x3,5
167
приводят во вращение полый вал, являющийся одновременно га-
зопроводящнм коллектором, и осевой вентилятор, закрепленный
на валу. J ‘ J
При вращении вентилятора воздух засасывается через ре-
гистр из атмосферы и подается в горелку, где перемешивается
с газом. С уменьшением давления и расхода газа соответствен-
но уменьшается количество воздуха, подаваемого вентилятором.
С увеличением давления и расхода газа соответственно увеличи-
вается количество воздуха, подаваемого вентилятором.
Таким образом, в горелке автоматически поддерживается за-
данное соотношение газа и воздуха при регулируемой произво-
дительности горелки. Количество воздуха, необходимого для пол-
Рис. 45. Схема конструк-
ции газовой горелки
ВНИИСтрома и
ВНИИЖелезобетона
ного сгорания топлива, регулируется также при изменении теп-
лоты сгорания сжигаемого газа в пределах ±1 600 ккал/м3.
Быстрое вращение газовых сопел в потоке воздуха создает
хорошее механическое перемешивание газа с воздухом. Интен-
сивно закрученный факел, образуемый вентилятором горелки, и
быстрое вращение газовых сопел обеспечивают полное сгорание
топлива с минимальным избытком воздуха. При этом создается
хорошая стабилизация фронта горения, интенсифицируется теп-
лообмен, обеспечивается равномерное распределение темпера-
туры н концентрации продуктов сгорания по всему топочному
объему.
С применением турбореактивных горелок представляется воз-
можным повысить объемные тепловые напряжения топочного
пространства и поднять теплопроизводительность агрегатов.
Технические характеристики турбореактивных горелок, разрабо-
танных саратовским Гипрониигаз, приведены в табл. 28, а на
рис. 46 показан их общий вид.
На проведение процесса сгорания топлива в печи большое
влияние оказывает не только вид топлива и конструкция фор-
сунки, но и положение последней, а также форма свода и пути,
по которому в печь подают вторичный воздух. Например, если
форсунка слишком коротка и не входит достаточно глубоко в ка-
нал печи, то потоки топлива и вторичного воздуха будут пересе-
168
каться. Развитие процесса горения при таком направлении пото-
ков может вызвать местный перегрев футеровки и сваривание
материала.
Так как во избежание сваривания пламя форсунки не должно
соприкасаться с материалом, то оно должно быть сравнительно
узким. Именно поэтому выгодно применять две форсунки, когда
длинное и узкое пламя одной из них, потребляющей 2/3 всего топ-
лива, проникает в глубину печи, а короткое пламя небольшой
второй форсунки используется для доводки обжига. Следует всег-
да иметь в виду, что короткое пламя, как правило, имеет тенден-
цию распространяться по всей поверхности короткого отрезка
печи, на котором происходит сгорание топлива, что может при-
вести кподвару материала.
Эксплуатация вращающихся печей
Розжиг и пуск печи является весьма ответственным момен-
том, к которому должен быть подготовлен персонал печи. Перед
розжигом и пуском печи должны быть тщательно осмотрены и
проверены исправность футеровки печи и холодильника пылеоса-
дительной камеры и пылеочистительных устройств, течки для
питания материалом, уплотнительных устройств печи и холодиль-
ника, дутьевых и тяговых устройств, шиберов и механизмов для
их подъема и опускания, механизмов самой печи и холодильника,
боровов, контрольно-измерительной аппаратуры и системы сиг-
нализации топливоподводящей системы и взрывных клапанов,
комплекта форсунок для горелок, транспортных устройств для
отвода керамзита, питателей полуфабрикатов, моторов н пуско-
вой электроаппаратуры, рабочих мест у головкн печн, защитных
устройств и ограждений.
Таблица 28
Техническая характеристика турбореактивных горелок
Тип горелки	। i 3	лопая нагрузка в ккал/ч	Номинальный рас- ход газа в л1/4	Номинальное дав- ление газа в кГ/сле’	Коэффи- циент", избытка воздуха	1 С.	ротора а об/мин	Праделы регулиро- вания газа		Длина горелки	| в мм	Диа Метр В ММ		| Вес в кг	|
								по расхо- ду в мя/ч	по давле- нию в кГ/см*		корпуса	1	устья	j	
ГГТР-С-50 ГГТР-С-100 ГГТР-С-200 ГГТР-С-500 ГГТР-С-ЮОО	42,5-10* 85-10* 170-10* 425♦ 10* 850-Ю*		50 100 200 500 1000	0,5 0,5 0.5 0,5 0,5	1.03-1.07 1,03—1,07 1.03—1,07 1,03-1.07 1.03—1,07	4000 4000 3000 3000 2500		12 — 70 56 — 280 150—700 150 —700 350—1450	0,05 — 0,9 0, 05 — 0.9 0,05 — 0.9 0.05 —0.9 0,05 — 0.9	345 415 485 500 700	220 250 320 450 820	165 195 270 350 500	12 20 56 50 100
169
Розжиг и пуск печи должен быть воспрещен, если в резуль-
тате осмотра будет обнаружено: отсутствие запаса полуфабри-
ката или неисправности механизмов для его приготовления;
отсутствие запаса горючего при работе на жидком топливе; не-
исправность механизмов печи; вибрация и толчки элементов при-
вода и опорных узлов; неотрегулированность печи, характери-
зующаяся осевыми перемещениями, связанными с ненормальным
давлением на упорные ролики; наличие вмятин и выпучин на
Рис. 4Б. Общий вид турбореактив-
ной горелки
корпусе печи, создающих не-
нормальные условия работы
опор и привода; недостаточное
уплотнение печи; запьиенность
и замусоренность боровов и
пыльных камер; неисправность
средств сигнализации и защит-
ных устройств н ограждений.
Обнаруженные при осмотре не-
исправности должны быть уст-
ранены перед розжигом печи.
Для розжига печи и беспе-
ребойной ее работы предвари-
тельно заготовляют необходи-
мые инструменты и мате-
риалы: дрова, мазут, ломы, кочерги, рукавицы, смотровые стек-
ла, смазочные и обтирочные материалы и т. п. В момент пуска
и розжига печи присутствие около нее посторонних лиц не до-
пускается. Перед розжигом печь опробуют на холостом ходу.
Печь при первичном ее пуске или после укладки новой фу-
теровки разжигают по графику, изображенному на рис. 47,
в строгом соответствии с правилами инструкции по обжигу ке-
рамзита во вращающихся печах, разработанной институтом
НПИКерамзита.
Регулирование процесса обжига. Каждая вращающаяся печь
в процессе пусконаладочных работ или специальных исследова-
ний должна подвергаться всесторонним технологическим и теп-
лотехническим испытаниям для точного установления нормати-
вов ее эксплуатации, которыми н руководствуется обслуживаю-
щий персонал при работе.
Непосредственное управление печыо осуществляет обжигаль-
щик, который обязан:
а)	систематически следить за показаниями контрольно-изме-
рительной аппаратуры и с помощью специальных защитных сте-
кол наблюдать через смотровое окно за правильным расположе-
нием факела горения форсунки, равномерной подачей воздуха и
топлива в печь и ходом процесса обжига материала по вялому
перекатыванию гранул в зоне вспучивания;
б)	проверять правильность питания печи материалом в со-
170
ответствии с режимом работы печи и установленной ее произво-
дительностью;
в)	периодически проверять качество керамзита путем взятия
пз печи проб и замера их объемного веса;
г) наблюдать за состоянием корпуса печи и ее механизмов;
Рис. 47. График сушки и разогрева футеровки вращающихся печей
длиной 22 и 40 я
Правильно отрегулированный режим обжига характери-
зуется:
а)	работой печи на оборотах, соответствующих ее рабочему
ходу при коэффициенте заполнения материалом, обеспечиваю-
щем установленную для нее часовую производительность;
б)	длинным факелом горения и правильной его формой
с возможно более высокой температурой горения данного вида
топлива, что достигается использованием подогретого воздуха и
топлива при оптимальной тонкости помола порошка или распы-
ления мазута. При работе печи на газе факел горения должен
занимать все сечение печи;
в)	сжиганием достаточного количества топлива, соответст-
вующего количеству расходуемого тепла на поступающий в печь
материал, при нормальном для процесса горения расходе пер-
вичного и вторичного воздуха;
г)	правильным положением факела горения по отношению
к материалу и футеровке. При работе печи на одной форсунке
последнюю устанавливают так, чтобы факел не касался футеров-
ки и располагался вдоль верхней части слоя материала в непо-
средственной близости к последнему, но не касался его. При ра-
боте печи на двух форсунках одна из них располагается по оси
171
печи и работает на длинном факеле, а другая служит для довод-
ки обжига керамзита, располагается вдоль слоя материала и
работает на коротком пламени;
д)	равномерным питанием печи материалом с возможно бо-
лее одинаковыми по размеру гранулами и постоянной влаж-
ностью;
е) тягой, обеспечивающей нулевое давление примерно на сты-
Рис. 48. Схема нормаль-
ного положения обжмгае-
мого материала в момент
отделения его от футе-
ровки
ке зон вспучивания и нагрева;
ж) кривой обжига, приближающейся
к изображенной на рис, 31.
Практическими признаками, позво-
ляющими судить о нормальном режиме
обжига керамзита, являются:
расположение непросматриваемой
(черной) зоны на участке, удаленном от
горячего конца печи примерно на ’/з дли-
ны обжигательного канала печи, при
нормальной температуре н длине факела
горения;
вялое перекатывание и движение ма-
териала по ходу вращения печи с на-
чальными признаками слипания гранул
и вместе с тем рассыпанием их в момент падения. Нормальное
положение обжигаемого материала в момент отделения от фу-
теровки показано на рис. 48;
значительное увеличение размеров гранул и объема заполне-
ния печи (устанавливается визуально через смотровое окно);
округление всех или части гранул керамзита, полуфабрикат
для которого имел произвольную форму (устанавливается ви-
зуально) ;
подъем материала при перекатывании на определенную
высоту.
Основными рабочими показателями температурного режима
печи являются температура в зоне вспучиваниями температура
отходящих газов, а также длина, форма и положение факела го-
рения. Факел горения должен быть равномерным, без разрывов,
с хорошим завихрением. Появление разрывов свидетельствует
о неправильном подводе воздуха к форсунке или о засорении ее
распылителя. Работа печи с длинным факелом горения при нор-
мальном его завихрении требует отрегулированной подачи мате-
риала в печь и поддержания в зоне вспучивания необходимой
температуры.
При понижении температуры факела увеличивают подачу топ-
лива и воздуха и немного уменьшают тягу. По мере повышения
температуры шибер, регулирующий тягу, постепенно поднимают
и приводят его в положение, соответствующее нормальной тяге.
Увеличение подачи холодного воздуха в печь вызывает удлине-
172
ние факела горения. При увеличении же подачи горячего возду-
ха, наоборот, длина факела сокращается. Чрезмерно длинный
факел при обжиге газом вызывает, кроме повышения темпера-
туры отходящих газов, неполноту горения газа.
Тяга в печи оказывает влияние на температуру, форму, поло-
жение и длину факела горения, на перемещение в ту или другую
сторону основных зон печи, на избыток воздуха и полноту сгора-
ния топлива, а также на характер газовой атмосферы в печи.
При сильной тяге и большом избытке воздуха факел горения
смещается в сторону холодного конца печи и вытягивается. Зона
большого огня при этом растягивается и перемещается к центру,
а зоны нагрева и сушки сокращаются. Это приводит к резкому
нарушению требуемой кривой обжига керамзита, преждевремен-
ному удалению из глинистой породы полезных для вспучивания
компонентов и ослаблению или полному прекращению вспучи-
вания. При слабой тяге и недостатке воздуха по отношению
к количеству подаваемого в печь топлива последнее сгорает не
полностью, атмосфера печи принимает восстановительный харак-
тер, а факел горения становится широким и коптящим и
сокращается по длине. В этом случае растягивается зона сушки,
которая в значительной мере накладывается на зону нагрева и
вплотную приближается к сокращенной зоне вспучивания, что
требует уменьшения подачи материала в печь. Хотя условия для
физико-химических процессов вспучивания при этом сохраняются
и даже улучшаются, нормальный обжиг при слабой тяге прово-
дить не представляется возможным из-за выбивания из печи га-
зов и даже языков пламени, перерасхода топлива и сокращения
производительности печи.
Тяга в печи может снизиться вследствие прикрытия шибера
у трубы или дымососа, засорения пылеосадительной камеры и
дымоходов, неисправности уплотнения печи. При работе на ды-
мовой трубе дополнительными причинами могут быть высокая
температура или повышенная влажность окружающего воздуха,
а также падение температуры отходящих газов. Регулируя тягу,
добиваются прежде всего восстановления нормального распо-
ложения основных зон в печи в пределах, установленных техно-
логическими и теплотехническими испытаниями. При этом тягу
регулируют одновременно с восстановлением нормальной тем-
пературы, положения и длины факела горения.
Желательно, чтобы атмосфера в печи была слабоокислитель-
ной с небольшими отклонениями в сторону нейтральной или
окислительной. Восстановительная среда в печи по технико-эко-
номическим соображениям недопустима. При неполном сгорании
с отходящими газами уходят неиспользованными самые ценные
составляющие топлива: СО, СН4, С2Н4 и др., что может резко
повысить расход топлива. Восстановительная среда обусловли-
вается неполным сгоранием топлива. Последнее вызывается
главным образом несоответствием количества подаваемого в печь
173
воздуха количеству подаваемого топлива, а также недостаточ-
ным подогревом мазута, слабым завихрением газа прн поступле-
нии в печь, слабой тягой, снижением температуры факела горе-
ния и приближением зоны сушки и подогрева к зоне вспучива-
ния. О неполном сгорании топлива свидетельствуют синие языки
пламени на материале. Окислительная среда в печи обуслов-
ливается главным образом большим избытком воздуха, подавае-
мого в печь, по отношению к подаваемому количеству топлива,
а также сильной тягой и частично неплотностями горячего кон-
ца печи.
Характер атмосферы в печи регулируют по установлении па-
дения тяги, избытка воздуха или неполного сгорания топлива
путем приведения к норме факторов, вызывающих отклонение.
Если причины падения тяги не могут быть устранены, печь пере-
водят на тихий ход и немедленно принимают меры к нормализа-
ции ее работы.
Изменение количества подаваемого в печь материала или
скорости ее вращения вызывает изменение всего режима обжига.
Поэтому при переводе печи с рабочего на тихий ход или наобо-
рот, а также при изменении питания печи одновременно прини-
маются меры по нормализации режима работы при новых усло-
виях. Изменение характера питания, в особенности повышение
влажности полуфабриката, значительный разрыв между разме-
рами различных зерен материала, засоренность более крупных
фракций полуфабриката мелочью или пылью влекут за собой на-
рушение режима печи; уменьшение производительности печи
приводит к перерасходу топлива и во многих случаях является
причиной сваривания материала и образования накипи на футе-
ровке. Основными же причинами образования налипи и свари-
вания материала являются:
малый температурный интервал вспучивания глинистого ма-
териала (меньше 50—70°С);
более высокая, чем требуется для данного сырья, температу-
ра в зоне вспучивания;
чрезмерный перегрев материала (с целью его вспучивания)
в зоне вспучивания в то время, когда он в той или иной мере уже
потерял склонность к порообразованию по причине преждевре-
менного удаления из него в зоне подогрева полезных для вспу-
чивания компонентов;
чрезмерно коптящее пламя факела горения форсунки, что
обусловливает сгорание большого количества частиц топлива
непосредственно на поверхности глиняных гранул (это приводит
к быстрому восстановлению окислов железа в поверхностном
слое, чрезмерному образованию жидкой фазы, оплавлению, а
затем и слипанию материала в конгломерат);
сильно восстановительная среда в печи при высокой темпе-
ратуре факела горения форсунки;
колебание температурного режима печи по зонам с резким
174
периодическим перемещением зон печи с переходом от более
низких температур к высоким, и наоборот;
резкие колебания в скоростях вращения печи или питания ма-
териалом с переходом от одного коэффициента загрузки печи
к другому;
большая разница в размерах зерен гранулированного мате-
риала и наличие наряду с крупными его фракциями большого
количества пыли;
чрезмерно короткий факел горения, концентрированно нагре-
вающий узкий участок сечения печи, и высокая его температура.
Борьба со свариванием гранул, образованием налипи требует
установления и устранения причин, вызывающих эти явления, и
внимательной работы персонала, обслуживающего печь, по под-
держанию установленного режима обжига.
Остановки вращающейся печи, даже самые кратковремен-
ные, ведут к нарушению режима обжига, губительно влияют на,
стойкость футеровки и снижают производительность печи. По-
этому остановить печь можно лишь в исключительных случаях
и при обязательном соблюдении определенных условий: предва-
рительного перевода печи на тихий ход; постепенного охлажде-
ния печи при периодически повторяемых (через каждые 10 мин)
поворотах; закрытия шиберов, смотровых окон и герметизации
неплотностей.
Для надежного управления и контроля за режимом вращаю-
щейся печи она блокируется со вспомогательным оборудованием
н механизмами, а также оснащается следующей контрольно-из-
мерительной аппаратурой;
газовым счетчиком или нефтемером при работе печи на газо-
образном или жидком топливе;
счетчиком числа оборотов печи;
термопарами с гальванометрами или электронными потенцио-
метрами для замера температуры отходящих газов и темпера-
туры горячих газов в зонах сушки, нагрева и вспучивания;
газоанализатором для определения содержания СО2, О2 и
СО + Н2 в отходящих газах;
тягомером для определения разрежения у холодного конца
печи;
расходомерами первичного воздуха;
тягомером и манометром для определения статического дав-
ления воздуха, подаваемого в печь дутьевым вентилятором;
манометрами для измерения давления газообразного и жид-
кого топлива;
радиационным пирометром для определения температуры
в зоне вспучивания;
часами, установленными у головки печи;
уровнемерами и контактными термометрами для определения
степени наполнения бачков и повышения сверх нормы темпера-
туры форсуночного горючего;
175
термометрами, указывающими температуру масла в подшип-
никах редукторов печей.
Вся основная контрольно-измерительная аппаратура монти-
руется нли ее показатели выводятся на специальный щит у го-
ловки печи.
Расчеты и тепловая экономичность
вращающихся печей
Производительность вращающейся печи при нормальном ре-
жиме обжига керамзита зависит от ее размеров, главным обра-
зом от диаметра, а также в известных пределах от длины, на-
клона, скорости вращения, коэффициента заполнения печи во
время ее работы, мощности тяговых устройств, коэффициента
вспучивания используемого сырья, температуры и времени, необ-
ходимых для тепловой подготовки и вспучивания данного мате-
риала, влажности загружаемого в печь полуфабриката, количе-
ства сжигаемого топлива и т. п.
Производительность же вращающейся печи данных размеров
при нормализации и равенстве всех других указанных парамет-
ров в основном определяется ее тепловой мощностью, измеряе-
мой количеством условного топлива, которое может быть сож-
жено в ней в течение 1 ч, и удельным расходом топлива на 1 кг
керамзита. При этом чем больше может быть сожжено топлива
в печи при нормальных условиях ее работы, а также чем мень-
ше расход топлива на обжиг 1 кг керамзита, тем выше произ-
водительность печи. Для данных размеров вращающейся печи
н заданной ее производительности тепловая мощность, а следо-
вательно, объем топочного пространства и длина зоны горения,
в основном его определяющая, должны быть вполне определен-
ными. При укорочении факела горения тепловую мощность
можно сохранить лишь за счет повышения температуры факела
горения, что приведет к концентрированному нагреву материа-
ла и футеровки на узком отрезке длины печи и свариванию
керамзита. Удлинение факела горения при сохранении его тем-
пературы и прежней загрузки приводит к повышению тепло-
вой мощности печи, изменениям в распределении зон печи, нару-
шению кривой обжига керамзита и может иметь следствием
преждевременный пережог материала в керамический черепок
до его вспучивания на керамзит.
Тепловая мощность печи определяется произведением объе-
ма топочного пространства на его тепловое напряжение, выра-
жаемое, например, в тоннах условного топлива, сжигаемого
в 1 м3 топочного объема в 1 ч.
Как уже указывалось, важнейшими факторами, предопреде-
ляющими производительность вращающихся печей и экономику
производства керамзита, являются коэффициент вспучивания и
176
объемный вес получаемого заполнителя. Нами установлено, что
чем больше коэффициент вспучивания сырья и меньше объем-
ный вес получаемого керамзита, тем больше по объему выход
готовой продукции, тем выше производительность теплового
агрегата. Следует, однако, заметить, что такая прямо пропор-
циональная зависимость наблюдается лишь при производстве
особолегкого и легкого керамзита, используемого в основном
для теплоизоляции и стеновых ограждающих конструкций. При
производстве же керамзита для конструктивных, особенно вы-
сокопрочных легких бетонов, когда по необходимости применя-
ется сырье с малым коэффициентом вспучивания, а качество
заполнителя в основном определяется его повышенным объем-
ным весом и прочностью, производительность теплового агрега-
та и экономика производства в решающей степени зависят от
других технологических факторов: температуры, скорости об-
жига и коэффициента заполнения печи, который может быть по-
вышен при этом в несколько раз.
Для наиболее эффективного использования тепла и выпол-
нения условий, обеспечивающих обжиг керамзита по специфи-
ческой кривой, приближающейся к изображенной на рис. 31,
зона вспучивания располагается в пределах зоны горения топ-
лива и развития максимальных температур факела. Прн этом
эффективное вспучивание достигается тогда, когда скорость про-
движения материала тесно взаимосвязана с длиной зоны горе-
ния и обеспечивается требуемая длительность пребывания ма-
териала при температуре его вспучивания.
Коэффициент заполнения печи на действующих керамзито-
вых предприятиях, составляющий обычно 4—6% ее сечения,
должен строго соответствовать тепловой мощности печи. Прн
перегрузке печи материалом, так же как и при недогрузке, нель-
зя достигнуть требуемой кривой обжига керамзита.
Увеличение производнтельностн печи за счет сжигания боль-
шего количества топлива должно сопровождаться эквивалент-
ным увеличением пространства, где материал наиболее интен-
сивно поглощает тепло. Это пространство можно увеличить
либо путем увеличения толщины слоя материала, либо за счет
распространения пламени на более длинный участок печи. Пер-
вое может быть рекомендовано лишь при использовании при-
мерно однородного по размерам полуфабриката без примеси
мелких фракций. Если полуфабрикат содержит наряду с более
крупными большое количество мелких фракций, то последние
препятствуют перемешиванию и перекатыванию первых, а так-
же закрывают их от непосредственного воздействия лучистого
тепла. Кроме того, совместный обжиг крупных и мелких фрак-
ций приводит к пережогу одних, недожогу других и свариванию
материала в целом.
При ограниченных возможностях изменения факела горения
теплопередачу улучшают, увеличивая до известного предела
7 Зак. os
177
скорость вращения печи в сочетании с меньшим шагом, следст-
вием чего будет лучшее перемешивание материала и увеличение
частоты появления отдельных гранул на поверхности слоя за-
грузки, а также в местах соприкосновения с раскаленной футе-
ровкой.
При выборе размеров печи руководствуются главным обра-
зом двумя факторами: задаваемой производительностью печи
и влажностью исходного полуфабриката. Чем суше полуфабри-
кат, подаваемый в печь, тем более короткой может быть вра-
щающаяся печь, и наоборот, чем выше задаваемая производи-
тельность печи, тем больших размеров должен быть ее диаметр
прн надлежащем соблюдении соотношения между длиной и
диаметром.
Производительность печи как транспортирующего аппарата,
по Е. И. Ходорову, определяется формулой
у пт^-бо
“	4<
где Ум — объемная производительность печи в м3/ч (по насып-
ному объему); D — внутренний диаметр печи в м; L — длина
печн в м; ф— коэффициент заполнения печи материалом; I —
время пребывания материала в печи в мин.
Время пребывания материала во вращающейся печи может
быть вычислено также по формуле Е. И. Ходорова:
0.308 L(v+24)
Dnl
где п — число оборотов печн в мин; i — угол наклона печн
в град; v — угол естественного откоса материала.
Достаточных данных для вычисления действительной произво-
дительности различных по размеру вращающихся печей, рабо-
тающих на разнотипном керамзитовом сырье, все еще не на-
коплено.
Значительный опыт по применению н уточнению различных
эмпирических формул для определения производительности раз-
личных по размеру вращающихся печей, работающих на раз-
личном сырье, накоплен в цементной промышленности. Вместе
с тем наибольшей здесь популярностью пользуется метод опре-
деления производительности вращающихся печей по формуле
А. Н. Иванова, учитывающий тепловую мощность теплового аг-
регата и удельный расход топлива на обжиг данного материала:
G-— т/ч,
4i
где G — производительность печи в т/ч; Q — тепловая мощность
печи в т условного топлива в 1 ч; — удельный расход услов-
ного топлива в т/ч.
178
Важнейшее достоинство формулы А. Н. Иванова состоит
в том, что она как бы суммирует н обобщает множество причин,
влияющих на производительность печи в простейшем выраже-
нии соотношения трех решающих взаимозависимых факторов.
Большим преимуществом формулы А. Н. Иванова является
и то, что она нормирует производительность печи в весовых еди-
ницах, что согласуется с нормированием теплопотребления. При
необходимости значения производительности печи могут быть
переведены в объемные единицы путем деления на насыпной
объемный вес керамзита.
В среднем тепловая мощность вращающейся печи, по
А. Н. Иванову, составит
Q = 1,1 D3-10“ ккал/ч.
Тогда формула А. Н. Иванова для расчета производительности
вращающихся печей принимает вид
r 1,ID“1O«	.
G —---------ке/ч,
4l
где — удельный расход тепла на обжнг в ккал/кг,
или
„	1.1DM0»
G = —-------м3/ч,
?2Тк
где ук — насыпной объемный вес материала в кг/лг3.
Тепловой баланс двухбарабанной вращающейся печи
Важнейшими характеристиками печи являются ее тепловые
балансы, позволяющие оценить достоинства и недостатки теп-
лового оборудования и принятый режим его использования. При
этом полезно выявить возможные показатели работы вращаю-
щихся печей при оптимальных условиях, сопоставить их с дан-
ными работы действующих печей н наметить пути рационализа-
ции режима обжига керамзита.
За нормальные принимаются следующие условия:
часовая производительность печи, равная расчетной;
эффективное сжигание потребного для обжига керамзита
топлива с нормальным избытком воздуха (а= 1,054-1,1);
нспользоваие тепла отходящих газов для сушки и подогрева
сырца перед обжигом (физически связанная вода при этом пол-
ностью удаляется за счет указанного тепла, а температура отхо-
дящих газов не превышает 150—250° С);
использование тепла остывающего керамзита для подогрева
первичного и вторичного воздуха, поступающего в нечь и исполь-
зуемого для сжигания топлива.
7*
179
Отклонениями от нормальных условий являются:
обжиг влажного сырца без рационального использования
тепла отходящих газов для сушки и подогрева материала (тем-
пература отходящих наружу газов при этом достигает 400—
700° С);
большой избыток поступающего в печь воздуха (значение а
колеблется в пределах 1,5—2,2);
недостаточное использование тепла остывающего керамзита
для подогрева воздуха и топлива, поступающих в печь;
часовая производительность печи ниже расчетной.
Исходные данные для теплотехнического расчета двухбара-
баниой печи следующие.
1.	Способ производства — пластический.
2.	Формовочная влажность сырца 22%.
3.	Температура отходящих из печи газов 200° С.
4.	Способ снижения температуры отходящих газов — при-
менение теплообменных устройств, сушка и предварительный
подогрев сырца до температуры 200—600° С в барабане тепло-
вой подготовки материала.
5.	Средняя температура поступающего в печь материа-
ла 15° С.
6.	Топливо — природный газ с элементарным составом
(в %):
СН4—98,6;	N2—0,9;
С2Н4—0,5;	О2 —0,677.
7. Калорийность газа Qp при 13° С = 8 100 ккал/м3.
8. Валовой химический состав керамзитового сырья в пере-
счете на сухую массу в i%:
S1 о,	А1. О»	Fe, О,	MgO	СаО	Na. О+ +к. о	ГТ. п. п.	Сумма
54	22	8	2	2	4	8	100
9.	Температура: оптимального вспучивания сырья 1 180° С;
керамзита иа выходе из печи 1 000” С; керамзита на выходе из
холодильника 80° С; подогрева воздуха, поступающего из холо-
дильника в печь, 250° С.
10.	Производительность двухбарабанной печи 200 тыс. м3
в год.
11.	Средний насыпной объемный вес керамзита 400 кг/м3.
12.	Размеры двухбарабаиной печи: барабана вспучивания
4X22 м, рабочий диаметр 3,54 м; барабана тепловой подготов-
ки 3X36 м, рабочий диаметр 2,68 м.
13.	Температура воздуха 15° С.
14.	Расчетный избыток воздуха а=1,05.
15.	Унос и потери сырья 3%.
180
Расчет материального баланса производства керамзита
Определение весового количества сырца на обжиг 1 кг ке-
рамзита:
1. Удельный расход сырца
Ун
Gc =
4-(100—W)4-(100—п. п. п.)4-(100—«)
100	' 100'	' 100'	'
0,4
= 0,575
15Б<1ео-22^<100-8>1Го(,0°-3)
или
0,575	...
= 1,44 кг!кг керамзита,
где ун — насыпной объемный вес керамзита в т/л* 2 3 4 5 *; W—влаж-
ность сырца в %; п. п. п. — потери при прокаливании сырья
в %; i — потери материала с уносом в %.
2. Удельный расход сухого сырца.
-с (100—TF)	1,44(100 — 22)	. , ло
G; —  ------’ =—— -------'- = 1,123 кг, кг керамзита.
100	100	г
Определение количества газообразных и парообразных про-
дуктов, высвобождающихся при нагревании глины:
3 Выход физической воды
G*,o = Gc—Gc= 1,44—1,123 = 0,317 кг/кг керамзита
или
У*,о= Сн,° _ .Rrjg. = 0,393 м3/кг керамзита,
где уно, — удельный вес водных паров = 0,805 л3/кг.
4. Выход химически связанной воды
0,35 А1,03	0,35-22 л л,_
6н,о = im	=—= 0,077 кг, кг керамзита,
где А120з — содержание глинозема в глине в %,
или
Ун,о= -~н'° — °’077 =0,0957 л’/ка керамзита.
0,805	0.805	г
5. Общее количество испаренной воды
6н,о = 6Й,о + 6н,о = 0,3174-0,077 = 0,394 кг/кг керамзита
181
или
Ун,о = У*,о +Ун,о = 0,393 + 0,0957 = 0,489 м31кг керамзита.
6. Выход COj из карбонатов, содержащихся в глине:
количество содержащегося в глине СаСОз
Gc.co, = C-aO''10°=-^ = 3,6%
56	56
ИЛИ
G£-CaOc I-123-2
------= ——— = 0,04 кг/кг керамзита;
56	56
количество содержащегося в глине MgCO3
Г	MgO-84,32	2-84.32
МгС0* 40,32	— 40,32
= 4,2%
или
Gc-MgO-84,32	1,123-2-84.32
100-40,32	— 100-40,32
= 0,047 кг/кг керамзита;
количество СОг, высвобождающейся из карбонатов глины
COj = Gcaco,—Gcao + Gmjco,—Gmbo = 3,6—2 + 4,2—2 = 3,8 %
или
Cc'C02 1,123-38 nn.Q_
CO2 =———= Юс г =0,0427 кг/кг керамзита,
или
,,с со2 0,0427 ппп1_ ,,
У со, = —— = -j-^y = 0,0216 м3/кг керамзита.
Расчет горения топлива
Расход воздуха на горение топлива и выход газообразных и
парообразных продуктов
1.	Теоретический расход воздуха
VI = 0.0476 [2СН4 + 0,5Н2+ 1,5Н2$ + 2 (« +у)(СтЯ„-Оз)] =
= 0,0476^2-98,6 +	(2+у) 0,5] = 9,47 з«э/кг топлива.
2.	Действительный расход воздуха при а=1,05
У2 = У^<х = 9,47х 1,05 = 9,94 л?1кг1м3 газа
182
или
9,94-1,293= 12,85 кг/л? газа.
3	Выход продуктов горения топлива при а= 1,05:
кислорода
VO. = 0,21 (a— l)V; = 0,21 (1,05—1)9,47 = 0,099 л?/л? газа;
азота
N3 = 0,79 VJ + —= 0,79-9,94+— = 7,86 м3/м3 газа:
100	100
водяных паров из топлива
Ун,о = о,01 (Н2S+н, + 2СН4 + 0,124 ВГТ + 2 -=-СтНп) +
+ 0,016 К = 0,01 (2 -98,6 4-0,124 -5 +-|- 0,5) +
4-0,016-9,47 = 2,14 jh’.'jh3 газа,
где ВГТ=5 г/м3— влажность газообразного топлива.
Действительный объем водяных паров
VA,o = Уй,о 4- 0,016 (а— 1) V; =
= 2,14 4-0,016(1,05—1)9,47 = 2,15 л3;/!3 газа,
Усо. = 0,01 (СО2+СН4) 4-	Сга Нп = 0,01 (98,6 4- 2 -0,5) =
= 0,0996 jh’/jh3 газа
или общий выход продуктов горения топлива
Vn. т = Vo, 4- Vn, + Vfi,o + Vco, =
= 0,0994-7,864-2,14+0,996=11,095 м3/м3 газа
или
•Vj. r = VJ. ГХ = 11,095 X л3, кг керамзита,
где X— удельный расход топлива на 1 кг керамзита.
4. Общий выход отходящих из печи газообразных и парооб-
разных продуктов на 1 кг керамзита при избытке воздуха
а= 1,05
V„. г = 0,099 X + 7,86 X + 2,14 X + 0,996 X + 0,0216+
+ 0,393 + 0,0957 = 11,095 Х + 0,51 лс’/кг.
183
Расчет теплового баланса обжига керамзита
Определение тепла, потребного для обжига 1 кг керамзита
(тепловой эффект керамзитообразования).
1.	Расход тепла на нагрев сухой части сырья от 4-15
до 450° С
Qi = CGc(Z2—Р) = 0,24-1,123-435= 117,24 ккал/кг керамзита,
где С — удельная теплоемкость сырца.
2.	Расход тепла на дегидратацию глинистых минералов
сырья
ф2 = 1600 GHj0= 1600-0,077 = 123,2 ккал: кг керамзита.
3.	Расход тепла на нагрев дегидратированного сырья от
450 до 900° С
<22 = С(Сс—GH,o)U2—<1) =
= 0,26(1,193 —0,077)(900— 450)= 122,38 ккал/кг керамзита.
4.	Расход тепла на декарбонизацию СаСОэ и МдСОз. содер-
жащихся в глине
6е СзО
ф1 = 396 СаСО3 4-195 MgCO3 = —i--396 4-
, 1,123-2-84,32 .
4-------------hl95 = 25 ккал кг керамзита.
100-40,32
5. Расход тепла на нагрев декарбонизированного сырья от
900 до 1 180° С
<25 = (G'-GH,o-Gco,)C(Z2-/‘) =
= 1,123-0,077—0,0427-0,28(1180—900) =
= 78,66 ккал!кг керамзита.
6. Расход тепла на образование жидкой фазы при 900—
1 180° С принимается равным ф6=40 ккал/кг керамзита.
Общий расход тепла для обжига 1 кг керамзита составляет
2<2Р = <2l + <22-h<23 + Q4+<25 + <26=117,24+122,38 +
4-123,2-г78,664-25 4-40 = 506,48 ккал/кг керамзита.
184
Приход тепла
1.	Приход тепла в результате образования соединений же-
леза
Qi = 0,0304Fe303-26=0,0304-8-26 = 6,32 ккал'кг керамзита.
2.	Приход тепла в результате образования алюмосиликатов.
Qn = 0,0217AI203-72 = 0,0217-22-72 = 34,37 ккал;кг керамзита.
3.	Приход тепла в результате охлаждения керамзита от
1 180 до 0° С
(2’ = тСк(М—/2)= 1-0,17(1180—0) =
= 1-0,17-1180=200,6 ккал/кг керамзита.
4.	Приход тепла в результате охлаждения СО2 сырья от 900
до 0°С. Расход топлива на обжиг 1 кг керамзита принимаем
равным 1 300 ккал!кг или
„	1300	- , _ ,,
G- =------= 0,16 м3/кг керамзита.
т 8100	’	к
Выход СО2 из топлива
_	0,976	0,976 Л, г/. Я,
Geo, =	=0,156 м3;кг керамзита,
тогда приход тепла составит
Qi = (GT + V£o.)CcpZ =
= (0,164-0,0216)0,453-900 = 74,04 ккал!кг керамзита.
5.	Приход тепла в результате охлаждения и конденсации
паров химически связанной воды от 450 до 0°С
<2п н,о = Рй.о Ct14- Он,о -595 =
= 0,0959-0,365-4504-0,077-595 = 61,53 ккал!кг керамзита.
Итого приход тепла
У Gn = О1+О2 + <23 4- О44-<2S = 6,32 4- 34,37 4- 200,6 4- 74,04 4-
4-61,53 = 376,86 ккал/кг керамзита.
Тепловой эффект керамзитообразования составляет:
<2к = <2р—Q„ = 506,48 —376,86=129,52 ккамкг керамзита.
7В Зак. 95
185
Расход топлива на обжиг
1.	Расход тепла на испарение воды из сырца
<2н.о = 1/н,о-595 = 0,393-595 = 233,84 ккал!кг керамзита.
2.	Тепловой эффект керамзитообразовання
QK = 129,62 ккал/кг керамзита.
3.	Потери тепла с отходящими газами при температуре
200° С и избытке воздуха а= 1,05
Qo.r = (0,996X-0,429 + 0,0216-0,4294-2,14X-0,363 +
+ 7,86 X • 0,311 + 0,099 X - 0,319 4- 0,0954  0,363 + 0,393  0,363) 200 =
= 735X4-37.33.
4.	Потери тепла с керамзитом на выходе из печи
=тСД# = 1-0,21-1000 = 210 ккал!кг керамзита.
5.	Потери тепла в окружающую среду рассчитываются по
табл. 29 с учетом формулы
Q = LF(tri— tB) ккал/ч,
где L — коэффициент теплопередачи; F—поверхность теплопе-
редачи; tn—-температура внутри печи; — температура наруж-
ного воздуха.
Потери тепла в окружающую среду составляют
„	1-422-669	.
с = —10000—~ 147,4 ккал/кг керамзита.
6.	Потери тепла с химическим недожогом
<2Х. „ = 8100Х-0,015= 121 X.
Таблица 29
Расчет потерь тепла в окружающую среду
Зона печк	Длина зоны В Л	Поверх- ность футеровки В Л*	Средняя темпера- тура не участке в °C
I	15	113	54
II	25	193,7	400
III	6	64,2	1025
IV	16	249,6	1075
Коэффициент теплообмена в ккал/м'-чХ Хград		Коэффи- циент тепло- провод- ности	К. ккал/м*х Хч^град	Q. ккал/ч
П|	а>			
8	5	0,5	1,55	6 830
12	7	0,75 1.1	2,13	138214
35	15		3,8	248 399
35	15	1.1	3,8	1005 388
			Ито г о	1 423 669
186
Итого расход тепла составляет
V Q = 299,84 4-129,62 + 37,33 + 735,84 X 4- 210 + 147,4 4-
4-121 X = 856,84 Х +758,19.
Приход тепла
1.	Химическое тепло топлива
Q* = ($X = 8100X.
2.	Физическое тепло топлива
Q? = Ctr X = 0,368-15 Х = 5,52 X ккал/кг керамзита.
3.	Физическое тепло, вносимое воздухом:
Q* = СвX = 9; 94-0,31  15 X = 46,22 X.
4.	Физическое тепло, вносимое в печь материалом:
Q* = (Gc + С„ Сп) tc = (1,123 • 0,24+ 0,317 • 1) 15 =
= 8,798 ккал/кг керамзита.
Таблица 30
Расход газов на 1 кг керамзита
Газ	Из сырья		Из топлива		Всего	
	в ж’/жг	в хг/жг	в м*/кг	в кв/кг	в м*/ке	в кг/кг
Н.0	0,4887	0,3994	2,15-0,103 = 0,221	0,178	0,7097	0,571
СОг	0,0216	0,0427	0,996-0,103=0,1026	0,203	0,1242	0,2457
О2	—	—	0,099.0,103=0,0102	0,0146	0,0102	0,0146
N,	—	—	7,86-0,103 = 0.81	1,012	0,81	1,012
Итого: сухих газов 1,2723 кг/кг керамзита;
водяных паров 0,571 кг/кг керамзита.
Таблица 31
Материальным баланс на 1 кг керамзита
Статья	Расход		Статья	Приход	
	в кг	в % по весу		в кг	В % по ВЕСУ
Топливо	 Сырье	 Воздух	 Невязка 		0,103-0,677-= =0,0697 1,44 12,85-0,103= = 1,324 0,037	2,41 50,16 46,12! 1,31	Керамзит .... У и ос	 Отходящие газы сухие 	 Водяной пар . .	1 0,028 1.272 0,571	34,83 1,37 44,31 19,49
Итого . . 7В*	2,871	100	Итого . .	2.871	100 187
Всего приход тепла составляет
5 <2! = 8100Х4-5,52X4-46,22X4-8,78 = 8151,57X4-8,798.
Таким образом, расход топлива иа обжиг 1 кг керамзита
при температуре отходящих газов 200° С и избытке воздуха
а = 1.05 составляет
8151.74X4-8,798 = 856,84X4-758,19,
749-392
откуда Х= —7294 g—=0,103 ккал/кг керамзита
или
0,103-8 100 = 834,3 ккал!кг керамзита.
Расход газов определяют по табл. 30. Материальный баланс
приведен в табл. 31.
Тепловой баланс вращающейся печи
Приход тепла
1.	Химическое тепло, вносимое топливом:
= 8100-0,103 = 834,3 ккал/кг.
2.	Физическое тепло, вносимое топливом:
<2? = 5,52-0,103 = 0,57 ккал/кг.
3.	Физическое тепло, вносимое воздухом:
Q* = 46,05-0.103 = 4,76 ккал/кг.
4.	Физическое тепло, вносимое материалом:
Q* = 8,798 ккал/кг.
Расход тепла
1. Потери тепла с отходящими газами
г = 735,84-0,1034-37,33= 113,12 ккал/кг.
2. Потери тепла от химического недожога
"=121-0,103= 12,46.
188
Приход тепла
Расход тепла
Статья	В ккал	В %	Статья		В ккал	В %
Химическое тепло топлива .... Физическое тепло топлива .	. . физическое тепло воздуха .... Физическое тепло материала . . . Итого.. . .	834,3 0,57 4,76 8,798 848,428	98,34 0,06 0,06 1,04 100	Тепло для обжига керамзита . . . Тепло на испаре- ние влаги . . . Потери с горячим керамзитом Потери с отходя- щими газами . . Потери в окружа- ющую среду . . Потери с химиче- ским недожогом Невязка		129,62 233,84 210 113,12 147,4 12,46 1,988	15,28 27,56 24,75 13,33 17,37 1.47 0,23
			Итого. . .	848,428	100
Для сопоставления в табл. 32 приведены расчетные показа-
тели расхода тепла на обжиг керамзита при нормальных усло-
виях с температурой отходящих из печи газов 200° С и избытке
воздуха а=1,05 и при отклонениях, когда температура отходя-
щих газов достигает 500—700° С, а избыток воздуха — значе-
нии а= 1,65 и 2.
Из данных расчета теплового баланса видно, что теоретиче-
ски потребное тепло для обжига керамзита составляет всего
около 800—950 ккал/кг. Вместе с тем результаты расчетов, при-
веденные в табл. 32, показывают, как могут возрастать расходы
тепла только при увеличении избытка воздуха и температуры
отходящих из печи газов. Так, например, если при температуре
отходящих газов 200° С и избытке воздуха а=1,05 расход топ-
лива составляет 791 ккал/кг, то при температуре отходящих из
печи газов 600° С и избытке воздуха а=2, как это нередко бы-
вает на плохо работающих вращающихся печах, расход тепла
возрастает до 1 500 ккал/кг, т. е. более чем в 2 раза. Если к тому
же и другие потери тепла завышены, например в окружающую
среду при недостаточной изоляции корпуса печи, с горячим
керамзитом и т. п., то расходы тепла иногда увеличиваются
в 2,5—4 раза и достигают 2 500—2 900 кксл/кг. В табл. 33 при-
ведены сводные тепловые балансы вращающихся печей Лиано-
зовского керамзитового завода (размером 22X2,3 и 40X2,5 м)
и Братиславского керамзитового завода в ЧССР, составленные
на основании их теплотехнического обследования ВНИИСтром,
НИИЖелезобетои и НИИСтройматериалов (г. Брно).
Из сравнения основных показателей тепловых балансов вид-
но, что хотя вращающиеся печи ряда обследованных керамзи-
товых заводов стали работать лучше, все же и теперь имеют
место большие перерасходы топлива. Так, хотя расход топлива
на печи № 2 Лианозовского завода снижен до 1 516 ккал/кг,
189
Таблица 23
Расход топлива на обжиг керамзита при различной температуре отходящих газов и избытке воздуха
	Температура отходящих газов в °C									
	200		300		500		600		700	
Показатель	Коэффициент избытка воздуха									
	1,05	1.25	1.65	2	1,65	2	1,65	2	1,65	2
Потери тепла с отходящими газами в ккал/кг ..............	102	111	131	149	483	580	585	794	827	1127
Расход тепла иа обжиг 1 кг керамзи- та в ккал .............	791	801	810	837	1168	1251	1270	1500	1528	1802
Расход условного топлива на обжиг в кг:										
на 1 кг керамзита 		0,113	0,114	0,116	0,119	0,166	0,179	0,18	0,214	0,218	0,243
» 1 т керамзита . .	....	113	114	116	119	166	179	180	214	218	243
» 1 ма керамзита при насыпном весе 400 кг/м^ ...........	45	45,6	47,6	54	65,4	71,6	72	85,6	87,2	97,2
Коэффициент полезного действия вра- щающейся печи (к. п. д.) в % ...	22	21,7	21,5	20,8	14,9	13,9	13,7	12,6	11,2	9.7
Тепловые}.балансы вращающихся печей
Таблица 33
Статья	Лианозовский завод												Печь Братис- лавского завода (ЧССР) 16X1,8 м	
	печь № 5 без порога 22X2,3 м		печь № б с порогом 22X2,3 м		печь № 2 без теплообмен- ника 40X2.5 м		печь № 2	печь № 2 теплообмен- с теплообмен- ником	НИ КОМ 4- порог 20X2,5 м	40X2,5 м				печь № I с порогом и струйной горелкой 40x2.5 м			
	й s	5? а	ЗХ/ГОХЛ в	а	— гл/rvxy о	5? и	в ккал/кг	В % в ккал/кг		в %	Я а	5S а	в ккал/кг	5? а
Химическое и физическое теп- ло топлива 	 Физическое тепло керамзита, охлаждающегося в печи и хо- лодильнике 	 Тепло материала	 » воздуха 		Приход тепла													
	1904 8,6 19,4	98,5 0,5 1	1850 9 21	98,5 0,4 1.1	1482 ~ 8 26	97.8 0,5 1,7	1320 10 20	98,5 0,5 1,5	1324 9 17	98,5 0,5 1.5	1385 10 15	98,4 0,6 1	1270 123 —9	90,3 0,6 9,1
Всего. . . . На испарение влаги	 » химические реакции .... Потери тепла с отходящими газами 	 То же, в окружающую среду То же, при выгружении ке- рамзита 	 Химический недожог и прочие неучтенные потери ....	1938 363 113 1090 220 31 115	100 18,7 6 56,4 11,3 1.1 6	1880 340 115 1120 232 32 41	100 18 6 60 12,2 1,6 2,2	1516 245 106 885 128 36 116	100 16,2 7 58,6 8,5 2,4 7,3	1350 Расход 323 110 634 130 40 113	100 тепла 24 8,4 46,5 9,8 2,8 8,5	1350 330 ПО 606 138 38 128	100 24,6 8,3 44,7 10,2 2,8 9,4	1410 330 110 705 140 39 8,6	100 23,4 7,8 50 10 2,6 6.2	1407 117 558 581 11 151	100 8.1 39,5 41,1 0,7 10,6
2	Итого.,..	1938	100	1880	100	1516	100	1350	100	1350	100	1410	100	1407	100
все же имеются большие резервы для дальнейшего улучшения
ее работы. И это убедительно подтверждается опытом того же
завода. Достаточно было снабдить вращающиеся печи теплооб-
менными устройствами, устроить пороги и улучшить конструк-
цию горелки, как расход топлива на тех же печах был доведен
до 1 350—1 410 ккал/кг. К сожалению, теплообменник и другие
устройства, резко улучшающие экономические показатели об-
жига керамзита, еще не получили массового применения.
Анализ тепловых балансов и передовой опыт керамзитовых
предприятий позволяют наметить основные пути рационализации
обжига керамзита.
Основным источником экономии топлива является снижение
теплопотерь с отходящими нз печи газами и в бкружающую сре-
ду, все еще составляющих около; 1 000—1 300 ккал/кг.
Этого можно достигнуть прежде всего за счет более полного
использования отходящих газов на еушку и предварительный
подогрев материала: резкого снижения их температуры на вы-
ходе из печи; радикального снижении избытка воздуха, на бес-
полезный нагрев которого затрачивается огромное количество
тепла; ликвидации подсосов третичного воздуха; уменьшения
теплопотерь в окружающую среду. Другим существенным ис-
точником сокращения тепла на обжиг керамзита является реге-
нерация тепла остывающего керамзита и использование его на
подогрев топлива и воздуха, направляемых в печь.
Как это вытекает из данных, приведенных в табл. 31, только
снижение температуры отходящих газов до 150—200е С вместо
400—700° С, сокращение избытка воздуха до нормального зна-
чения (а=1,05-?1,1 вместо 1,65—2) и уменьшение теплопотерь*
в окружающую среду позволят добиться сокращения расхода
тепла минимум на 20—35%.
Реализация указанных мер потребует широкого внедрения
передового опыта керамзитовых предприятий и ряда техниче-
ских решений по дальнейшему улучшению конструкции приме-
няемого в настоящее время теплового оборудования и техноло-
гии обжига керамзита:
установка теплообменников на всех вращающихся печах
(простейшая конструкция теплообменника изображена на
рис. 49), давно опробованных в смежных отраслях промышлен-
ности, а также на керамзитовых предприятиях, рекомендована
институтами ВНИИСтром и Г^ИИКерамзит для внедрения;
установка на коротких вращающихся печах сушильных ап-
паратов, работающих только за счет тепла отходящих газов н
остывающего керамзита;
применение в однобарабанных вращающихся печах порогов,
значительно улучшающих технологические и теплотехнические
параметры обжига керамзита;
пристройка к малопроизводительным вращающимся бараба-
нам с диаметром менее 3 м, используемых для обжига керам-
192
Рис. 49. Схема теплооб-
менника вращающейся
печи
/ — обечайка печн; 2—места
крепления теплообменных
элементов; 3— теплообмен-
ные элементы; 4 — выход
зита, коротких барабанов большего диаметра для вспучивания
с реконструкцией установки по двухступенчатой схеме, значи-
тельно повышающей производительность и улучшающей тепло-
использование печи;
применение ступенчатого обжига керамзита в специально
приспособленных аппаратах, обеспечивающих оптимальное вспу-
чивание материала при рациональном использовании топлива.
Одним из вариантов этого способа является вспучивание мате-
риала в относительно короткой вращающейся печи с большим
диаметром и повышенной скоростью вращения, позволяющей
сжигать топливо с нормальным избытком воздуха при более
высокой температуре факела горения, что резко сокращает вре-
мя обжига гранул. Для предварительной тепловой подготовки
материала перед вспучиванием целе-
сообразно использовать более длин-
ные, но меньшего диаметра бара-
баны или конвейерные, шахтные, ко-
лосниковые и другие запечные теп-
лообменные устройства,	позволяющие
эффективно	высушить, подогреть и
обработать восстановителями исходные
для обжига гранулы;
применение эффективных холодиль-
ников для регенерации тепла осты-
вающего керамзита и использования
его для подогрева топлива, вторич-
ного воздуха, а также сушки и подо-
грева сырца.
Охлаждение керамзита
При выходе из вращающейся печи керамзит имеет темпера-
туру 950—1050° С. Для беспрепятственного проведения даль-
нейших технологических операций (домола и сортировки) его
охлаждают до 50—70° С. Режим охлаждения керамзита суще-
ственно влииет на его строительные качества: прочность, устой-
чивость во времени и водопоглощение.
Перед началом охлаждения размягченная масса гранул ке-
рамзита состоит из жидкой фазы переменного состава, скрыто-
кристаллического муллита и кристаллического кремнезема
в форме различных модификаций чаще всего кварца и в редких
случаях кристобаллита. Правильный процесс охлаждения за-
ключается в том, чтобы обеспечить перевод максимального1
количества жидкой фазы в кристаллическое состояние. Отверде-
вание жидкой фазы без развития сильных внутренних напряже-
ний и превращения кристаллических фаз в формы, более устой-
чивые при низких температурах, что при быстром охлаждении,
сопровождается, как правило, опасными для целостности мате-
риала изменениями объема. Компоненты расплава кристалли-
193
зуются до затвердевания жидкой фазы. Поэтому, если требует-
ся получить закристаллизованный материал, то его выдержи-
вают при температуре примерно на 50—200° ниже температуры
вспучивания.
Как показали наши исследования', оптимальная температу-
ра выдержки, при которой расплав вспученных при обжиге зе-
рен керамзита кристаллизуется, колеблется для различного гли-
нистого сырья в пределах 650—1 000° С. В этом случае при вы-
держке керамзита в течение 20—30 мин достигается повышение
его прочности на 20—50%, а при добавке в исходную глину
катализаторов кристаллизации — в 2—3 раза.
Температура, при которой материал начинает терять эла-
стичность вследствие затвердевания стекловидной фазы, назы-
вается критической температурой охлаждения. При этой тем-
пературе материал приобретает жесткость и, если в этот мо-
мент его быстро охладить, в нем развиваются внутренние на-
пряжения, которые рано или поздно могут привести к образо-
ванию видимых и волосных трещин или к разрушению. Крити-
ческая температура затвердевания зависит от состава жидкой
фазы и колеблется в пределах 600—700° С.
Опасным для целостности материала, по-видимому, является
также период превращения а-кварца в p-кварц при 575° С с из-
менением объема материала на 2,4%.
Внутренние напряжения резко увеличиваются при неравно-
мерном охлаждении. Чтобы предотвратить трещиноватость-и все-
возможное раннее или позднее разрушение керамзита, необхо-
димо предусмотреть замедленное охлаждение материала в пре-
делах температур 600—800° С с последующим быстрым остыва-
нием. Такой режим охлаждения практически достигается в ба-
рабанных, шахтных и ямных холодильниках. Необходимость
упрощения технологии при максимальной механизации и поточ-
ности производства вызвала потребность в интенсификации про-
цесса охлаждения. В последние годы многие керамзитовые за-
воды за рубежом начали охлаждать керамзит способами, кото-
рые заранее предполагают частичное разрушение зерен
керамзита. К ним. в частности, относится охлаждение керамзи-
та воздухом на стальных транспортерах и при пневмотранспор-
тировании из печи в силосы, орошением распыленной водой и др.
Хотя постепенно охлажденный керамзит несомненно обладает
более высокими физико-механическими качествами, однако ча-
стичное его разрушение в процессе охлаждения в ряде случаев
не делает заполнитель непригодным к употреблению. Это поло-
жение подтверждает многолетняя практика использования
таких искусственных заполнителей бетонов, как зольные и шла-
ковые аглопориты, шлаковая пемза и др., которые охлаждают-
ся обычно весьма быстро.
Вместе с тем следует подчеркнуть, что все возрастающие
1 Выполненные во ВНИИСтроме совместно с В. I. Тнтовской.
194
требования к прочности керамзитового гравия, обусловленные
широким его применением в весьма экономичных ограждающих
конструкциях с минимальным объемным весом при Достаточной
прочности (бетон марки 50, объемный вес ниже 1 000 кг/л3) и
тонкостенных высокопрочных напряженио-армнрованных кон-
струкциях, заполнитель для которых должен иметь повышен-
ную прочность, вызвали необходимость в разработке мероприя-
тий, способствующих улучшению прочностных свойств керамзи-
тового гравия. Существенное место среди них занимает и пра-
вильный режим охлаждения керамзита.
Для охлаждения керамзита чаще всего применяют бара-
банные холодильники. При небольшой производительности
предприятия керамзит охлаждают в простых по устройству
ямных холодильниках. На некоторых зарубежных заводах охла-
ждение ведут в рекуператорных холодильниках, орошением во-
дой и воздухом, в процессе пневмотранспорта.
Барабанные холодильники. Барабанный холодильник пред-
ставляет собой открытый с обеих сторон барабан цилиндриче-
ской формы диаметром 1,5—2,5 м и длиной 8—25 м, вращаю-
щийся со скоростью 2,5—7 об/мин. Барабан устанавливают на
двух опорах с наклоном к горизонту 3—6°. Участок барабана
со стороны горячего конца, составляющий примерно '/з его дли-
ны, футеруют шамотным кирпичом толщиной около 120 мм.
В остальной части барабана прикрепляют пересыпные ус-
тройства в виде швеллеров. Размеры барабанного холодильника
зависят от производительности вращающейся печи: печи диа-
метром 2,5 м и длиной около 40 м снабжают холодильником
длиной около 20 м и диаметром 2,5 л; печи длиной 22—35 м и
диаметром 2,2 м имеют холодильники длиной около 15 м и
диаметром 2,2 м. ।
Из печи горячий керамзит попадает в барабанный холо-
дильник по чугунной течке. В отфутерованной части барабана
керамзит охлаждается относительно медленно. Лишь попадая
в зону, где расположены пересыпные устройства, и встречая на
своем пути более холодный воздух, керамзит охлаждается бы-
стрее. Засасываемый через открытый конец барабана наружный
воздух омывает материал, отбирает от него тепло и нагретым
поступает в печь в качестве вторичного воздуха, а охлажден-
ный керамзит с температурой 50—70° С выпадает на транспор-
тер и направляется на сортировку. Продолжительность охлаж-
дения керамзита в барабанных холодильниках колеблется от
20 до 60 мин.
Холодильник барабанного типа прост по конструкции и на-
дежен в работе, однако его установка вызывает дополнительные
затраты на увеличение объема помещения печного отделения.
Кроме того, барабанные холодильники из-за больших потерь
тепла в окружающую среду имеют относительно низкий коэф-
фициент полезного действия, не превышающий 65%.
195
Слоевые холодильники. Холодильник этого типа, схема кото-
рого показана на рис. 50, предложен в последнее время
в НИИКерамзит. Олин из первых его вариантов производитель-
ностью 5 м3/ч установлен на Безымянском заводе. Он состоит из
двухступенчатого, заключенного в металлический корпус тепло-
обменника с наклонными решетками и выгружающего устройст-
ва. Слой в теплообменнике образуется наклонными решетками,
боковыми стенками корпуса и регулирующими высоту слоя по-
воротными шиберами. Охлаждается керамзит наружным возду-
хом, продуваемым через слой, а разгружается наклонным ков-
шовым элеватором, регулируемым секторным затвором.
Техническая характеристика холодильника
Температура в °C:
охлаждаемого керамзита..................... 20—60
воздуха за холодильником.............. 250—3150
Удельный расход воздуха в мл/кг .......	1—1,9
Гидравлическое сопротивление холодильника
в мм еод. ст............................... 50—150
Установочные размеры в At (длина х ширина X
X высота от обреза печи)................... .	5х 4x6,8
Вес в т.........	............. 12,9
Рис. 50. Схема слоевого
холодильника
/—корпус теплообменника;
2 —наклонные решетки; —
поворотный шибер; 4~ ков-
шовый элеватор; » —сектор
ный затвор
К серьезным недо-
статкам слоевых холо-
дильников следует от-
нести их громоздкость, особенно по высоте, крайне низкий ко-
эффициент использования отработанного тепла при возврате его
в печь и проблематичность регулирования процесса охлажде-
ния на оптимальном уровне с изотермической выдержкой ма-
териала в пределах 600—800° С для повышения его прочности.
Ямные холодильники применяют в зарубежной практике иа
керамзитовых предприятиях с суточной производительностью до
60—120 м3. Обычно они представляют собой благоустроенные
ямы в непосредственной близости от горячего конца печи, куда
керамзит направляется самотеком. Для экономии и удобства
отвода материала из печи используется благоприятный для раз-
мещения больших масс керамзита рельеф местности. По мере
остывания керамзит выбирают грейферным краном н направля-
ют на сортировку или в качестве товарной продукции отправ-
ляют потребителям. Этим же краном по мере накопления в од-
ном месте ямы керамзит перемещают на свободные участки.
196
Емкость ям на некоторых заводах достигает нескольких тысяч
кубических метров. Продолжительность естественного охлажде-
ния материала при этом составляет от нескольких суток до не-
скольких недель.
Охлаждение керамзита паром и водой. Если горячий ке-
рамзит по выходе из печи сразу же поместить в воду, то он
растрескивается, разрушается и теряет прочность. В противопо-
ложность этому легкое опрыскивание распыленной водой или
паром поверхности гранул керамзита не приводит к их разру-
шению. Используя это свойство, можно запроектировать холо-
дильник с искусственным охлаждением керамзита распыленной
водой или паром в процессе его транспортирования на сорти-
ровку. Распылители при этом следует располагать по трассе
передвижения керамзита.
Сортировка керамзита и корректировка его зернового состава.
После охлаждения керамзит направляют на сортировку
с одновременной при необходимости корректировкой его зерно-
вого состава путем дробления в первую очередь части гранул
материала размерами, превышающими 40 мм в поперечнике,
для получения недостающей части керамзитового песка. По-
следняя операция впредь до освоения способов изготовления
керамзитового песка окатанной формы является вынужденной.
Керамзитовый гравий н щебень с размерами зерен в попе-
речнике 5—10, 10—20 и 20—40 мм и керамзитового песка 0—1,2
и 1,2—5 мм сортируют на вибросите, сите-бурат или гравиесор-
тировке с размерами отверстий 1, 2, 5, 10, 20 и 40 мм.
По специальному заказу путем установки сит с отверстиями
других размеров может быть отсортирован керамзит иных раз-
меров, чем это указано выше.
Дробят керамзит на молотковых и валковых дробилках с ри-
флеными валками; их работу регулируют таким образом, чтобы
обеспечить максимальный выход недостающих фракций запол-
нителя. Материал просеивают и дробят по замкнутому циклу, при
котором на повторное дробление поступает лишь возврат, не про-
шедший через отверстия сита с предельными размерами ячеек.
Отсортированный керамзит раздельно по фракциям с по-
мощью системы транспортеров направляют в автоматические
бункера выдачи и хранения керамзита по фракциям.
Емкость бункеров должна быть достаточной для хранения
примерно двухсуточного выхода товарного керамзита. Кроме
того, для маневренности производства на благоустроенной пло-
щадке обычно создают еще открытый склад керамзита, куда его
можно направлять при перегрузке бункеров в рассортированном
или нерассортированном виде.
Керамзитовые цехи при заводах железобетонных изделий
могут выдавать последнему смеси керамзита п установленных
соотношениях фракций.
197
Бункера устраивают на возвышениях для обеспечения подъ-
езда к ним. Онн Должны иметь объемные мерники для отсчета
количества керамзита и затворы для погрузки товарного керам-
зита потребителям в автомашины илн железнодорожные ваго-
ны. На керамзитовых предприятиях небольшой мощности мож-
но хранить и складировать готовую продукцию в штабелях на
благоустроенных площадках. Для выдачи керамзита потреби-
телям склады-площадки обеспечиваются автопогрузчиками и
бульдозерами.
Контроль производства и качества готовой продукции
На предприятиях по производству керамзита следует систе-
матически контролировать все технологические переделы произ-
водства и качество готовой продукции в соответствии с дейст-
вующими техническими условиями и нормативами, установлен-
ными в процессе пусконаладочных работ или при очередном
обследовании, в том числе:
качество исходного глинистого сырья;
качество и количество добавок в сырье (если таковые при-
меняют) ;
качество применяемого топлива;
соблюдение установленных правил работы всех технологиче-
ских узлов производства;
работу технологического оборудования и механизмов;
бесперебойную работу системы сигнализации и управления
технологическим оборудованием и механизмами;
работу и своевременную проверку показаний измерительной
аппаратуры;
качество полуфабриката, поступающего в печи;
качество готового керамзита.
Контроль сырья и его переработки. Контроль за качеством
исходного глинистого сырья должен обеспечить выработку пла-
стов породы, предусмотренных проектом разработки карьера,
предотвращение излишнего измельчения или подачи на произ-
водство крупных глыб породы и недопущение загрязнения по-
сторонними включениями. Периодически контролируют карьер-
ную влажность глинистой породы, а при сухом способе следят
за характером возможного изменения физико-механических
свойств, структуры, однородности, влажности, сырья.
В отделении подготовки сырья и изготовления полуфабрика-
та при сухом способе контролируют установленный режим ра-
боты дробилки и сит; влажность сырья, поступающего иа дро-
билку, пофракционный выход полуфабриката в единицу време-
ни; форму зерен полуфабриката всех фракций для предотвра-
щения выхода плоской крошки; соблюдение установленного
режима дробления и грохочения материала.
Прн пластическом способе контролируют формовочную
влажность сырья; правильность дозирования добавок, повышаю-
198
щих вспучиваемость, размеры и форму сырцового полуфабри-
ката, влажность полуфабриката, поступающего в сушилку или
печь.
Контроль обжига н охлаждения керамзита. Контроль рабо-
ты печного отделения должен обеспечить соблюдение и регули-
рование установленного режима обжига керамзита, включая:
дозирование материала, контроль коэффициента загрузки, пода-
чу и расход топлива, подачу и расход первичного и вторичного
воздуха, число оборотов печи, направление и длину факела го-
рения форсунки, температуру отходящих газов, температуру
в зоне вспучивания, тягу в пылеосадительной камере, состав от-
ходящих газов, избыток воздуха в печи.
Контрольные приборы и регуляторы управления сосредото-
чиваются у пульта управления старшего обжигальщика.
Обжигальщик в процессе работы систематически наблюдает
н регулирует режим работы печи по показателям приборов и
периодически определяет объемный вес керамзита путем взятия
проб на выходе материала из холодильника.
Контроль за работой холодильника должен обеспечить уста-
новленный режим охлаждения керамзита, в особенности темпе-
ратуру материала на его выходе.
Качество керамзита контролируют в соответствии с требова-
ниями ГОСТ 9759—65 «Гравий керамзитовый», ГОСТ 9758—61
«Заполнители пористые неорганические для легких бетонов. Ме-
тоды испытаний» и «Указаний по подбору состава и приготов-
лению керамзитобетона», разработанных НИИЖБ.
Качество пористых, в том числе керамзитовых, заполнителей
оказывает решающее влияние на область применения и эконо-
мическую эффективность легких бетонов. Важное значение при
этом имеют зерновой состав, форма и характер поверхности
зерен, их объемный вес и прочность, а также однородность
свойств.
Зерновой состав. Еще до недавнего времени заводы железо-
бетонных изделий мирились с доставкой не выдержанных по
зерновому составу заполнителей и вели их домол и сортиров-
ку на своих установках. Однако специализация заводов потре-
бовала перенести эти операции на предприятии и карьеры, вы-
рабатывающие заполнители. Поэтому керамзитовые заводы и
установки должны располагать оборудованием для изготовле-
ния и поставки заполнителя в пофракционном виде.
Согласно ГОСТ 9759—65, керамзитовый заполнитель выпу-
скается трех фракций: 20—40, 10—20 и 5—10 мм.
Потребность в различных фракциях керамзита определяется
видом приготовляемого керамзитобетона и методами подбора
его состава. При этом потребность в керамзитовом песке колеб-
лется от 20% для теплоизоляционного до 55% для конструк-
тивного керамзитобетона.
Большие колебания могут быть в потребности других фрак-
199
иий керамзита, поэтому одна из важнейших задач контроля
производства состоит в заблаговременном учете нужд потреби-
телей для планомерного их удовлетворения.
Форма и характер поверхности зерен керамзита. При приго-
товлении легких бетонов на пористых заполнителях важное зна»
чение для строительных свойств последних имеет однородность
структуры скелета и плотность укладки составляющих. Наи-
большая плотность укладки и наименьшая межзерновая пустот-
ность, а также лучшая структура бетона достигается при при-
менении зерен заполнителя шаровидной или приближающейся
к ией сфероидальной формы.
Не меньшее значение имеет и характер поверхности запол-
нителей. Опытами установлено, что при приготовлении бетона
на заполнителях одного и того же объемного веса, но имею-
щих разную форму и характер поверхности, расход вяжущего
ниже, а прочность на 15% выше у бетонов, приготовленных на
заполнителях гравелистой формы.
От характера поверхности зависит также сцепление зерен
керамзита с вяжущим.
Согласно ГОСТ 9759—65, среднее значение коэффициента
формы зерна гравия (отношение наибольшего размера к наи-
меньшему) должно быть не более 1,5. Количество гравия от-
дельных гранул с коэффициентом формы зерна 2,5 не должно
превышать 20%.
При изменении формы зерен керамзита, что легко обнару-
живается визуально, принимают немедленные меры по исправ-
лению работы гранулирующих сырец механизмов, обеспечивая
выход гранул длиной, примерно равной их диаметру.
Таблица 34
Марки керамзита в зависимости от
объемного веса и прочность
по классам А и Б
Ма рка керамзи- тового гравия	Объемный насыпной нес в кг/м1	Прочность прн сжатии в кГ/см* для классов	
		А	Б
150	До 150	4	3
200	151-200	□	4
250	201—250	8	6
300	251—300	10	8
350	301—350	14	10
400	351—400	17	14 (12)
450	401—450	20	17
500	451—500	25	20 (17)
550	501—550	30	23
600	551—600	35	30 (25)
700	601-700	45	30
800	701—800	60	40
Таблица 35
Марки керамзитового
песка (по ГОСТ 9759—
65) в зависимости от
его насыпного веса
в сухом состоянии
Марка керам- зитового песка	Насыпной вес керамзитового леска в кг!м*	
	мини- мальный	макси- 1 Мальный '
500	451	550
600	551	650
700	651	750
800	751	850
900	851	950
1000	951	1050
200
Объемный вес и прочность. В изломе керамзит обычно имеет
равномерную мелкоячеистую структуру, а снаружи прочную ше-
роховатую оболочку, что обеспечивает ему относительно высо-
кую прочность при малом объемном весе.
Требования к объемному весу керамзита приведены
в табл. 34, а керамзитового песка — в табл. 35.
Влажность керамзита. ГОСТ 9759—65 предусматривает по-
ставку керамзита потребителям с влажностью, не превышаю-
щей 2% по весу. Содержание щепы, земли, мусора и других
случайных загрязнений в керамзите не допускается.
Морозостойкость керамзита. ГОСТ 9759—65 установлено,
что керамзитовый гравий должен выдерживать ие менее
15 циклов попеременного замораживания и оттаивания с поте-
рей в весе при этом не более 8%.
Схемы лабораторного и цехового контроля производства да-
ны ниже.
Схема лабораторного контроля технологического
процесса производства
Определяемый параметр	Место отбора пробы	Частота отбора пробы	Метод определения
Влажность сырья	Транспортерная	Один раз	Высушивание до
	лента при выходе из ящичного по- давателя	в смену	постоянного веса при ПО® С
Засоренность		Одни раз	Промывка на
сырья крупнозер- нистыми включе- ниями	После формую-	в сутки	сите с отверстиями 0,5 мм 2—5 кг пробы н рассев на ентах с отверстия- ми 2 и 5 мм (ГОСТ 5499—59)
Влажность гра-		Два раза	Высушивание до
нуд	щих	дырчатых вальцов или су-	в смену	постоянного веса
Зерновой состав	шильного бараба-		Рассев на ситах
'ранул	иа		с отверстиями 5, 10 и 20 мм
Процентное со-	До н после вне-	Один раз	Определение
держание орган и- 1еских добавок Зерновой состав серамзнтового гра- !ия и песка Объемный на- сыпной вес керам-	дон ня добавок	в сутки	разности потерь при прокаливании (до и после введе- ния добавок)
готового гравия песка (в смеси н ю фракциям) Прочность ке- >амзитового гра- <ия	После холодиль- ного устройства	Два раза в смену	По ГОСТ 9758— 61
201
Схема цехового контроля технологического процесса
производства
Механизм иля агрегат	Проверяемый пара- метр	Частота проверки	Прибор или способ проверки
Ящичный по- даватель	Высота подъема шибера Постоянное н достаточное за- полнение стояков, отсутствие зависа- ний и забивания щелей	Одни раз в сутки Систематически, ио ие реже чем через каждые 2 ч	Масштабная ли- нейка Визуально
Вальцы всех типол	Зазор между вал ками	Один раз в не- делю Один раз в смеиу	Замер Осмотр
Дробилки всех типов	Ширина выход- ных щелей	Один раз в не- делю Одни рав в смеиу	Замер Осмотр
Глиномешал- ки лопастные	Зазор между ло- пастями и коры- том, правильность установки н состо- яние лопастей Расход органи- ческих добввок Нормальное По- ступление воды и жидких добавок из всех отверстий перфорированных труб	Один раз в не- делю Одни раз в смену Систематически в процессе работы	Масштабная ли- нейка и визуально Измерением из- менений уровней добавок в бачке в единицу времени Визувльио
Дырчатые вальцы	Размер отвер- стий в перфориро- ванных плитах и их состояние	Один раз в не- делю	Масштабная ли- иейка и визуально
Сушильный барабан	Производитель- ность Температура входящих газов Разрежение в топке	Один раз в смену Не реже чем через каждые 2 ч Один раз в смену	Замер мерным сосудом сырых гранул, поступаю- щих в барабан в единицу времени Термопара хро- мел ь-алюмелевая с потенциометром или милливольт- метром Тягомер
202
Продолжение схемы
Механизм или агрегат	Проверяемый параметр	Частота проверки	Прибор или способ проверки
	Температура в топке	Одни раз в смену	Термопара хро- мел ь-алюмелевая с потенциометром или милливольт-
	Расход газооб- разного или ЖиД- кого топлива	При сдаче смены	Счетчик
Врвщающиеся	Температура в	Не реже чем че>	Термопары с са-
печи и холо-	зоне вспучивания	рез квждые 2 ч	мопишущим элект-
днльинк	и в пылеосадитель- иой камере		ройным потенцио- метром
	Разрежение в пе- чи и пылеосади- тельиой камере	Не реже одного раза в смену	Т я гом еры
	Число оборотов печи и холодиль- ника	Периодически	Секундомер
	Производитель- ность	Одни раз в смену	Мерная емкость объемом 20—30 л
	Давление газа или жидкого топ- лива перед горел- кой	То же	Дифманометр
	Температура	Через каждые	Технический
	жидкого топлива	2 ч	термометр
	Расход газа или жидкого топлива	При сдаче смеиы	Счетчик
	Температура ке-	Один раз в сме-	Технический
	рамзитового гра- вия и песка, вы- ходящих из холо- дильника	ну	термометр
Глава четвертая
НОВЫЕ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ПРОИЗВОДСТВА
КЕРАМЗИТОВЫХ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ
ВСПУЧИВАНИЕ ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ НА КЕРАМЗИТ
В КИПЯЩЕМ СЛОЕ
В последние два десятилетия в некоторых отраслях промыш-
ленности, особенно цветной металлургии, получил большое раз-
витие метод обжига материалов в кипящем слое. Этот метод
успешно опробован также в производстве цементного клинкера,
извести и нового заполнителя легких бетонов — перлита.
Кипящий слой образуется тогда, когда через слой материала
надлежащей крупности зерен проходит восходящий поток газа
со скоростью, достаточно высокой, чтобы нарушить неподвиж-
ность и создать интенсивное турбулентное движение, напоми-
нающее кипение жидкости. При этом скорость газового потока
должна быть промежуточной между минимальной скоростью,
при которой зерна как бы теряют вес (скорость витания), и ско-
ростью, при которой они выносятся из рабочей камеры аппарата
(взвешенное состояние).
Внутри кипящего слоя можно сжигать твердое, жидкое и га-
зообразное топливо или подавать для обжига теплоноситель
извне. Поверхность контакта зерен обжигаемого материала и
теплоносителя достигает в кипящем слое максимальной вели-
чины, вследствие чего теплопередача отличается весьма высо-
кими показателями и составляет около 180 ккал/м^-ч-град.
Увеличение поверхности контакта способствует ускорению
тепло- и массообмена, а непрерывное перемешивание частиц
материала обеспечивает выравнивание температуры в слое, что
позволяет проводить процесс быстро и в небольших рабочих
объемах. Процессы в кипящем слое легко регулируются н под-
даются автоматизации. Как показала практика, в кипящем слое
можно обрабатывать зерна твердых материалов размером от до-
лей миллиметра до 10 мм при различной влажности, так как
влага, попадающая в кипящий слой, почти мгновенно испа-
ряется.
Наряду с большими достинствами метод кипящего слоя
обладает и рядом недостатков. Так, интенсивное движение
частиц в слое и взаимное их перемещение не позволяют пред-
сказать положения частицы в какой-либо промежуток времени.
204
Это означает, что часть поступающих в камеру свежих частиц
может вскоре выйти из слоя, а некоторая их доля циркулирует
более длительное время, чем это требуется, и перегревается,
что для ряда технологических процессов неприемлемо. Другой
недостаток метода вытекает из условий взаимного соударения
частиц и ударения их о стенки камеры, что приводит к истира-
нию материала и накоплению пыли, а также преждевременно-
му износу аппарата.
Печи для обжига в кипящем слое имеют самую разнообраз-
ную конструкцию. Они подразделяются на одно- и многокамер-
ные. Каждая печь состоит из камеры, свода, пода, устройств
для загрузки и выгрузки материала и газоходов.
Места загрузки и выгрузки материала могут быть распо-
ложены сверху, снизу или сбоку печи, но всегда друг против
друга. Наиболее существенной частью печи является под, пред-
ставляющий собой устройство для равномерного распределения
газа (воздуха), поступающего в печь, по нижнему горизонталь-
ному сечению слоя. Каждая рабочая камера печи в горизон-
тальном сечении может быть выполнена в форме квадрата, пря-
моугольника, круга и т. п.
Впервые опыты по получению керамзитового песка в кипя-
щем слое были проведены в лабораторных условиях в
б. РосНИИМС П. П. Будниковым, А. И. Полинковской,
Г. А. Пстрихиной и А. А. Беиуни на двух экспериментальных
установках.
Полупромышленная опытная установка
для получения керамзитового песка
в печах кипящего слоя
На основе лабораторных исследований, проведенных во
ВНИИСтроме, и проекта, разработанного институтом Гипро-
нефтестрой, в 1962 г. в г. Куйбышеве построена полупромышлен-
ная опытная установка для отработки технологических пара-
метров производства керамзитового песка в печах кипящего слоя
производительностью 500 кг/ч. Технологическая схема получе-
ния керамзитового песка на этой установке показана на рис. 51.
Установка имеет два отделения: подготовки глинистого
сырца и тепловой его обработки в печи кипящего слоя с охла-
ждением вспученного материала.
Глинистый сырец готовят на действующей технологической
линии производства кирпича полусухим прессованием в цехе
№ I Безымянского кирпичного завода в следующей последова-
тельности: ящичный подаватель; камневыделительные вальцы;
сушильный барабан с цепями, используемый для подсушки и
частичного измельчения глины, вибросито, дезинтеграторы и
глиномешалка. В последней при необходимости производится
205
добавка органических веществ, повышающих вспучиваемость
исходного сырья.
Приготовленная мелочь сырца с размером зерен до 3 мм и
влажностью около 6—8% поступает в отделение тепловой обра-
ботки. Здесь установлены три однокамерные печи кипящего
слоя, служащие для раздельного проведения процессов тепло-
Рис. 51. Общая схема Куйбышевской полупромышленной установ-
ки по производству керамзитового песка в печи с кипящим слоем
'/ — бункер для сырца-порошка; 2—тарельчатый питатель; f3 — реактор
термоподготовки; 4 —реактор обжига; б —циклон; 6 —приемный бункер,
7 —циклон-фильтр; в—бункер
вой подготовки глинистой мелочи (сырца), обжига со вспучи-
ванием и охлаждения керамзитового песка, соединенных между
собой системой перетоков.
Площадь пода первых двух печей по 0,5 л2, а холодильни-
ка 0,3 мг.
Для подачи воздуха во все три печи предусмотрена воздухо-
дувка ТВ-80-1,6 производительностью 5 000 л3/ч с напором
6000 мм вод. ст. Все печи имеют сменные провальные металли-
ческие подины. Печи тепловой подготовки и обжига оборудо-
ваны выносными топками, в которых установлены форсунки для
206
сжигания жидкого топлива с распылением компрессорным воз-
духом под давлением 2—3 атм. Температура под подиной печи
тепловой подготовки и в кипящем слое регулируется измене-
нием температуры продуктов горения в выносной топке. В печи
обжига со вспучиванием на расстоянии 150 мм от подины уста-
новлены три форсунки того же типа, что и в топке для сжига-
ния жидкого топлива в кипящем слое.
Процесс тепловой подготовки, обжига со вспучиванием и
охлаждения происходит в следующей последовательности. На-
копленная в бункере глинистая мелочь с помощью тарельчатого
питателя, производительность которого регулируют изменением
положения ножа или размером зазора, дозируется в печь теп-
ловой подготовки. Отсюда подсушенный материал по трубчато-
му перетоку направляется в печь обжига, а обожженный про-
дукт по такому же перетоку — в холодильник. Из холодильни-
ка готовый материал поступает в бункер пневмотранспортера,
который выдает его на склад готовой продукции.
Для обеспыливания газов печей кипящего слоя предусмот-
рены циклоны, при этом собранная там пыль печей обжига и
холодильника направляется на склад готовой продукции.
Отсос газов из печей и холодильника осуществляется венти-
ляторами-дымососами.
Установка снабжена необходимой контрольно-измерительной
аппаратурой для замера температуры расхода воздуха и топли-
ва, перепадов давлений и т. п.
Показатели качества опытных партий керамзитового песка,
изготовляемого Куйбышевской установкой (зерновой состав, на-
сыпной объемный вес, модуль крупности, водойасыщение, пре-
дел прочности при сжатии и т. п.), характеризуются данными,
приведенными в табл. 36 и 37.
Показатели качества
Таблица 36
Характеристика
керамзитового песка
по фракциям
керамзитового песка
Таблица 37
опытных партий
Зерновой состав в % при
размере фракций в мм
2,5	4101,3 42|30,6
1,2 —2,5 4550,4 65|44
0,6 —1.2445 0,3 90|41
0,3 —0.6 4701,7 lDBi57
0,15—0,3 560 3,4 92:60
<0,15	610-------—
520	0,36 2,62	5.6
550	0,233 1,87	2
505	0.379 2,36	1
525	0,334 2,5	2
515	0,483 2,73	2
480	0,271 2,42	1
505	0,255 2,42	4
510	0,296 2,12	1
530	0,252 2,08	2
525 0,324 2,47 5
17	34	20	12	12
22	33	18	11,4	10
8	24	25	23	18
7	42	29	16	5
20	38	18	10	12
23	39	21	12	3
14	38	27	13	7
15	37	19	13	12
8	33	29	18	11
11	31	23	15	18
207
Совместно проведенными в 1963—1965 гг. во ВНИИСтроме
и НИИКерамзите испытаниями этой установки с выпуском опыт-
ных партий вспученного материала из различного глинистого
сырья установлена технологическая возможность и экономи-
ческая целесообразность производства в печах кипящего слоя
керамзитового песка округлой формы с насыпным объемным
весом в пределах 450—900 кг/лА Этими же испытаниями выяв-
лена также принципиальная возможность получения в печах ки-
пящего слоя мелкого керамзитового гравия — размером от 5 до
12 лл.
Положительные результаты испытаний Куйбышевской по-
лупромышленной установки и острая потребность в керамзито-
вом песке создали предпосылки для организации заводского его
производства.
По техническому заданию ВНИИСтром Гнпронефтестрой
разработал для Куйбышевского завода оригинальный проект
промышленной установки по производству керамзитового песка
в печах кипящего слоя производительностью 100 000 м3 в год.
Куйбышевский цех керамзитового песка
производительностью 100 тыс. лэ в год
Цех имеет одно общее отделение переработки глины и при-
готовления полуфабриката и две технологические линии по теп-
ловой подготовке, обжигу и охлаждению материала, каждая
производительностью 50 тыс. м3 керамзитового песка в год.
Сырьем для производства керамзитового песка служит хоро-
шо вспучивающаяся смышляевская глина.
Доставляемую с карьера глину ссыпают в бункер ящичного
подавателя или сгружают в штабель на благоустроенной пло-
щадке. Для рыхления глины над бункером подавателя установ-
лена рыхлнтельная машина. Из ящичного подавателя глина по-
ступает на камневыделительные вальцы, откуда самотеком за-
гружается в сушильный барабан, снабженный цепной завесой
для лучшего теплообмена и измельчения комьев. Затем подсу-
шенная глина направляется на грохот, где отсеивается фракция
размером менее 3 мм. Фракция более 3 мм возвращается на до-
мол в молотковую мельницу. Полуфабрикат размером <3 мм
поступает в приемный бункер и самотеком подается в расход-
ные бункера установки.
Принятая в цехе технология тепловой подготовки, обжига и
охлаждения керамзитового песка в агрегатах кипящего слоя
аналогична технологической схеме, отработанной на Куйбышев-
ской полупромышленной установке.
Исходный полуфабрикат — мелкие частицы глины размером
0—3 мм — из расходных бункеров весовым дозатором подается
в реактор тепловой подготовки, которую ведут горячим возду-
208
хом, нагреваемым теплом дымовых газов, отходящих из печи
обжига.
Из реактора тепловой подготовки подсушенные и подогре-
тые частицы глины направляются в реактор обжига. Пребыва-
ние материала в печи кипящего слоя при 1100° С в течение при-
мерно 7 мин обеспечивает его обжиг со вспучиванием.
Вспученный керамзитовый песок с насыпным объемным ве-
сом 500—550 кг/м* поступает на охлаждение в холодильник ки-
пящего слоя, откуда пневмотранспортом подается на склад го-
товой продукции.
Воздух к агрегатам кипящего слоя и на пневмотранспорт
подается от одной воздуходувки типа 400-12-2, производства
Невского завода с параметрами: Р=1800 мм вод. ст. и <2 =
= 25 000 лэ/ч.
Воздух, поступающий в реактор тепловой подготовки, нагре-
вается до 550° С в трубчатом огневом калорифере путем ис-
пользования отходящих газов реактора обжига. Перед поступ-
лением в калорифер дымовые газы из реактора обжига с темпе-
ратурой 900° С обеспыливаются в специальном циклоне.
После реактора тепловой подготовки воздух проходит двух-
ступенчатую очистку — в циклонах системы НИИОгаза и ба-
тарейных циклонах. Обеспыленный воздух вентилятором через
дымовую трубу отводится в атмосферу. Уловленный же ма-
териал из обеих ступеней очистки подается в реактор обжига.
После огневого калорифера дымовые газы с температурой
около 470° С направляются на окончательную очистку в элект-
рофильтр или трубу-сушилку для подсушки мелкозернистого
топлива, подаваемого в печь кипящего слоя.
Горячий воздух после холодильника с температурой 300°С
перед удалением в атмосферу проходит двойную очистку—в цик-
лонах НИИОгаза и электрофильтре.
Проект предусматривает возможность обжига керамзитового
песка жидким и газообразным топливом.
Для хранения и выдачи готовой продукции предусмотрены
силосные склады общей емкостью 13 тыс. м3, обеспечивающие
4-суточный прием песка от работающего цеха.
Ниже приведены основные технико-экономические показате-
ли Куйбышевского цеха по производству керамзитового песка
в печах кипящего слоя.
Годовая производительность в тыс. м3 ........... 100
Удельные капиталовложения на 1 лэ песка в руб. 12,93
Общее число работающих.......................... 65
Выработка иа одного работающего в год в м3 . . I 539
Сметная себестоимость 1 м3 керамзитового песка
в руб........................................... 4,13
8 Зак. 9S	269
ВСПУЧИВАНИЕ ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ НА КЕРАМЗИТ
В ФОНТАНИРУЮЩЕМ СЛОЕ
(ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ СПОСОБ
ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМЗИТОВОГО ГРАВИЯ)
Кипящий слой псевдоожиженного зернистого материала вос-
ходящими вверх газовыми потоками является не единственным
его состоянием в этих условиях.
Так, если в камеру 1 (рис. 52) на решетку 2 через патру-
бок 3 засыпать гранулированный материал, то ои образует
плотный слой с определенной межзерновой пустотностью. При
Иннннн
Рис. 52. Схема аппарата со слоем
зернистого материала
/ — корпус печи; 2 —решетка, 3—па-
трубок для подачи материала; 4 — па-
трубок Для вывода материала
подаче через этот слой восхо-
дящего потока газа с постепен-
но увеличивающейся скоростью
материал сперва будет оста-
ваться неподвижным, а со-
противление слоя будет расти
с увеличением скорости газа.
Когда же сила сопротивления
фильтрации газа сравняется с
весом слоя зернистого материа-
ла, то дальнейший рост гидрав-
лического сопротивления пре-
кращается и увеличение скоро-
сти газового потока приводит
к расширению слоя. При этом
слой взвешивается, увеличи-
вается в объеме, частицы при-
обретают подвижность. По-
верхность слоя в этом случае
выравнивается, и если в стен-
ке камеры сделать отверстие
4, то через него будет вытекать
струя материала. Это и послужило основанием назвать слой
зернистого материала со свойствами текучести — псев-
доожиженным. При дальнейшем увеличении скорости газа
через псевдоожиженный слой будут прорываться пузырьки,
слой начнет интенсивно перемешиваться и бурлить, напоминая
кипящую жидкость, что послужило основанием назвать его
в этом состоянии кипящим слоем. Характерным состоянием ки-
пящего слоя является его относительная плотность, прн которой
зерна не отрываются в пространство для витания.
Новое увеличение скорости газа сопровождается выносом
зерен материала из кипящего слоя с последующим их выпаде-
нием. Если, например, струя газа подведена в центральной ча-
сти цилиндрической камеры (рис. 53), то частицы твердого ма-
териала уносятся вверх, а затем опускаются по периферии.
210
Рис. 53. Схемати-
ческое изображе-
ние фонтанирую-
щего слоя
/ — центральный фон-
тан: 2 —корпус; 3 —
конус; 4 —патрубок
ДЛЯ подвода газа:
£ —решетка
Происходящая таким образом циркуляция частиц — подъ-
ем в фонтане центральной части слоя и опускание в периферий-
ной отражает новое состояние материала, получившего назва-
ние фонтанирующего слоя. Циркуляция частиц здесь более ин-
тенсивна, чем в обычных псевдоожиженных слоях.
В Советском Союзе устройства с фонтанирующим слоем по-
явились значительно раньше, чем за рубежом. Они использова-
лись при сушке хлопка, зерна, торфа, в топочной технике и т. п.
Большой интерес представляет н обжиг керамзита в фонтани-
рующем слое. В последние годы в ФРГ были
проведены успешные опыты и предложен для
практики новый циркуляционный способ произ-
водства керамзита с обжигом в фонтанирую-
щем слое.
Построенная в 1965 г. фирмой «Деинерт»
в г. Хенге близ Нюрнберга установка произво-
дительностью 400 л3 керамзитового гравия
в сутки с использованием метода обжига за-
полнителя в фонтанирующем слое характери-
зуется следующими особенностями.
Сырьем для производства керамзита слу-
жит тонкодисперсная легкоплавкая глина с
карьерной влажностью 13—15%. При указан-
ной влажности глина сравнительно плотная
и может подвергаться тонкому дроблению без
замазывания механизмов. Ее химический со-
став характеризуется содержанием (в %):
SiO2 49,10; Fe2O3 7,98; А12О3 21,89; МпО 0,11;
СаО 3,58; MgO 1,57; SO3 1,85; R2O 2,86 и
п.п.п. 11,06.
На карьере глину добывают многоковшо-
вым экскаватором на гусеничном ходу. Парал-
лельно фронту добычи глины установлен ленточный транспортер
длиной 150 м. Предварительно глину, доставляемую с карьера,
измельчают на валковой дробилке. Затем она поступает в ящич-
ный подаватель, проходит через металлический желоб с электро-
магнитом для очистки от металлических включений и поступает
в ударно-отражательную дисковую мельницу, где тонко измель-
чается и гомогенизируется при естественной влажности. Далее
тонкоизмельченная глииа непрерывным потоком направляется
в тарельчатый гранулятор, где к ней добавляют 2—4% воды и
специальную добавку, способствующую образованию шаровид-
ной формы гранул. По ленточному транспортеру гранулы посту-
пают в сушильный противоточный барабан длиной 10 и диамет-
ром 1,5 -и.
После выхода из сушильного барабана от материала отде-
ляются мелкие и крупные фракции, которые направляются об-
ратно для повторной переработки в ударно-отражательную дис-
8*
211
ковую мельницу, а гранулы размером от 1 до 12 мм, нагретые
в сушильном барабане до 200° С, транспортером подаются
в промежуточный бункер емкостью 5 лА
При рассмотренной системе подготовки перерабатываться
может также глина и с влажностью выше 20%. В этом случае
мельница, тарельчатый гранулятор и сушильный барабан имеют
соответственно большие размеры и постоянно загружаются
с избытком. Избыточный материал не используется на обжиг,
а автоматически отводится обратно в мельницу. Здесь сухой
материал смешивается с влажным сырьем и перерабатывается
по запроектированной схеме.
Печная установка состоит из бункера емкостью 5 м?, загру-
зочного шлюза, камеры обжига, специальной горелки и затво-
ра. Установка работает периодически с загрузкой каждые 40 сек.
Из бункера сухие гранулы поступают в объемный дозатор,
откуда они периодически загружаются в печь, где обжигаются
в фонтанирующем слое.
В печи гранулы захватываются идущим вверх потоком га-
зов и поднимаются вверх до тех пор, пока сила газового потока
не станет меньше силы тяжести обжигаемого материала, ко-
торый падает вниз, затем снова захватывается и поднимается
потоком газа и т. д. Циркулируя таким образом в течение
40 сек, гранулы вспучиваются. Затем подача топлива прекра-
щается, открывается затвор и в течение 4 сек. вспученный ма-
териал выгружается. Обожженный материал отгружается транс-
портером на сортировку, а новая партия гранулированного ма-
териала поступает в печь на вспучивание.
Вследствие теплового удара зерна керамзита имеют твердую
прочную оболочку, значительно увеличивающую прочность зер-
на. При этом вследствие равномерной тепловой обработки мел-
кие н крупные гранулы одинаково хорошо вспучиваются. Печь
офутерована огнеупорным легковесным теплоизоляционным ма-
териалом. Наружная температура стены не превышает 50° С,
т. е. потери тепла через излучение малы.
Высота обжиговой печи 10 м, внутренний диаметр в свету
2,5 м. За исключением затвора и шлюза, подвижных деталей
печь не имеет. Отработанные дымовые газы из печи поступают
в сушильный барабан н после выхода из него обеспыливаются
в циклонах.
В противоположность классическому способу производства
керамзита во вращающихся печах циркуляционный способ поз-
воляет пускать и останавливать всю установку в любое время
без опасности для печи и футеровки, а также без больших теп-
лопотерь. На растопку полностью остывшей установки требу-
ется 60 мин, а частично остывшей — 15 мин.
Управление всей установкой автоматизировано. Продолжи-
тельность загрузки н разгрузки печи контролируется реле вре-
мени. Изменение продолжительности или температуры обжига
212
t
Рис. 54. Технологическая схема производства керамзитового гравия по циркуляционному способу
/ -многоковшовый экскаватор; 2 — ящичный подаватель (100 ла); 3 —валковая дробилка; 4—удариоотражательпая дисковая
мельница; б —тарельчатый гранулятор; б—шнек для отвода пыли; 7—циклонные пылеуловители; б —сушильный барабан; 9—ков-
шовый элеватор; 10—запасной бункер (5 *’); //—загрузочный шлюз; /2—печь с фонтанирующим слоем
вызывает изменение объемного веса обжигаемого материала, и
наоборот. Зона обжига контролируется телевизионной камерой,
а работа печи регулируется с пульта управления. Печь в на-
стоящее время работает на легком моторном масле, но может
также работать иа природном газе и мазуте. Расход тепла на
обжиг 1 кг керамзита в фонтанирующем слое составляет все-
го 950 ккал, а расход электроэнергии 15 квпт. Выпускаемый
керамзитовый гравий с насыпным объемным г-------- ---------’
насыпным объемным весом 500 кг/л3
характеризуется повышенной прочно-
стью и используется для приготовле-
ния высокопрочного керамзитобетона
при изготовлении напряженно-армиро-
ванных конструкций.
Схема производства керамзитового
гравия с обжигом в фонтанирующем
слое показана на рис. 54. На рис. 55
приведена схема печи с фонтанирую-
щим слоем.
Рис. 55. Схема печи
с фонтанирующим слоем
/ — отходящие газы; 2— за-
грузка. 3 — выгрузка
ВСПУЧИВАНИЕ глинистого СЫРЬЯ
НА КЕРАМЗИТ ВИБРАЦИОННЫМ
МЕТОДОМ
Новизна метода, названного вибра-
ционным, состоит в применении для
обжига керамзитового гравия специ-
альной конструкции комбинированной
установки, выполняющей следующие
технологические функции: сушку гра-
нулированного материала, предвари-
тельный его подогрев, вспучивание и
охлаждение обожженного продукта.
Существенной особенностью вибрационного способа изготов-
ления керамзитового гравия является приготовление гранулиро-
ванного глинистого сырца шаровидной формы и примерно одина-
ковой величины, что легко достигается на тарельчатом гра-
нуляторе.
Технологический процесс изготовления карамзитового гравия
по вибрационному способу характеризуется следующей после-
довательностью. Исходная глина в природном состоянии или
после ее подсушки до 15%-ной влажности измельчается в поро-
шок с максимальным размером зерен около 0,2 мм и подается
в тарельчатый гранулятор, где при добавке 2—4% воды фор-
муются шаровидной формы гранулы примерно одинакового раз-
мера. Для лучшего склеивания порошкообразного материа-
ла применяют специальную химическую добавку.
Одинаковый размер гранул при формовании достигается
214
правильно отрегулированным положением тарелки, скоростью
се вращения и дозированием воды.
Вибрационная установка работает по следующей схеме. По-
лученный иа тарельчатом грануляторе однородный по размеру
зерен материал по загрузочной трубе подается в сушильную
камеру установки (рис. 56), откуда под действием силы тяжести
поток материала поступает в шахту предварительного нагрева.
В шахте происходит теплообмен между материалом н восходя-
щими потоками топочных газов, посту-
пающих из камеры горения.
Установку для вспучивания загру-
жают через загрузочный желоб, рабо-
ту которого регулируют с помощью
электромагнитных импульсов. Грану-
лированный материал проходит гори-
зонтальную область зоны вспучивания
в течение примерно 1 мин. Зона обо-
гревается непосредственно с помощью
двух пар форсунок, работающих на
жидком топливе. Температура в зоне
вспучивания поддерживается на уров-
не около 1 100° С. Внбрируюшая по-
верхность транспортера на качающей-
ся раме с воздушным охлаждением за-
щищена от воздействия высоких тем-
ператур огнеупорной футеровкой. Ма-
териал движется по инерционному сто-
лу спокойным потоком. Горячие, вспу-
Рис. 56. Схема установки
для производства керам-
зита по вибрационному
методу в ФРГ:
/ — загрузка; 2—шахта для
подогрева; 8 — внбростол;
4 —выгрузка
ченные зерна скатываются на охлаж-
дающий желоб.
Достоинством установки является
то, что она объединяет в одной конст-
рукции устройства для сушки, подо-
грева, вспучивания н охлаждения. Это
делает ее весьма экономичной эиерге-
тически. Расход тепла на 1 кг керамзита составляет около
700 ккал, а электроэнергии — около 14,5 квт-ч на 1 т.
Конструктивные размеры печн, предназначенной для про-
изводства 50 т керамзита в сутки следующие: площадь основа-
ния 3x8 м, высота до загрузочной горловины 10 м.
ПОЛУЧЕНИЕ КЕРАМЗИТОВОГО ГРАВИЯ ИЗ КАПЕЛЬ РАСПЛАВА
ЛЕГКОПЛАВКОГО ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ
ПРИ ПЕРЕПАДЕ ДАВЛЕНИЯ
Согласно предложенной нами классификации принципов по-
ризации различных веществ пористая структура керамзита из
расплава глинистой массы с оптимальной вязкостью образуется
за счет давления газообразных продуктов изнутри.
215
Среди явлений вспучивания размягченных веществ под вли-
янием давления газообразных продуктов изнутри исключитель-
ный интерес для использования в технике представляет наблю-
даемое в природе порообразование жидких лав, извергаемых из
недр земли с образованием пемзы, туфов и других пористых
материалов.
Огненная лава, формировавшаяся в недрах земли при вы-
соких температурах н большом давлении, как известно, имеет
химический состав, близкий к химическому составу легкоплав-
ких глин. В процессе образования в ней растворялись газооб-
разные продукты диссоциации, разложения и взаимодействия
различных минералов н соединений (Н2О, СО2, SO2 и т. п.).
При выходе лавы на поверхность земли в условия нормаль-
ной атмосферы под воздействием избыточного давления ука-
занных газопарообразных продуктов, содержащихся в расплаве,
происходил процесс ее поризации.
Почти аналогичное по своей физико-химической сущности
явление нередко наблюдается в металлургии при охлаждении
газонасыщенных огненно-жидких шлаков.
В последние годы с использованием этого принципа порн-
зации в ряде стран организовано производство различных по-
лимерных пористых материалов, приготовляемых при сравни-
тельно низких температурах.
При этом свойства этих материалов обусловлены природой
исходной массы, ее вязкостью и создаваемым давлением газо-
образных составляющих.
Очевидно, если преодолеть технические трудности, связан-
ные с работой при высоких температурах, то принцип порнза-
ции легкоплавких глинистых пород за счет регулируемых пара-
метров расплава глинистой массы н избыточного против атмос-
ферного давления парогазообразных продуктов может быть ус-
пешно использован н в производстве керамзитового гравия
с заданными строительно-техническими свойствами.
Такая попытка сделана французскими инженерами, предло-
жившими для практики на первый взгляд сложные, но реаль-
ные для внедрения технические решения по производству ке-
рамзитового гравия с использованием рассмотренного принципа
поризации.
Установка для получения керамзитового гравия по этому но-
вому способу состоит из следующих основных элементов: узла
приготовления гранулированного глинистого сырца; шахтной су-
шилки; подогревателя материала; печи-автоклава и устрой-
ства для образования факела горения высокого давления (реак-
тивной горелки); форсунки для разбрызгивания расплава на
капли со вспучиванием при перепаде давления; вращающегося
диска для окатки гранул в сфероиды и холодильника.
216
Схема установки показана на рис. 57.
Для изготовления гранулированного глинистого сырца мо-
жет быть использован любой пригодный для этой цели меха-
низм, в частности кирпичеделательный пресс / с перфорирован-
ной плитой — мундштуком. Выходящие из пресса бесконечные
жгуты диаметром 4—8 мм разрезаются поперечно движущейся
проволокой 2 на маленькие цилиндрики, являющиеся промежу-
точным материалом, для упрощения его сушки и транспорти-
рования. В этих же целях на ленточном транспортере под воз-
действием инфракрасных лучей сверху и потока горячих газов
снизу цилиндрики подвяливаются. Образующиеся испарения че-
рез вытяжную трубу 3 отводятся наружу. Регулировочный кран
позволяет дозировать необходимое количество газа. При этом
горячий газ вначале поступает в зигзагообразную трубу, на-
ружная поверхность которой становится источником инфракрас-
ного излучения, а затем в расположенный под ленточным транс-
портером воздушный резервуар для сжатого воздуха с форсун-
ками горячего газа. Подвяленные цилиндрики с ленточного
транспортера попадают на элеватор 4 и по желобу 5 поступают
в шахтную сушилку, где в течение 10—30 мин высыхают до
остаточной влажности 1—2%.
Шахтная сушилка состоит из распределительной камеры го-
рячих газов 5, воздушных каналов и сборной камеры отводи-
мого воздуха с вытяжным штуцером.
Сухие горячие газы, поступающие из подогревателя, нахо-
дятся под давлением и по трубопроводу подаются в распреде-
лительную камеру 6. Гранулированный материал заполняет все
пространство между воздушными каналами, а горячие газы,
проходя через материал, высушивают его.
Из шахтной сушилки высушенный материал 7 через раз-
грузочное устройство непрерывного действия подается в сборную
воронку и попадает в подогреватель 8, где под воздействием
вдуваемых горячих газов полностью обезвоживается и нагре-
вается до 500—800° С, При этом посредством сборной воронки
сухой гранулированный материал равномерным слоем распре-
деляется по конус}' из перфорированного железа. Между осно-
ванием и сушилкой этот конус образует зазор, через который
гранулированный материал проникает в сборную воронку подо-
гревателя. Между поверхностью подогретого материала, находя-
щегося в сборной воронке, н указанным конусом образуется пу-
стота. действующая как воздушная камера, в которую через от-
верстие 9 вдуваются горячие газы. Последние поступают, с одной
стороны, из трубопровода для подвода горячего воздуха, а с дру-
гой— из трубопровода 10, подающего отходящие газы из тепло-
обменника 11.
Обычно температура горячего воздуха, поступающего из хо-
лодильника, достигает 1 000е С. а температура горячих газов от
500 до 600" С. Эти газы смешиваются в воздушной камере и об-
6В Зак. 95
217
Рис. 57. Установка для производства керамзитового гравия из капель рас-
плава при перепаде давления
с—общая схема; б—схема реактивной горелки: / — инжекционная форсунка высокого
давления; 2—подающий и отводящий провода головки горелки: 8 — поступление воз
духа для горения: 4 —первичный воздух; Б — вторичный воздух; 6 —зона распыления;
7 —зона испарения; в —зона газообразования; 9 — зона полного сгорания; /0~ путь
воздуха, необходимого для горения; в—схема печн-автоклаве; / — поступление грану-
лированного материала: 2—поступление горячего воздуха для горения под давлением;
3~головка горелки; 4—форсунка жидкого топлива; Б —устройство для Образования
факела; 6 — камера обжига (горения); 7 —наружный двойной корпус; fl —камера
плавления: 9~~воздушная камера: Ю—форсунка для образования капель расплава;
//—приемная камера; /2—вращающийся купол червяка
218
разуют смесь с теплосодержанием, достаточным для процессов
подвялнвання, сушки и подогрева.
При пуске установки приводят в действие устройство для
образования факела высокого давления 12. Таким устройством
может быть реактивная форсунка (рнс. 57,6), запатентованная
но Франции.
Так как в этом случае еще нет вспученного материала, то
вентилятор холодильника, через который могут отводиться го-
рячие газы, вдуваемые в подогреватель, выключают посредст-
вом запорного крана.
Нагретый гранулированный материал из сборной воронки
подогревателя через выпускной шлюз по трубопроводу непре-
рывно подается в печь-автоклав 13 (рис. 57, в). Здесь под воз-
действием тепла от излучения устройства для образования фа-
кела высокого давления 12 материал доводится до плавления.
При достаточном подогреве воздуха, необходимого для горе-
ния, например, до 500° С, и сгорания жидкого топлива данное
устройство позволяет достигать температуры около 2 500°С.
Камера плавления выполнена в виде жаростойкого автокла-
ва в графитном корпусе. Температура внутри автоклава состав-
ляет около 2 500° С, а наружная температура графитного котла
не превышает 2 000° С. Графитная камера окружена жаростой-
ким бетоном, который выдерживает температуру до 2 000° С.
Небольшой толщины слой огнеупорного бетона с наружной
стороны имеет охлаждающую ребристую поверхность, через ко-
торую проходит воздух. Поэтому ее температура не превышает
50° С. Это позволяет осуществлять любое армирование. Охлаж-
дающая ребристая поверхность посредством регулируемых
стальных полос поддерживается в напряженном состоянии,
в результате чего поглощается и равномерно распределяется
избыточное давление, установленное в печи-автоклаве. Отходя-
щие газы при 2 000° С под давлением отводятся из камеры
плавления по трубопроводу в теплообменник.
Кран, регулирующий подачу газов, позволяет путем соот-
ветствующего регулирования поддерживать в автоклаве необхо-
димое давление.
Расплав, находящийся под давлением, с помощью форсунки,
выполненной из графита, разбрызгивается на капли и одновре-
менно вдувается в камеру 14, где поддерживается более низкое
давление. Капли расплава при этом вспучиваются за счет из-
быточного давления газообразных продуктов и образуют вспу-
ченные зерна керамзита, размер которых регулируется форсун-
кой. Вспученные зерна непосредственно после выхода из фор-
сунки наталкиваются на вращающийся диск 15 и с его помощью
окатываются в округлую форму гравия. Затем керамзитовый
гравий поступает в холодильник, а оттуда отводится на склад
готовой продукции.
В целях максимального использования отработанного тепла
8В* 219
установка снабжена эффективным теплообменным рекуператор-
иым устройством, турбокомпрессором и газовой турбиной.
Значительный интерес представляют данные о технико-эко-
номических и технических преимуществах нового способа произ-
водства керамзита из расплава глинистого сырья применитель-
но к установке производительностью 250 т в сутки керамзито-
вого гравия.
Расход тепла для отдельных процессов (в кг жидкого топ-
лива калорийностью 10 000 ккал иа 1 т готовой продукции) со-
ставляет:
Предварительная сушка	 2
Сушка........................................... .	. 23
Подогрев до 600°С	.	15
Обжиг при 1300°С.................................   .25
Теплота плавления и потери при плавлении .............8
Всего ..............75
Рекуперация тепла ...	. . 25
Общий расход нетто	50
Преимущества рассмотренного способа производства керам-
зитового гравия следующие.
1.	Стоимость установки значительно ниже стоимости обыч-
ных установок по производству керамзита. Соответственно сни-
жаются амортизационные расходы. Она надежна в эксплуата-
ции н имеет очень небольшую тепловую инерцию, ее можно
быстро пускать и останавливать. В конце каждой недели уста-
новка может быть остановлена, что представляет значительные
удобства и сокращает эксплуатационные расходы.
2.	Расход топлива составляет 50—60% расхода топлива
для классических установок по производству керамзита. Расхо-
ды на электроэнергию намного ниже.
3.	Отпадает необходимость в порообразуюших средствах н
в тщательной переработке глины при получении гомогенных
масс для обеспечения равномерного вспучивания.
4.	Отсутствует брак, вызываемый недоброкачественным
сырьем. Даже при плохом сырье без труда может быть полу-
чен необходимый эффект вспучивания.
5.	Ввиду значительного газообразования при плавлении от-
сутствует опасность потери способности к вспучиванию при
слишком медленном или слишком сильном подогреве гранул
исходного сырья.
6.	Все зерна керамзита независимо от размера имеют оди-
наковую прочность на сжатие, так как плавится, спекается н
вспучивается вся масса зерна, а не только середина.
По тем же причинам нет опасности получения зерна с пори-
220
стой оболочкой или образования видимых или скрытых волос-
ных трещин в результате слишком быстрого охлаждения.
7.	Прочность иа сжатие гравия, получаемого методом пла-
вления под давлением, в 2—3 раза больше прочности гравия,
получаемого классическим способом. Керамзитовый гравий с на-
сыпным весом, например, 0,4 г/см* имеет такую же прочность
на сжатие, что и гравий, получаемый классическим способом,
но с насыпным весом 0,8—1 г) см'.
8.	Новый способ позволяет получать керамзитовый гравий
с заданными строительно-техническими свойствами.
ВСПУЧИВАНИЕ ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ НА КЕРАМЗИТ
В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Применение метода кипящего слоя позволило устранить ряд
недостатков классической технологии производства керамзита
с обжигом во вращающихся печах, однако многие нз них, осо-
бенно обусловленные нерациональным топливосжиганием и под-
водом тепла к частицам материала, остались нерешенными.
Глинистые гранулы различных размеров и формы как в от-
дельности. так и в слое в различные периоды обжига имеют
различную влажность, плотность, теплопроводность и темпера-
туропроводность. Поэтому они нагреваются и вспучиваются не-
равномерно, что приводит к преждевременному перегреву од-
них и недожогу других, а показатели объемного веса и прочно-
сти керамзита характеризуются нередко большим разбросом.
Тодес О. М., Гринбаум М. Б., Станякин В. М., Черем-
скнй А. Л. и др. предложили и исследовали новый метод полу-
чения керамзита с обжигом в электрическом поле высокой ча-
стоты, в значительной мере лишенный указанных недостатков.
Способ основан на использовании токов высокой частоты для
внутреннего диэлектрического нагрева зерен глинистого мате-
риала до температуры вспучивания и выделения тепла при под-
держании экзотермических реакций в температурном интерва-
ле порообразования.
Воздействие поляризации в высокочастотном поле иа глини-
стый материал приводит к интенсификации реакций газовыде-
ления, что исключает необходимость ввода ряда добавок, сти-
мулирующих вспучивание.
Тепловой высокочастотный удар обеспечивает также пере-
мещение ряда реакций газовыделения в область высоких тем-
ператур, когда материал приводится в пиропластическое состоя-
ние с оптимальной для вспучивания вязкостью. Особое преиму-
щество диэлектрического нагрева состоит в определенной его
избирательности, что делает процесс обжига стабильным и не-
зависимым от плотности, размера, формы, теплопроводности и
температуропроводности зерен материала.
221
К настоящему времени опытное получение керамзита с об-
жигом токами высокой частоты опробовано на моделях устано-
вок с аппаратами кипящего слоя и барабанного типа.
Рис. 58. Схема модели печи кипящего слоя с обжигом в электриче-
ском поле токов высокой частоты и распределения температуры га-
зов и материала по высоте
Рациональное аппаратурное оформление конструкции уста-
новки, сочетающей в себе высокочастотный нагрев в кипящем
слое с эффективным использованием тепла отходящего газа и
керамзита в двух движущихся слоях, показано на схеме рнс. 58.
222
Гранулированный материал равномерно подается из бунке-
ра 1 питателем 2 через патрубок 3 в движущийся слой 4. В этом
слое материал прогревается за счет отходящих газов, направ-
ляемых через патрубок 5. Далее материал через отверстия ре-
шетки 6, регулируемые шибером 7, поступает в кипящий слой 8
на решетку 9. Кипящий слой, в котором частицы поддержива-
ются в псевдоожиженном состоянии, нагревается до температу-
ры вспучивания токами высокой частоты через пластины высо-
кочастотного конденсатора 10, и вспученный материал через па-
трубок 11 отводится в зону слоя 12, где охлаждается воздухом,
поступающим из паукообразного распределителя 13, и отводит-
ся на транспортер.
На основе проведенных исследований осуществляется отра-
ботка технологических и электрических параметров установок
полигонного и стационарного типа.
Глава пятая
ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ПО ПРОИЗВОДСТВУ КЕРАМЗИТА
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ И РАЗМЕЩЕНИЯ
ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ПРОИЗВОДСТВУ КЕРАМЗИТА
Широкое применение в СССР, особенно в послевоенный пе-
риод, современных методов индустриального строительства из
готовых крупноразмерных изделий и конструкций потребовало
организации производства многих новых эффективных материа-
лов, важное место среди которых занял керамзит.
Производство керамзита характеризуется исключительно
быстрыми темпами развития. За 12 лет с момента постройки
первых керамзитовых предприятий, выпустивших в 1957 г.
45 тыс. м3 керамзита, объем его производства возрос в 278 раз,
достигнув в 1970 г. 12500 тыс. м\ что составляет 86,1% об-
щего объема выпущенных в этом году всех искусственных
пористых заполнителей.
Создав новую важную отрасль строительных материалов —
промышленность керамзита. Советский Союз вышел в этой об-
ласти еще в 1965 г. иа первое место в мире.
В настоящее время керамзит изготовляется почти во всех
республиках Союза. При этом в ряде районов сосредоточенного
строительства (Москва и Подмосковье, Среднее и Нижнее По-
волжье, Узбекская ССР, центральные области европейской
части Союза, Приморский край и др.) производство и примене-
ние керамзита достигло уровня, существенно влияющего иа вы-
полнение планов и экономику строительства.
В СССР в настоящее время действует более 150 керамзито-
вых предприятий самой разнообразной мощности: от 10—20 До
100—300 и даже 700—800 тыс. jh3 в год.
Еще несколько лет назад маломощные установки занимали
до 40% баланса выпуска керамзита. С вводом же в эксплуа-
тацию в последние годы большого числа предприятий произво-
дительностью 100—200 тыс. м3 и выше доля маломощных уста-
новок производительностью менее 50 тыс. м3 в год резко снизи-
лась и составляет теперь около 6%.
Основным обжиговым оборудованием керамзитовых пред-
приятий являются однобарабанные и двухбарабанные вращаю-
щиеся печи, количество которых возросло до 275 единиц. Их
224
размеры отличаются большим разнообразием — от 12x1,2 до
60x3,5 м. Как показал опыт, лучшие техиико-экономические
показатели обжига керамзита получаются на печах длиной
28—40 м и больше, диаметром от 2,5 до 3,5 м. После опытного
опробования широкое распростраиеиие получают высокопроиз-
водительные двухбарабанные печи и печи кипящего слоя.
Для переработки глинистого сырья и приготовления грану-
лированного материала используется серийно выпускаемое обо-
рудование: валковые дробилки, кирпичсделательные прессы,
глиномешалки, бегуны мокрого помола, перерабатывающие и
формующие дырчатые вальцы и т. п.
Выпускаемый керамзит используется в основном как мате-
риал для изготовления стеновых и несущих керамзитобетонных
конструкций — панелей и блоков, производство и применение
которых особенно выгодно иа заполнителе с насыпным объем-
ным весом в пределах 250—500 кг/м3. На его базе приготов-
ляется, в частности, весьма эффективный конструктивно-тепло-
изоляционный бетон марки 50 с объемным весом 750—
1 000 кг/м3, который практически не удается получить иа агло-
порите и шлаковой пемзе.
Важнейшими качественными характеристиками керамзита
является насыпной объемный вес и прочность.
Объемный вес заполнителя, выпущенного всеми керамзито-
выми предприятиями, например в 1969 г., имел колебание от
250 до 850 кг/м3 при среднем значении 475 кг/м3. При этом
в том же году изготовлено керамзита: марки 300—3,1%; 350—
5,2%; 400—8,1%; 450—23%; 500—22%; 550—19,5%; 600—
13.1%; 600 и выше — 5,8%.
Выпуск наиболее эффективных марок керамзита 300—500
в целом по стране составляет 61,4%, а с учетом предельной
для применения в стеновых конструкциях марки 550—80,9%.
Прочность керамзита в кПсм2 по маркам составляет: 300—
14,6; 350—18,9; 400—18,6; 500—20,4; 600—33,3; выше 600—40,3.
В 1966 г. было выпущено 63,7% керамзита прочностью
класса А и 20,1% класса Б. Вместе с тем имеются еще отдель-
ные керамзитовые предприятия, выпускающие керамзит, не
отвечающий требованиям по прочности ГОСТ 9759—65.
Выпуск керамзита по фракциям составил: фракция 0—5 мм
7%; 5—10 jkjk 15,9%; 10—20 мм 41,2%; 20—40 лик 19,2%, не-
фракционированного 16,7%.
Важнейшим условием высоких качественных и экономиче-
ских показателей производства керамзита является наличие и
правильный выбор исходного качественного глинистого сырья.
В настоящее время геологоразведочными организациями вы-
явлено свыше 200 месторождений керамзитового сырья с утвер-
жденными запасами в ТКЗ около 900 млн. т. К сожалению, эти
огромные запасы сырья располагаются на территории страны
225
неравномерно. Особенно острый недостаток в качественном
сырье испытывают центральные районы РСФСР и Сибирь.
Организация массового производства керамзита в СССР
вызвала необходимость выполнить большой комплекс исследо-
ваний по разработке научных основ его технологии, оборудова-
ния и проектных решений с учетом разнообразных свойств ке-
рамзитового сырья и климатических условий.
Руководящим началом при этом служили требования строи-
тельной техники, в первую очередь на легкий керамзит с объем-
ным весом 250—500 кг/м3, позволяющим изготовлять высоко-
эффективные керамзитобетонные стеновые и несущие кон-
струкции.
Целесообразность постройки в том или другом районе керам-
зитовых предприятий подлежит тщательному экономическому
обоснованию.
Выбор вида заполнителя и мощность предприятия. Поста-
новка и решение вопросов, связанных с возможной организаци-
ей производства керамзита, производится при установленной
потребности в пористых заполнителях для изготовления арми-
рованных и неармированиых легкобетонных изделий и конструк-
ций. В связи с более высокой стоимостью керамзита по сравне-
нию с легкими природными н шлаковыми заполнителями заин-
тересованные организации обследуют ближайшие районы на
предмет выявления последних. При наличии качественных при-
родных и шлаковых пористых заполнителей или возможности
их получения из отходов промышленности (шлаковая пемза)
строить керамзитовые предприятия экономически нецелесо-
образно.
Для решения вопроса о постройке керамзитового предприя-
тия важно выявить полную потребность в заполнителях всех по-
требителей данного района с тем, чтобы определить оптималь-
ную его мощность. Чем больше мощность керамзитового пред-
приятия, тем ниже будет себестоимость выпускаемой продукции.
Высокая технико-экономическая рентабельность производства
керамзита достигается при мощности предприятия 100—
200 тыс. л3 в год и больше. При этом годовую мощность керам-
зитовых предприятий рекомендуется устанавливать по произ-
водительности их основного оборудования — печей и механиз-
мов для обжига керамзита.
Выбор места постройки керамзитового предприятия. Обяза-
тельным условием решения о постройке керамзитового пред-
приятия в данном районе является наличие местного доброка-
чественного глинистого сырья для изготовления керамзита. По-
этому выбору места постройки керамзитового предприятия и
его проектированию должны предшествовать выявление и испы-
тание местного глинистого сырья с установлением технологи-
ческих параметров заводского изготовления керамзита, а также
226
утверждение запасов сырья территориальной комиссией по за-
пасам.
Сырье испытывают в лабораторных и полузаводских усло-
виях.
Так как районы постройки керамзитовых предприятий обыч-
но располагают не одним, а несколькими разновидностями гли-
нистого сырья, обладающего различной склонностью к вспучи-
ванию, и поскольку качество исходного сырья оказывает ре-
шающее влияние на эффективность производства и применения
керамзита, важно выявить и испытать лучшие из имеющихся
разновидностей. Поэтому в лабораторных условиях испытывают
возможно большее количество проб, характеризующих сырье
различных месторождений данного района. В заводских же ус-
ловиях испытывают одиу-две пробы сырья, показавших наилуч-
шее вспучивание и другие благоприятные показатели прн лабо-
раторных исследованиях.
Полным циклом лабораторных испытаний сырья устанавли-
вают и определяют: влажность в естественном состоянии; од-
нородность и характер структуры глинистой породы; засорен-
ность каменистыми, известковистыми и другими включениями;
вспучнваемость; интервал вспучивания; огнеупорность; размо-
каемость; пластичность; гранулометрический, минералогический
и валовой химический состав, включая щелочи н органические
примеси, а также объемный вес полученного керамзита. Особое
внимание при этом обращается на возможное улучшение ка-
чества сырья корректированием его состава железистыми, орга-
ническими и другими добавками (пиритные огарки с.с.б., соля-
ровое масло, болотная руда, пиролизная смола и др.).
При полузаводских испытаниях сырья опытным путем выяв-
ляются и устанавливаются наиболее эффективные методы его
переработки, гомогенизации и изготовления гранулированного
полуфабриката; технологические параметры тепловой обработ-
ки материала перед обжигом; оптимальные параметры обжига
и охлаждения керамзита; качественная характеристика керам-
зита (объемный вес, морозостойкость, прочность, влагопоглоще-
ние), а также объемный вес и прочность керамзитобетона на
основе опытной партии заполнителя.
Результаты заводских испытаний, а также испытания керам-
зита в бетоне в совокупности с данными лабораторных исследо-
ваний составляют основу рекомендаций для проектирования
керамзитового предприятия на базе испытуемого сырья.
Испытания сырья проводят в соответствии с «Указаниями
по испытанию сырья для производства керамзитового гравия»
(1965) в организациях, располагающих необходимым опытом и
оборудованием (ВНИИСтром, НИИКерамзит, НИИСМИ УССР,
НИИСМ БССР).
Привязка керамзитового предприятия. Определяющими фак-
торами при выборе конкретного места постройки и привязки ке-
227
рамзитового гравия являются: близость к источнику сырья и
удобства его доставки, а также близость строящегося пред-
приятия к потребителям керамзита и удобства доставки его к ним.
В зависимости от местных условий керамзитовое производ-
ство может быть организовано:
а)	в виде цеха при заводах железобетонных изделий и до-
мостроительных комбинатах. Технико-экономическая целесооб-
разность такого размещения определяется близостью к потре-
бителям и возможностью подключения технологического потока
производства керамзита к технологическому потоку изготовле-
ния керамзитобетонных конструкций, кооперации по использо-
ванию части оборудования, а также объединением управления;
б)	в виде цеха при керамических заводах. Целесообразность
такого размещения предопределяется родственностью техноло-
гии, возможностью кооперирования по использованию оборудо-
вания, ремонтных цехов и объединением управления;
в)	как самостоятельного предприятия, что экономически мо-
жет быть оправдано лишь при постройке керамзитового завода
большой мощности.
Проектная организация при привязке керамзитового пред-
приятия, используя действующие типовые проекты, изучает
и учитывает местные условия и вносит в проект необходимые
коррективы. Особенно важно учесть разнообразнейшие особен-
ности местного глинистого сырья, его способности к переработ-
ке, грануляции и вспучиванию, а также климатические условия,
что может потребовать изменения закладываемого в проект
оборудования и компоновочных решений.
ТИПОВОЙ ПРОЕКТ ЦЕХА ПО ПРОИЗВОДСТВУ КЕРАМЗИТА
С ПЕРЕРАБОТКОЙ СЫРЬЯ ПО ПЛАСТИЧЕСКОМУ СПОСОБУ
(№ 409-24-12) ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ 100 тыс. м3 В ГОД
По решению ЦК КПСС и Совета Министров СССР, первые
типовые проекты керамзитовых предприятий по пластическому
п сухому способам производства керамзита производительностью
100 и 200 тыс. л3 в год разработаны в 1955—1956 гг. института-
ми Южгипроцемент и Гипростройиндустрия. К настоящему вре-
мени первые типовые проекты керамзитовых предприятий приз-
наны устаревшими и заменены новыми, в той или другой мере
учитывающими отечественный и зарубежный опыт изготовления
керамзита, а также современные научные достижения в этой об-
ласти. К сожалению, и ныне действующие типовые проекты еше
в слабой мере учитывают достижения передовых керамзитовых
предприятий и научных организаций, имеют серьезные недо-
статки как в части технических и компоновочных решений, так
и технико-экономических показателей. По-видимому, назрело
время, по примеру смежных отраслей промышленности, напри-
мер цементной, передать функции проектирования керамзито-
228
вых цехов и заводов специализированным проектно-конструк-
торским организациям, органически связанным с промышлен-
ностью керамзита и обслуживающими ее научными подразделе-
ниями.
Типовой проект цеха по производству керамзита по пластиче-
скому способу производительностью 100 тыс. м3 в год разрабо-
тан Гипростром в 1967 г. Производственный комплекс включает
все технологические отделения от приема сырья до складирова-
ния готового продукта, и склада керамзита, состоящего из транс-
портерной галереи, шести типовых силосных банок и отделения
дробления спеков и круипых фракций заполнителя на керамзи-
товый песок.
В проект внесены следующие изменения по сравнению с ти-
повым проектом цеха керамзита (№ 4-09-865), ранее разрабо-
танным институтом Гипростройматериалы:
на тракте между приемным отделеинем и погрузочным пунк-
том предусмотрена установка камиевыделительных вальцов и
глиномешалки;
для слабовспучивающегося сырья предусмотрен вариант при-
емного отделения с установкой оборудования для применения
твердых добавок;
для охлаждения керамзита применен слоевой самотечный
холодильник;
вместо пневматического предусмотрено механическое транс-
портирование керамзита от холодильника на склад готовой
продукции;
ленточные элеваторы заменены на 2-цепные с шириной ков-
ша 450 мм-,
предусмотрено дробильное отделение для выпуска керамзи-
тового песка из спеков и крупных фракций заполнителя;
увеличена ширина ленточных транспортеров с 500 до 650 мм
и снижена их скорость;
пульт управления в отделении приема сырья размещен
в закрытом помещении.
Проектом предусмотрена постройка цехов керамзита при
кирпичном заводе, заводе железобетонных изделий или домо-
строительном комбинате.
Технологический процесс производства керамзита по типо-
вому проекту института Гипростром характеризуется следую-
щей последовательностью.
Глииа из карьера или штабеля запаса подается автосамосва-
лами в отделение приема сырья и поступает на глинорыхли-
тельную машину СМ-1031 А. Далее глина поступает в ящичный
подаватель СМ-664, а затем на ленточный конвейер, куда
в случае надобности подается и твердая добавка (пиритные
огарки и т. п.)_ Ленточный конвейер направляет глииу в камне-
выделительные вальцы СМ-150А, где происходит удаление ка-
менистых включений и предварительная ее переработка. Отсю-
.	229
Глина
Гяинорыглитело
«02 616
Jh бодни
Ящичный
пито тело снСИМ
осн точный
коиВсйер **/
Ральиы камне-
Выделительные
Ch- tfPP
Глиноыешалку
СВихВапонся
(Hut

Рис. 59. Технологическая схема
производства керамзита по типо-
вому проекту № 409-24-12 ин-
ститута Г ипростром
да глина поступает в двухвальную глиномешалку СМ-246.
Здесь она доувлажняется, перерабатывается и направляется
в дырчатые перерабатывающие вальцы СМ-369А. При необхо-
димости в глиномешалку из специального бачка подают жид-
кую добавку (соляровое масло, мазут, с. с. б. и т. п.). Затем глина
поступает на формующие дырча-
тые вальцы СМ-927, где гранули-
рованный сырец формуется в виде
цилиндриков. Последние направ-
ляются затем в сушильный бара-
бан размером 2,8x14 м, где под-
сушиваются до остаточной влаж-
ности 10—15%, а затем последо-
вательно элеватором и ленточным
конвейером направляются в бун-
кера перед печами.
Емкость последних—120 м3—
обеспечивает трехсменную рабо-
ту вращающейся печи при двух-
сменной работе отделения пере-
работки сырья.
Из бункеров запаса маятни-
ковыми питателями гранулы по-
луфабриката дозируются во вра-
щающуюся печь для обжига.
Обожженный и вспученный при
температуре в пределах 1050 —
1200“ С материал поступает в
слоевой самотечный холодильник
для охлаждения за счет нагне-
таемого вентилятором атмосфер-
ного воздуха.
После охлаждения керамзит
через барабанный разгружатель
поступает на ленточный конвей-
ер, а оттуда в автоматический
объемный весовой мерник для учета готовой продукции. Из
мерника керамзит с помощью ковшового элеватора и далее
ленточного транспортера направляется в цилиндрическую гра-
виесортировку СМ-215С для разделения на фракции согласно
ГОСТ. Отсортированный керамзит через пересыпные устройст-
ва и систему ленточных конвейеров поступает в силосы готовой
продукции общей емкостью 1500 м3.
При образовании во вращающейся печи спеков последние
удаляются через дверцы боковой части откатной головки печи
на площадку и далее после естественного охлаждения сбрасы-
ваются иа землю и автопогрузчиком подаются на дробление.
ленточный хонВейер и*2
-Ленточный xoHtcucpN'2
Вапм/ы дырчатые
У Ch-ЗбВА
Л Волыни дырчатые
Вынь из осади 1 Сушильный барабан
глельно1Гчоыеры\ *01 92 6
Q ЭлеВатор АО-62-4
к ленточный конвейер N*4
ленточный гмйгйерH‘5
Sy ня ери суки* гранул
Вращанлиояск
СлоеВой
холодильник
Лита
Силосы готовой
) продукции
230
Для получения дробленого керамзитового песка предусмот-
рено строительство у силосного склада специального дробиль-
ного отделения.
Технологическая схема производства керамзитового гравия
по этому проекту приведена на рис. 59.
ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ керамзита
Для повышения качества продукции, увеличения производи-
тельности керамзитовых предприятий и улучшения технико-эко-
номических показателей нх работы важнейшее значение имеет
разработка и внедрение систем и элементов автоматического
контроля и регулирования технологических процессов и созда-
ние автоматизированных линий по производству керамзита.
В смежных отраслях производства уже накоплен значитель-
ный опыт автоматизации технологических процессов, творческое
использование которого необходимо и в промышленности керам-
зита. Полезную инициативу в этом направлении проявил инсти-
тут Гипростром, впервые запроектировавший в 1966 г. с исполь-
зованием рекомендаций института НИИКерамзит для новых
типовых проектов керамзитовых цехов автоматический контроль
п регулирование работы основного оборудования керамзитово-
го производства — тепловых агрегатов.
Проект предусматривает централизованное автоматическое
или дистанционное управление технологическим и другим обо-
рудованием и контроль тепловых агрегатов со щита управления.
Проектом намечены автоматический контроль и регулирова-
ние: температуры в зоне вспучивания вращающейся печи; за-
полнения холодильника керамзитом до заданного уровня; раз-
режения в пылеосадительной камере печи; безопасности сжига-
ния топлива.
Контроль и регулирование температуры в зоне вспучивания
вращающейся печи ведут при помощи электронного регулирую-
щего прибора, который воздействует на исполнительный меха-
низм, сочлененный с регулирующей заслонкой подачи газов.
Температуру измеряют двумя термопарами, устанавливаемыми
на диаметрально противоположных точках печи, что позволяет
усреднить ее.
Заданный уровень керамзита в холодильнике контролируют
при помощи электронного потенциометра с электрическим кон-
тактным регулирующим устройством, работающим в контакте с
малоинерционпой термопарой, установленной в холодильнике.
При касании керамзитом термопары температура резко повы-
шается и потенциометр выдает импульс на большее открытие
шибера. Если же керамзит не касается термопары, температура
падает и потенциометр выдает импульс на прикрытие ши-
бера.
231
Во избежание больших колебаний в положении шибера
проектом предусматривается установка командного прибора ти-
па КЭП, который используется как импульсный прерыватель.
При этом время настройки периодичности замыкания контактов
КЭП и длительности импульса может выбираться в широком
диапазоне.
Разрежение в пылеосадительной камере печи регулируется
вторичным электронным прибором с электрическим контактным
устройством, работающим в комплекте с дифманометром
с электрической индукционной передачей. Контактное устройст-
во через импульсный прерыватель воздействует на реверсивный
магнитный пускатель, который управляет исполнительным ме-
ханизмом, сочлененным с направляющим аппаратом дымо-
соса.
Температуру, давление и разрежение в различных точках
контролируют при помощи показывающих местных и щитовых
приборов. Некоторые из них сигнализируют световыми и звуко-
выми сигналами об отклонении параметров от заданного значе-
ния. Всеми регулирующими органами оператор может при
необходимости управлять дистанционно по показаниям измери-
тельных приборов.
Отходящие газы периодически анализируют при помощи пе-
реносного химического газоанализатора.
При работе печи иа жидком топливе система регулирования
и контроля для газа в основном сохраняется, за исключением
регулирования температуры в печи.
При работе на жидком топливе импульс от изодромного регу-
лятора температуры подается на регулятор возбуждения, ко-
торый, увеличивая или уменьшая ток в обмотке возбуждения
магнитного усилителя блока питания ПЖУ, изменяет скорость
вращения электродвигателя мазутного насоса.
Примененный в проекте привод ПЖУ благодаря отсутствию
вращающегося генератора и возбудителя весьма надежей в ра-
боте при широком диапазоне регулирования скорости враще-
ния двигателя. При работе иа жидком топливе ПЖУ обеспечи-
вает контроль и регулирование параметров мазута и горячего
пара.
Для исключения возможности взрыва топлива при наруше-
нии технологического режима вращающейся печи проект преду-
сматривает автоматическую систему безопасности, состоящую
из выявительных элементов и промежуточных реле, которые от-
ключают электропитание мазутного насоса, а следовательно, и
подачу мазута в печь, когда давление мазута повысится или по-
низится сверх нормы или прекратится подача воздуха в холо-
дильник.
Во всех случаях срабатывания автоматической системы безо-
пасности срабатывают звуковые и световые сигналы.
При газовом варианте сохраняются основные принципы по-
232
строения автоматической системы безопасности, ио отсечение
газа производится предохраиительио-запорным клапаном,
встроенным наряду с регулятором и прочей аппаратурой в комп-
лексную установку подачи газа, предусмотренную в проекте це-
ха керамзита.
Предусмотренный предохранительно-запорный клапан снаб-
жен мембранной головкой, которая удерживает клапан в от-
крытом положении, если к ней подведен газ заданного дав-
ления.
Этот газ (импульс по давлению) проектируется подвести че-
рез трехходовой электромагнитный клапан, пропускающий газ
к мембранной головке.
В свою очередь электропитание осуществляется через кон-
такты реле.
В случае аварии или при исчезновении напряжения в цепях
сигнализации катушка реле и, следовательно, электромагнит
обесточится, а предохранительно-защитный клапан закроется.
Повторно открыть этот клапан можно вручную после устране-
ния неисправности.
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТАМ КЕРАМЗИТОВЫХ
ПРЕДПРИЯТИИ
Важнейшими требованиями к проектам керамзитовых пред-
приятий, которые будут строиться в ближайшие годы (1971—
1975), являются:
полная механизация и высокая степень автоматизации про-
изводственных процессов с последующим переходом на автома-
тизированные линии по производству керамзитового гравия
и песка;
оптимальная мощность для районов сосредоточенного строи-
тельства 300—600 тыс. jw3 и выше, а для остальных районов и
сельского строительства 100—350 тыс. мэ в год;
оснащение керамзитовых предприятий высокопроизводитель-
ным специально приспособленным для производства керамзита
оборудованием: двухбарабанными печами, печами кипящего
слоя, короткими однобарабанными печами с запечными тепло-
обменниками, холодильниками с регулируемым режимом охлаж-
дения и максимальным использованием тепла для возврата
в печь, равновеликой мощности перерабатывающего, гранули-
рующего и другого оборудования;
переработка сырья в одну смену с хранением глины в гомо-
генизаторах, при круглосуточной работе узлов грануляции, об-
жига, охлаждения и сортировки (для технологической нитки
с двухбарабанной печью); создание необходимого запаса полу-
фабриката перед печами при односменной работе узла перера-
ботки и грануляции (при использовании короткой врашающей-
ся печн с запечным теплообменником);
233
резкое повышение технико-экономической эффективности
производства керамзита.
ЗАВОДЫ ПО ПРОИЗВОДСТВУ КЕРАМЗИТА
Бескудниковский комбинат строительных материалов
В начале 50-х годов в Бескудникове (Москва) по техноло-
гии, разработанной нами в Институте строительной техники,
построен первый в стране цех керамзитового гравия. Ны-
не мощность комбината по керамзиту составляет 700 тыс. Л!3
в год.
Особенно оригинальной компоновкой и хорошей работой от-
личается новый цех керамзитового гравия № 12 производитель-
ностью 400 тыс. Л!3 в год, построенный в 1963 г. по проекту
Мосгипростройиндустрии.
Важная особенность технологии Бескудниковского комбина-
та состоит в том, что здесь успешно используются обычные
местные слабо вспучивающиеся суглинки.
Полезная толща бескудниковских покровных суглинков со-
ставляет обычно от 1,5 до 4,5 м.
Характеристика одной из проб бескудниковского суглинка
приведена в табл. 38.
Таблица 38
Валовой химический состав бескудниковского суглинка
Основными глинообразующими минералами суглинка яв-
ляются гидрослюда, гпдрохлорит с небольшой примесью монт-
мориллонита. Содержание свободного кварца колеблется в пре-
делах 35—47%, ио в лучших разностях не превышает 40—43%.
Число его пластичности 8—10.
В природном состоянии бескудниковский суглинок вспучива-
ется слабо, коэффициент вспучивания его колеблется в преде-
лах 1,7—2,1, а объемный вес 0,9—1,2 г/см\ При добавке же ор-
ганических веществ, а особенно совместно железистых и орга-
нических добавок (пирита, болотной и железной руды, соляро-
234
вого масла, мазута, опилок и т . п.), вспучиваемость его резко
возрастает, достигая коэффициента вспучивания 3—4 и объем-
ного веса в куске 0.65—0,85
По предложению В. Я. Хайкина и И. С. Окунева, Бескудни-
ковский комбинат строительных материалов и конструкций пер-
вым в стране опробо-
вал в производствен-
ных условиях и внед-
рил способ повышения
вспучиваемости мест-
ных слабо вспучиваю-
щихся суглинков сов-
местным вводом в ис-
ходное сырье желези-
и органических
Т ворческий
к внедрению
важного меро-
Рис. 60. Технологическая схема производства
керамзита в цехе № 12 Бескудниковского ком-
бината строительных материалов и конструкций
/— ящичный подаватель; 2 — клмневыделнтельные
вальцы: 3 — двухвальная глиномешалка; 4— дырча-
тые вальцы; 5 —сушильный барабан; Б — бункер
сырца; 7 —ленточный питатель: 8 — пылеосаднтель-
ная камера; 5— вращающаяся печь: 10—барабанный
холодильник; // — элеваторы;	12— вентиляторы;
13— циклоны; 14~дробильно-сортировочное отде-
ление; /5—склад готовой продукции; 1Б—ленточ-
ные конвейеры
СТЫХ
добавок,
подход
этого
приятия обеспечил пе-
ревод в короткие сроки
всех вращающихся пе-
чей комбината на вы-
пуск легкого керамзи-
та с насыпным объем-
ным весом в пределах
375—475 кг/jn3. Техно-
логическая схема про-
изводства керамзито-
вого гравия, принятая
в цехе керамзита № 12,
показана на рис. 60.
Суглинок из карье-
ра самосвалами до-
ставляется в отделение
приема сырья с че-
тырьмя ящичными по-
давателями СМ-664,
расположенными по-
парно. Отсюда транс-
портерами он направ-
ляется в массозагото-
вительное отделение с
тремя технологически-
ми линиями, одна из которых является резервной. В массозаго-
товитсльном отделении суглинок проходит последовательно через
камнеотделительные вальцы СМ-416, двухвальную глиномешал-
ку СМ-417 и формуется в гранулы на дырчатых вальцах
СМ-369А.
235
Каждая технологическая линия скомпонована таким обра-
зом, что раз поднятая глнна поступает во все перерабатываю-
щие агрегаты самотеком через прямые течкн.
Жидкие добавки, применяемые для повышения вспучивае-
мости суглинка, дозируются из специальных емкостей в глино-
мешалки, а пиритные огарки по самостоятельной линии пода-
ются непосредственно на глину в процессе ее передачи по
транспортерной ленте для переработки.
Из дырчатых вальцов гранулы реверсивным транспортером
направляются в два сушильных барабана размером 20x2,8 лг
для подсушки, а прн необходимости — по центральной транс-
портерной галерее непосредственно на обжиг, минуя сушку.
Каждый сушильный барабан, работающий на отходящих газах,
подсушивает материал для двух вращающихся печей. Подсу-
шенные гранулы подаются элеваторами наверх в расходные
бункера для питания печей.
Загрузку вращающихся печей ведут дисковыми питателями
диаметром 2000 мм с двумя выходами.
Керамзит обжигают природным газом в четырех вращаю-
щихся печах длиной 40 м и диаметром 2,5 м.
После отвердевания керамзитовый гравий поступает в бара-
банные холодильники размером 22x2,3 м, установленные под
печами, для охлаждения до 50—70° С.
На сортировку и склад керамзитовый гравий отбирают сис-
темой транспортеров и элеваторов.
Помимо закрытого силосного склада предусмотрена откры-
тая благоустроенная плошадка для хранения керамзита по
фракциям.
На основе выпускаемого легкого керамзита Бескудниковский
комбинат строительных материалов и конструкций изготовляет
эффективные керамзитобетонные конструкции, в том числе
панели наружных стен с объемным весом бетона в пределах
900—1000 кг/м\ хорошо зарекомендовавшие себя при пост-
ройке многоэтажных зданий в Москве.
Пример выпуска в течение многих лет легкого керамзитово-
го гравия нз суглинков свидетельствует о реальной возможно-
сти использования этого вида местного глинистого сырья для
производства качественного керамзита другими керамзитовыми
предприятиями страны, а также полностью опровергает мне-
ние, что производство керамзита можно организовать только на
базе использования редко распространенных видов высоко
вспучивающихся глинистых пород.
О высоких технико-экономических показателях производства
керамзита в Бескудникове свидетельствует также его невысокая
себестоимость — около 4 руб. за 1 л3.
На рис. 61 показан общий вид цеха Ns 12.
236
237
Рис. 61. Общий вид цеха керамзита № 12 Вескудпиковского комбината строительных материалов и конструкций
Керамзитовый завод Вол corp адгидростроя (г. Волжский)
Завод построен по предложениям и при участии автора этой
книги. Это первое в нашей стране крупное предприятие по про-
изводству керамзитового гравия: его проектная мощность со-
ставляет 200 тыс. Л13 в год.
Для организации производства керамзита в г. Волжском на-
ми в 1951 —1952 гг. в Институте строительной техники были
выявлены, изучены и испытаны местные хвалынскнс «шоколад-
ные» глины, разработана и в опытных условиях ленинградско-
го завода Гипроцемента отработана технология производства
керамзита из них по пластическому и сухому способу.
Одновременно, с участием А. А. Евдокимова, из выпущенных
партий заполнителя были приготовлены и испытаны конструк-
тивно-теплоизоляционные н конструктивные виды керамзптобе-
тона. При этом для наружных стеновых конструкции получен
легкий высокоэффективный керамзитобетои с объемным весом
800—1000 кг/сл3 прочностью 75—100 кГ/см~, а для несущих
соответственно 1200—1700 кг/w' н 120—300 кГ/см1.
Отсутствие специального оборудования для обжига керамзи-
та побудило использовать на Волжском керамзитовом заводе
ранее демонтированные на утиль цементные вращающиеся
печи завода «Спартак», сушильный барабан бывшей Воронцов-
ской опытной установки, асфальтосмеситель и т. п.
Исходным сырьем для изготовления керамзита в г. Волж-
ском служат морские шоколадные глины Хвалынском яруса.
Они обладают однородным составом, мелкодисперсны, во влаж-
ном состоянии пластичны. Глинистая масса их в основном сло-
жена из монтмориллонита и гпдрослюдистых минералов. Хими-
ческий состав этих глин приведен ниже (в %):
SiO2.	53,28—54.84
А)2Оя	19.45—22.4G
Fc2O3	5,53—7,08
FeO	1,31—1,85
CaO	1.96—4,01
мрэ	3.08—3,44
Na2O	0,16—0,31
К,0
SO, . .
П. п. п.
Сумма . .
Органиче-
ские при-
меси .
2.88—3.16
0,55—0,76
6,48—6,96
99.83—100,16
0.45—1.02
Коэффициент вспучивания шоколадных глии при благопри-
ятных условиях термической обработки составляет около 7. При
этом максимального значения он достигает при пластической
переработке сырья, а минимального — при сухом способе про-
изводства.
Важная особенность залежей шоколадных глии в районе
г. Волжского состоит в том, что верхние ее пласты толщиной
2—4 м имеют относительно невысокую влажность (10—12%) и.
238
хорошо дробятся на крошку, тогда как последующие нижние
пласты толщиной 6—8 м имеют высокую влажность (до 35,9%),
что требует уже пластических методов переработки.
Учитывая качество керамзита, приготовленного по пласти-
ческому и сухому способу, а также характер залегания сырья,
керамзитовый завод был запроектирован по комбинированной
схеме с использованием сухого и пластического способа произ-
водства. В процессе пусконаладочных работ из технологической
схемы исключили пластический способ, что значительно снизи-
ло эффективность производства и применения керамзита.
Производственный процесс изготовления керамзита заклю-
чается в следующем. Добытое на карьере одноковшовым экс-
каватором сырье автосамосвалами доставляют на устроенный
под навесом склад сырья. Штабелирование глины на складе,
а также передвижение ее к ящичному подавателю осуществля-
ется с помощью бульдозера. Бульдозер подает глииу на решет-
ку ящичного подавателя СМ-26, а куски крупнее ЮС мм в попе-
речнике продавливает через решетку. Пз подавателя материал
транспортером Т-47 переносится на наклонную решетку. Часть
сырья с размерами куска меньше 35 л в поперечнике проходит
непосредственно на грохот. Более крупные куски направляются
в дробилку.
Первоначально была установлена дробилка СМ-92, ио она-
оказалась непригодной для дробления глины и поэтому была
установлена валковозубчатая дробилка СМ-5. После дробления
крошка поступает на барабаииый грохот типа гравиесортиров-
ки, где сортируется на фракции до 5; 5—15; 15—35 и больше
35 мм. Мелкая фракция временно направляется в отвал, фрак-
ция больше 35 мм передается на повторное дробление, а сред-
ние фракции раздельно двумя транспортерами Т-47 направля-
ются в бункера над печамн. Емкость каждого бункера 120 м3,
что обеспечивает полуторасуточную потребность печей в полу-
фабрикате.
Пз бункеров с помощью четырех тарельчатых питателей
СМ-187 крошка по течкам дозируется во вращающиеся печи.
На пути сырья в течках установлены клапаны для пропуска ма-
териала. которые задерживают также прорыв газов из печи
в бункерное помещение.
Обжигают керамзит в трех вращающихся печах: двух дли-
ной 36 л и наружным диаметром 2,16 м, третьей длиной 20 м
и диаметром 2 м.
Каждая печь установлена на двух опорах под углом 3.50'
к горизонту. Вначале привод печей осуществлялся от моторов
постоянного тока. После определения оптимальной скорости вра-
щения печей установлены моторы переменного тока. Наиболее
приемлемой оказалась скорость вращения печей в пределах
1.5—2 об/мин. Время пребывания материала в печи при этом-
составляет 35—40 мин.
239>
Топливом служит маловязкнй мазут марки 20—60, подогре-
тый до 70—75° С. Мазут распыляют вентиляторами высокого
давления ВВД-11. Для хранения мазута и его подачи к печам
предусмотрены необходимые емкости и механизмы. В печь ма-
зут подается двумя форсунками, установленными в каждой пе-
чи. Одна из форсунок расположена в центре, другая сбоку печи.
Конструкция крепления форсунок на головке печи допускает ре-
гулирование направления факела горения.
Обожженный керамзит по течкам отводят в барабанные хо-
лодильники, один из которых имеет длину 12 л и диаметр 1,6 м,
а другой — такой же диаметр, но длину 17 м. Время пребы-
вания керамзита в холодильниках колеблется в пределах 20 —
30 мин.
Из холодильников керамзит по транспортеру направляется
в дробильно-сортировочное отделение на сортирование по фрак-
циям, а затем по мере надобности подается на расположенный
поблизости полигон, где изготовляют крупные керамзитобетон-
ные панели.
В процессе пусконаладочных работ встретились серьезные
технические затруднения, пути преодоления которых представ-
ляют интерес для других предприятий, проектных и научных ор-
ганизаций.
1.	Первоначально для дробления глины была установлена
валковозубчатая дробилка СМ-92, валки которой имеют одина-
ковые размеры и вращаются с одинаковой скоростью. Попытки
отрегулировать эту дробилку для дробления пластичного, хотя
я подсушенного глинистого сырья не увенчались успехом. Через
зазоры между валками и зубьями проходил материал круп-
ностью до 100 мм в поперечнике и выше вместо требовавшихся
35 мм.
На основании опыта сделан вывод, что прн сухом способе
производства керамзита из скрытно пластичного сырья следует
устанавливать дробилки типа «Тонвольф» (СМ-5), валки ко-
торой вращаются с разной скоростью и обеспечивают при ве-
ерообразно насаженных зубьях надежное измельчение глинисто-
го материала.
2.	Установленные вначале для опыта холодильники камер-
ного типа ие охлаждали керамзит. Отбор же его по выходе из
печн в горячем виде приводил к сжиганию или деформации
транспортерных лент. Удовлетворительная работа узла охлаж-
дения была достигнута после установки барабанных холодиль-
ников. Последние просты по конструкции, удобны в работе и на-
дежно охлаждают керамзит.
3.	Серьезной проблемой оказалась загазованность помеще-
ния тарельчатых питателей, дозирующих материал в печь. Во
время работы значительная часть газов из печи уходила не че-
рез дымоходы в трубу, а выбивала через течку в помещение та-
рельчатых питателей. При этом тарельчатые питатели перегре-
240
вались и металл частично коробился. Загазованность удалось
почти полностью устранить, расширив объем пылеосадительной
камеры и устранив излишние повороты в ней.
Очевидно, питание печей непосредственно с тарельчатых пи-
тателей является неудовлетворительным решением. Как пока-
зал опыт других заводов, более приемлемо питание печи с лен-
точных конвейеров.
Рис. 62. Влияние времени пребывания материала во вращающейся
печи на распределение температуры по зонам и объемный вес керам-
зита
Бремя пребывания
материала в яечн в мин
Насыпной объемный вес
керамзита в кг/М*
>800
650—750
500—600
350—400
4.	Отработка оптимального режима обжига керамзита пред-
ставляет одну из главных задач керамзитового производства.
Отсутствие навыка работы на относительно длинных печах по-
требовало провести целую серию опытов и наблюдений. На-
пример, опыт показал, что излишне продолжительное пребыва-
ние материала (60 мин) в печи отрицательно сказывается иа
его вспучиваемости. В результате обжига при указанных усло-
виях получались керамические, т. е. спекшиеся черепки. Сниже-
ние времени пребывания материала до 50 мин улучшало вспу-
чиваемость материала, но все же она была недостаточной. При
обжиге же в течение 35—40 мин обеспечивался выход хорошо
вспученного заполнителя (рис. 62).
В 1965—1967 гг. ранее установленные вращающиеся печи,
смонтированные из утиля, были заменены серийно выпускаемы-
ми печами размером 40X2,5 м.
Цех по производству керамзитового гравия
с двухбарабаиными печами Волгоградского завода ЖБИ-1
Отличительная особенность этого керамзитового цеха со-
стоит в том, что здесь внедрена новая, разработанная в СССР
9 Зак. 43	241
прогрессивная технология изготовления керамзита по двухсту-
пенчатой схеме с обжигом в двухбарабанных печах.
Исходным сырьем для производства керамзитового гравия
в этом цехе служат майкопские (мелетовые) глины. Полезная
толща майкопских глин на месторождении представлена тремя
пачками, различающимися макроскопически и по свойствам.
Верхняя (III) пачка отличается оливковым цветом, беспо-
рядочным развитием трещин и наличием включений гипса
размером до 3 см, мощность пачки составляет около 1.8 м.
Средняя (II) пачка представлена жирной, плотной, слоистой
глиной зеленовато-серого цвета с примазками серого пылевато-
го песка. Мощность пачки около 3 м.
Нижняя (I), самая мощная, пачка представлена одно-
родными плотными темно-зелеными глинами со средней мощ-
ностью 5,3 м.
Дозирующим устройством технологической линии является
ящичный подаватель СМ-654, оснащенный приемным бункером
емкостью на одночасовой расход н приводом с трехскоростным
электродвигателем. Подачу сырья регулируют подвесной за-
слонкой флажкового типа с винтом.
От ящичного питателя ленточный конвейер подает глину на
дробление в винтовые камневыдслительные вальцы СМ-416. За-
тем сырье поступает в двухвальную глиномешалку с паро-
увлажнением СМ-246, а потом в дырчатые вальцы СМ-369А,
оборудованные дырчатыми или гладкими бандажами. Далее
сырец в виде гранул или «коржей» ленточным конвейером че-
рез течку подается в двухбарабанную печь, снабженную цепной
завесой. При необходимости в глиномешалку могут дозировать-
ся жидкие добавки.
Двухбарабанная печь состоит из барабана предварительной
тепловой подготовки материала размером 28,6X2,5 м и бара-
бана вспучивания размером 18x3,4 м, установленных по одной
оси с уклоном 5% н имеющих самостоятельные приводы.
Цепная завеса барабана тепловой подготовки служит теп-
лообменным и гранулирующим устройством.
Приводы обоих барабанов оснащены четнрехскоростными
электродвигателями с дистанционным управлением, позволяю-
щими регулировать скорость нх вращения в необходимых пре-
делах: барабана тепловой подготовки 0,6—1,6 и барабана вспу-
чивания 2—2.8 об/мин. В последующем диапазон скоростей вра-
щения будет расширен.
Двухбарабанную печь отапливают природным газом кало-
рийностью 8300 ккал при помоши вихревых горелок среднего
давления Основная центральная горелка подает в печь около
80% топлива, необходимого для обжига, а малая, вспомога-
тельная — около 20%, обеспечивая доводку процесса вспучи-
вания на завершающем этапе обжига
Как известно, основные преимущества предложенных нами
242
двухбарабанных печей состоят в возможности регулирования
в них как процесса предварительной тепловой подготовки мате-
риала перед собственно обжигом со вспучиванием, так и самого
вспучивания.
Если в однобарабаниых печах, имеющих по всей длине оди-
наковую скорость вращения, загруженный материал, передви-
гаясь почти с одинаковой скоростью вдоль оси вращающейся
печи, не может быть задержан нлн пропущен быстрее в глав-
Рис. 63. Кривая обжига керамзита в двухбарабанной печи цеха керамзита
Волгоградского завода ЖБИ-1
I — температура газов: 2— температура материала
ных зонах обжига, то в двухбарабанных печах с различной
длиной и диаметрами барабанов, имеющих самостоятельные
приводы, разнородные процессы тепловой подготовки и вспучи-
вания могут регулироваться. В каждом из барабанов можно из-
менять: скорость вращения барабанов и, следовательно, время
обработки в них материала; высоту слоя насадки материала
по сечению, что само по себе и в совокупности с воздействием
фактора времени, обусловленного разной скоростью вращения
барабанов, влечет изменение физико-химических, температур-
ных, газовых и аэродинамических условий обжига; максималь-
ную температуру факела горения, повышая температуру в ба-
рабане вспучивания и сокращая длительность обработки мате-
риала, что позволяет резко сократить избытки воздуха при об-
жиге керамзита.
Разумеется, потенциальные возможности создания оптималь-
ного режима обжига керамзита могут быть реализованы, если
каждый из барабанов оснащен устройствами для надежного
9* 243
регулирования в необходимых пределах скорости их вращения
и толщины насадки материала.
На рис. 63 показана кривая обжига керамзита в двухбара-
банной печи Волгоградского завода.
Из барабана вспучивания керамзит через колосниковую ре-
шетку и течку поступает в барабанный холодильник размером
22x2,3 м для охлаждения. Свары («козлы»), образующиеся
при нарушении режима обжига, задерживаются на колоснико-
эой решетке и удаляются через боковые дверцы наружу. Осо-
Зенность барабанного холодильника, установленного в цехе, со-
стоит в том, что «холодная» его часть выполнена в виде решет-
ки для сортирования керамзита на 3 фракции, раздельно по-
ступающие в три трубы пиевмотранспортной системы и силос-
ные банки для складирования и выдачи.
Рис. 64. Технологическая схема производства керамзита на Волгоградском
заводе ЖБИ-1
/—бульдозер; 2 —ящичный питатель СМ-664; В — ленточный конвейер; 4~ винтовые
камиеаыде-тительные вальцы; Б — двухвальная глиномешалка с пароувлажнен нем;
S — дырчатые вальцы; 7 — двухбарабанная печь; 8 —щековая дробилка; S —холодиль-
ник-грохот барабанный 2,3-Х22 jk-; /Р —ленточный конвейер; // —приемно-распреде-
лительные течки узла сортировки керамзита; /2—воздуходувка; 13~склвд керам-
зита; 14 — циклон; IS — пылевой вентилятор
При выходе из строя пневмотранспорта предусмотрено скла-
дирование керамзита иа благоустроенной площадке. Техноло-
гическая схема производства керамзита с обжигом в двухбара-
баиных печах показана на рис. 64.
Цех освоил производство качественного керамзитового гра-
аня с насыпным объемным весом в пределах 275—400 кг/м3.
Общая проектная производительность цеха керамзита после
ввода в эксплуатацию в 1966 г. второй двухбарабанной печн
составляет 250 тыс. м3 в год. Фактическая выработка на одну
лечь достигла 16 м3/ч. Проект Волгоградского цеха с двухба-
рабанными печами разработан Волжским филиалом института
Оргэнергострой (авторы С. С. Киркоров и Н. В. Макаров).
Прогрессивный характер технологических и компоновочных
решений, заложенных в цехе, подтверждают и технико-экономи-
ческие показатели его работы: в 1965 г. себестоимость 1 м3 ке-
244
Рис. 65. Общий вид Волгоградского цеха керамзита с двухбарабаииыми
печами
рамзнта составляла 4 р. 13 к., а в 1966 г. — в среднем 3 р. 38 к.
при выработке на 1 работающего 3500 -и3.
Общий вид цеха керамзитового гравия с двухбарабанными
печами Волгоградского завода ЖБИ-1 показан на рнс. 65.
Цех по производству керамзитового гравия
при Кряжском кирпичном заводе
(Куйбышевская обл.) производительностью 100 тыс. м' в год
Важной особенностью Кряжского цеха является выпуск де-
шевого, высококачественного, с малым объемным весом керам-
зитового гравия нз глинистого сырья, обладающего в природ-
ном состоянии слабой вспучнваемостью (Кв«2). Местная гли-
на содержит недостаточное количество органических веществ,
зато содержание в этой глнне окислов железа и других состав-
ляющих достигает оптимума, характерного для хорошо вспу-
чивающегося сырья. Для повышения вспучнваемости глины
Кряжский цех один из первых в стране опробовал и успешно
освоил добавку солярового масла.
Принятая в цехе технологическая схема производства керам-
зита характеризуется следующей последовательностью.
Глину в карьере добывают одноковшовым экскаватором
Э-654. Чтобы устранить промерзание глины, верхний слой рых-
лят. Из карьера глнну доставляют самосвалами, сгружают
в утепленный глннозапаеннк емкостью 800 м3, а оттуда мосто-
вым краном ТМГ-301 подают в бункер над ящичным подава-
телем. Над решеткой бункера установлена рыхлительная ма-
шина, применение которой позволило высвободить 4 чел. и умень-
шить отходы сырья. Из ящичного подавателя глина по ленточ-
ному транспортеру поступает на переработку в вальцы грубого
245
помола СМ-150, а затем в глиномешалку, где в нее добавляют
воду и соляровое масло. Затем увлажненная глина по ленточ-
ному транспортеру поступает на дальнейшую переработку н
формование гранул в кирпичеделательный пресс СМ-294
с перфорированным цилиндром и плитой. Гранулы с влажно-
стью 20% поступают в работающий по противотоку сушильный
барабан размером 16x8 м, установленный с наклоном 3° и вра-
щающийся со скоростью 2.5 об/мин. Температура газов на входе
в барабан 450—550° С, на выходе 90—140° С, разрежение
3,5 мм вод. ст.
Рис. 6G. Схема производства керамзитового гравия на Кряжском
заводе
/ — ящичный подаватель СМ 26; 2 — транспортер Т-40; 3- вальцы CM I5CA;
4 —глиномешалка СМ-27; 5 —пресс СМ-38;	6 — транспортер /-2,16 ж;
7 —сушильный барабан /=В м, d—1,6ж: 8 — элеватор Т-51. 9 — тарель
чатыи питатель; 10—печь для обжига, / —28 м, d = 2,2 м, 11 — холодиль-
ный барабан, 1 = 8 м, d= 1.6 м: 12 — транспортер / — 12,55 ж; 13— элева-
тор Т-52: ! 4 — гравнесортировка; 15 — бункер
Высушенные гранулы с остаточной влажностью 15% подают-
ся элеватором в два накопительных бункера общей емкостью
27 м3, откуда их тарельчатыми питателями дозируют в две вра-
щающиеся печи размером 2,2x28 м. Режим обжига характе-
ризуется следующими показателями: температура в зоне вспу-
чивания 1170—1180° С, разрежение 0,3—0,4 мм вод. ст., время
пребывания материала в печи 35—40 мин. Для интенсификации
процесса обжига в печах опробованы пороги.
Топливом для обжига служит мазут, распыляемый в зоне
горения трехзаходной форсункой с винтовой нарезкой. Давление
у форсунки 6—7 ати.
Охлаждают керамзит до 150—200° С в течение 10 мин в ба-
рабанном холодильнике размером 1,6X12 м, установленном
с наклоном 3° и вращающемся со скоростью 4 об!мин.
Из холодильника керамзит поступает на предварительно
орошаемый водой ленточный транспортер, где дополнительно
охлаждается и цепным элеватором ЭЦО-450 подается на сито-
бурат длиной 4 м, диаметром 500 мм, сортируется на 4 фракции
246
(О—5; 5—10; 10—20 и 20—40 м) и пофракционно направляет-
ся в бункера готовой продукции.
Качество выпускаемой продукции характеризуется следую-
щими показателями: фракция 0—5 лл — объемный вес
600 кг/лг, прочность 15 кГ1ск2-, фракция 10—20 мм — 350 и 13;
фракция 20—40 мм — 320 и 10.
Ниже приведены технико-экономические показатели работы
Кряжского цеха керамзитового гравия за 1966 г.
Выпуск керамзита в тыс. л3 . . .	.	. 167,7
Производительность печей в л3,ч ......	13,2
Удельный расход:
глины в л3/ля	. .	0,479
мазута в кг/л3	.	........... 45
солярового масла в кг м3 .	6
электроэнергии в квт-ч	10
Количество работающих	......... ...	50
В том числе:
основных рабочих	..........25
вспомогательных ...	....	19
ИТР	................... 6
Выработка на I работающего в тыс. м3.........2	000
Себестоимость керамзитового гравия в руб.....	3,04
На рис. 66 приведена технологическая схема производства
керамзитового гравия на Кряжском заводе.
Цех по производству керамзитового гравия
с переработкой сырья по мокрому способу
Обуховского домостроительного комбината
Предложенный нами совместно с Н. И. Галюновым и про-
веренный в опытных условиях способ производства керамзита
с мокрой переработкой сырья реализован в Ленинграде на Обу-
ховском домостроительном комбинате, где в 1962 г. построен
цех керамзитового гравия производительностью 60 тыс. лР в год.
Принятая в этом цехе технологическая схема имеет обыч-
ную для мокрого способа последовательность производствен-
ных операций. Доставляемая автосамосвалами из карьера кемб-
рийская глина выгружается на склад, где установлен мостовой
кран с грейфером, который подает глину в зубчатую глинорезку
для измельчения. Отсюда глина с помощью ленточного транс-
портера направляется в две глиноболтушки, каждая диаметром
7 м и емкостью 36 м3 (по шламу), куда подается подогретая
вода. Здесь в результате принудительного перемешивания гли-
на распускается до консистенции шлама и по мере готовности
насосами ШН-150 перекачивается в два шламбассейна диамет-
ром 5 м, высотой 10 м и емкостью 200 м3 пульпы, оборудованных
механическими мешалками для ее побуждения.
247
Из шламбассейнов четыре насоса направляют пульпу в ков-
шовый питатель, откуда дозируют через течку во вращающую-
ся печь длиной 41,5 м, наружным диаметром Зли внутренним
по футеровке 2,6 м. Холодный конец печи выполнен в виде усе-
ченного конуса диаметром 2,5 м. Вращающаяся печь, установ-
ленная с уклоном 3.5%. на расстоянии 4,5 м от холодного конца
оборудована цепной завесой длиной 10 м с перекрывающимися
f — глинорезка; 2 —транспортер; 3—болтушки; 4 — насосы; б—ш-памбассейиы;
в —насосы; 7 —питатель печи; 8 —пылеосаднтельиая камера; S —вращающаяся
Печь; 10 — форсунка. f/ — барабанный холодильник; 12 — транспортер; 13 — эле-
ватор; /4—сортировка н складирование керамзита
гирляндами, выполняющей роль теплообменного, гранулирую-
щего н транспортирующего устройства. Скорость вращения печи
может изменяться в пределах пяти ступеней от 9 до 3 об/мин.
Поступившая в печь пульпа по мере передвижения вначале по-
догревается, потом в цепной зоне подсушивается, гранулирует-
ся, окатывается, нагревается. При поступлении в зону макси-
мальных температур гранулированный материал вспучивается
на керамзитовый гравий.
Печь отапливают с помощью двух форсунок жидким топли-
вом (мазутом).
Керамзит охлаждают в барабанном холодильнике диамет-
ром 2 м, длиной 24 м со скоростью вращения 3 об/мин, уста-
новленном с уклоном 2%.
Как известно, природная кембрийская глина обладает недо-
статочной вспучиваемостью. На Обуховском заводе, как и на
ряде других предприятий страны, для повышения вспучивае-
мости глины применяют железистые н органические добавки.
В качестве железистых используются местные пиритные огар-
ки, а органических — торф. С их помощью при благоприятных
условиях мокрой переработки сырья и добавок цех керамзита
освоил выпуск эффективного легкого керамзита с насыпным
объемным весом в пределах 450—500 кг/м2, чего не удается по-
лучить из этого вида сырья ни пластическим, ни сухим спосо-
бом. Технологическая схема производства цеха керамзита Обу-
ховского ДСК показана на рис. 67.
248
Вполне удовлетворительные качественные показатели рабо-
ты Обуховского цеха полностью подтвердили эффективность
мокрого способа производства керамзита из некоторых видов
сырья.
Вместе с тем проведенное с участием Ленинградского отде-
ления института Теплопроект технологическое и теплотехниче-
ское обследование Обуховского цеха керамзита с мокрой пере-
работкой сырья выявило крайне неэкономичную работу уста-
новленного там теплового оборудования, в значительной степе-
ни влияющего на экономику производства цеха керамзита
в целом. Достигнутая производительность вращающейся печн
длиной 41,5 л, диаметром 3 л, объемом 293 м3 не превышает
6—8 м3/ч, в то время как на Никольском заводе в Ленинграде
прн пластическом способе производства из того же сырья вы-
пуск составляет 10 м3/ч.
Непомерно велики в этом цехе и расходы тепла на обжнг,
составляющие 3000 ккал!кг, что минимум в 1,75 раза больше
среднего уровня, достигнутого на 40-л печах.
Низкая производительность выбранного прн проектировании
основного оборудования особенно вращающейся печи и высокие
расходы топлива предопределили и весьма высокую себестои-
мость керамзитового гравия.
Правильные технические решения, обеспечивающие одновре-
менно высокое качество выпускаемой продукции и технико-эко-
номическую эффективность производства керамзита по мокро-
му способу, опираются на длительный и всесторонне апробиро-
ванный опыт цементной промышленности по изготовлению це-
ментного клинкера во вращающихся печах.
Повышенная влажность обжигаемого материала при мокром
способе требует и больших размеров вращающихся печей дли-
ной 60—90 м, диаметром около 3,5—4,5 м. Такие печи давно
освоила цементная промышленность. При незначительной их
модернизации и приспособлении для обжига керамзита они
с успехом могут быть использованы и в керамзитовом произ-
водстве, тем более что в связи с переходом на высокопроизво-
дительные печи длиной более 100 м цементная промышленность
теперь их не применяет.
Еще более прогрессивным является применение для этих
целей двухбарабанных печей с барабаном вспучивания Длиной
28—30 м, диаметром около 4 м и барабаном предварительной
тепловой подготовки длиной около 50—60 м, диаметром 3 м,
производительностью около 200 тыс. м3 в год.
Выявившаяся необходимость обратиться к мокрому спо-
собу производства керамзита показывает его жизненность.
Однако, как показали первые опыты его внедрения, проектиро-
вание керамзитовых предприятий с использованием мокрой под-
готовки сырья требует квалифицированного выполнения проект-
ных решений с учетом современной практики смежных отраслей
9В Зак. 95 249
промышленности и научно-технических достижений в области
керамзита, особенно ступенчатого обжига с применением двух-
барабанных печей. В этом случае будет обеспечен выпуск не
только качественного керамзита, но и нормальный экономиче-
ский эффект его производства, а сам способ займет достойное
место среди других.
ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ОСОБО ЛЕГКОГО
И ВЫСОКОПРОЧНОГО КЕРАМЗИТА
Расширение номенклатуры изделий и конструкций нз керам-
зитобетона и успешное применение керамзитового гравия в раз-
личных других областях техники вызвало потребность в произ-
водстве заполнителя с заданными строительно-техническими
свойствами: объемным весом, прочностью, размером зерен и
коэффициентом их формы.
Традиционный легкий керамзит применяют для приготовле-
ния конструктивно-теплоизоляционного керамзитобетона мар-
ки 50—75, используемого в производстве стеновых ограждаю-
щих конструкций, и конструктивного керамзитобетона марки
100—250, используемого в несущих конструкциях. Кроме того,
все более растет потребность в керамзите для производства
теплоизоляционных конструкций и засыпок, где решающее зна-
чение имеет малый объемный вес заполнителя, а прочность и
другие показатели — подчиненное, а также высокоэффектив-
ных, высокопрочных, тонкостенных, напряженно-армированных
конструкций, с применением керамзитобетона марки 300—500 и
выше, где решающее значение имеет высокая прочность, раз-
мер и коэффициент формы зерен, а объемный вес — подчи-
ненное.
Опыт показал, что для первых наиболее эффективным яв-
ляется особо легкий керамзит с насыпным объемным весом
в пределах 150—250 кг/л3, а для вторых сравнительно тяжелый,
но прочный керамзитовый гравий с объемным насыпным весом
в пределах 600—900 кг/л3, прочностью (при испытании в цилин-
дре по ГОСТу) в пределах примерно 50—100 кГ/см2 и выше.
Получение керамзита с объемным насыпным весом 200—
250 кг/м2 из природного сырья без применения специальных
технологических приемов возможно лишь из редко распростра-
ненных высоко вспучивающихся глин типа парсуковской и
смышляевской. С другой стороны, безуспешными оказались по-
пытки получить особо легкий керамзит из слабо вспучивающе-
гося сырья.
Опыт свидетельствует, что особо легкий керамзит с объем-
ным насыпным весом 200—250 кг/л3 может быть получен толь-
ко на базе хорошо вспучивающегося и в ряде случаев средне
вспучивающегося сырья и, как правило, с применением специ-
альных добавок и технологических приемов.
250
Институт НИИКерамзит, разработавший технологию произ-
водства особо легкого керамзита из хорошо вспучивающегося
сырья с объемным весом 150—200 кг/я3, рекомендует следую-
щую технологическую схему его изготовления. Добытую на
карьере глину перерабатывают с помощью обычного оборудо-
вания (камневыделительные вальцы, глиномешалка, перераба-
тывающие дырчатые вальцы) и на кирпичеделательном прессе
формуют цилиндрики, направляемые затем в специальный ба-
рабан для окатки и опудривания порошком огнеупорного ма-
териала (огнеупорная глина, каолин, тонкомолотый кварцевый
песок и т. п.). Этот же барабан может быть использован для
одновременной подсушки материала. Дозируемый из расходно-
го бункера во вращающуюся печь окатанный и опудренный ма-
териал обжигают при несколько повышенных температурах.
Тонкий слой огнеупорного порошка предотвращает слипание
зерен в конгломераты. После охлаждения керамзит сортируют
и складируют.
При необходимости для повышения вспучиваемое™ исход-
ного сырья применяют железистые и органические добавки.
Рекомендованная институтом НИИКерамзит технологиче-
ская схема получения особо легкого керамзита приведена на
рис. 68.
Действующие керамзитовые предприятия, за редким исклю-
чением, еще не выпускают керамзит, отвечающий требованиям,
предъявляемым к пористым заполнителям для изготовления вы-
сокопрочных напряженно-армированных конструкций.
Для получении эффективного легкого керамзита в сырье
вводятся добавки, повышающие вспучиваемость глин и умень-
шающие объемный вес, что сопровождается одновременно зна-
чительным снижением прочности и делает его непригодным для
приготовления высокопрочного керамзитобетона. Лишь единич-
ные цеха и заводы, не освоившие по тем или другим причинам
производство легких марок керамзита, выпускают заполнитель,
частично пригодный для производства высокопрочного керам-
зитобетона. Мнение, что для получения высокопрочного керам-
зита на действующих предприятиях достаточно снизить темпе-
ратуру его обжига, прекратить ввод добавок, повышающих
вспучиваемость сырья, и повысить объемный вес заполнителя до
700—800 кг/л3, не подтвердилось.
Наши исследования, выполненные во ВНИИСтром, свиде-
тельствуют о многообразии причин, влияющих на прочность ке-
рамзитового гравия, н необходимости учета при переводе заво-
дов на производство высокопрочного керамзита всей совокуп-
ности физико-химических, технологических и экономических
факторов, многие из которых отличаются, а другие диаметраль-
но противоположны при получении, с одной стороны, легких,,
а с другой — высокопрочных, тяжелых марок керамзита.
Мы установили, что основные строительно-технические по-
9В* 251
Рис. 68. Технологическая схема производства особо легкого керамзита
/ —ящичный подаватель, 2 — кэмиевыделмтелыше вальсы; J- глиномешалка; 4—перерабатывающие вальцы.
5-формующяй пресс СМ-294; 5 —расходный бункер для опудрнвающего порошка; 7 —барабан для опудрнна-
ним гранул; в —бункер запаса гранул. 9 тарельчатый питатель; 10 — вращающаяся печь; //—самотечныП хо-
лодильник; /2 —гравиесортировка; /.’/ бункера готовой продукции; 14 ящичный подаватель огнеупорной
глины; /5 —деэинтеграторные вальцы; IS — шахтная мельница; /7 —циклон; 13- бункер огнеупорного порошка
казатели керамзита (прочность, объемный вес н др.) опреде-
ляются и решающим образом зависят от характера, структуры
и строения керамзита. При этом прочность керамзита тем выше,
чем меньше общая пористость и размер зерен заполнителя, тол-
ще и прочное их наружная оболочка и материал стенок между
порами, мельче и равномернее распределены поры в стекломас-
се, больше закрытых округлой формы пор, меньше пористость
стенок пор и наружной оболочки.
Практическое значение указанных общих закономерностей
состоит в том, что они позволяют наметить технологические
основы получения высокопрочного керамзита.
Очевидно, что структура керамзита и фазовый состав стек-
ломассы обусловливаются свойствами исходного глинистого
сырья, методами его переработки и изготовления гранулирован-
ного полуфабриката, а также условиями обжига и охлаждения,
обеспечивающими надлежащий ход и завершение физико-хими-
ческих процессов образования высокопрочного заполнителя.
Исходное сырье. Установлено, что строительно-технические
свойства керамзита, в том числе прочность, в значительной
степени обусловливаются свойствами исходного сырья, прежде
всего химическим, минералогическим и гранулометрическим со-
ставом.
В настоящее время начаты исследования, результаты кото-
рых позволят с достоверностью оценивать и выбирать глинистое
сырье для производства высокопрочного керамзита. Можно сде-
лать предварительный вывод, что лучшим глинистым сырьем для
этих целей служат тонкоднсперсные средне и слабо вспучиваю-
щиеся железистые глины, содержащие 50—70% тонкодисперсно-
го, особенно аморфного, кремнезема, 5—10% окислов железа,
15—25% глинозема, 2—4% окиси кальция, 2—6% окиси маг-
ния, 2—5% щелочей и ограниченное количество (0,4—0,8%) ор-
ганических примесей.
Особые ограничения предъявляются и к гранулометрическо-
му составу. Сырье, содержащее свыше 30—40% свободного
кварца и других балластных минералов с размером зерен бо-
лее 10 лк, снижает прочность керамзита и непригодно для про-
изводства высокопрочного керамзитобетона.
Из-за отсутствия достоверных критериев пригодность того
или иного вида сырья для производства высокопрочного керам-
зита следует устанавливать только по данным специальных ис-
пытаний в лабораторных н полузаводских условиях.
Переработка и гомогенизация сырья. Направление, особенно
глубина протекающих физико-химических процессов образова-
ния керамзита и характер образующейся структуры материала
в значительной мере предопределяются степенью переработки и
гомогенизации глинистого сырья. Известно, что за редким ис-
ключением природное глинистое сырье неоднородно как по со-
ставу, так и по структуре. Его химические и минералогические
253
составляющие распределены неравномерно. При этом многие из
них, например железистые, карбонатные и органические, часто
находятся не в общей массе, а располагаются на поверхности и
по трещинам структурных элементов или образуют гнезда скоп-
лений.
Структура глинистых пород также разнообразна как по ха-
рактеру, так н по плотности.
В производстве высокопрочного керамзита требуется особен-
но тщательная переработка и гомогенизация глинистого сырья
с разрушением природной структуры и достижением равномер-
ного и тонкого распределения по всей массе всех химических,
минералогических и гранулометрических составляющих.
Чем тщательнее переработано и гомогенизировано исходное
сырье, тоньше и равномернее распределены его составляющие,
тем более благоприятными будут условия для образования
однородного расплава, равномерного распределения пор в стек-
ломассе, больше будет мелких, округлой формы, закрытых пор.
интенсивнее кристаллизация массы при изотермической выдерж-
ке в процессе охлаждения, тем однороднее структура зерен ке-
рамзита и выше их прочность.
Если в производстве легкого керамзита, где по ГОСТу тре-
буется сравнительно небольшая прочность, допускалось упроще-
ние технологической операции по переработке и гомогенизации
сырья, то при получении высокопрочного керамзита тщательная
переработка и тонкая гомогенизация глинистой массы обяза-
тельны. Для этих целей используются вальцы грубого помола
СМ-150А, вальцы тонкого помола с расстоянием между валка-
ми не больше 1 лии, что достигается заменой обычной обечай-
ки износостойкой, бегуны мокрого помола или дырчатые пере-
рабатывающие вальцы и глиномешалки с пароувлажнением.
В ряде случаев весьма полезно перед переработкой подвергнуть
глинистое сырье вылеживанию или попеременному заморажи-
ванию и оттаиванию.
Приготовление гранулированного сырца. В соответствии
с требованиями предприятий по производству высокопрочных
керамзитобетонных конструкций предельный диаметр зорен ке-
рамзитового гравия для этих целей не должен превышать 12—
15 мм. Это означает, что с учетом относительно слабого вспу-
чивания исходной массы для высокопрочного керамзита пре-
дельный диаметр зерен сухого сырца в свою очередь не должен
превышать 10—12 мм. Не менее важное требование предъяв-
ляется и к форме зерен керамзита. Желательно, чтобы коэффи-
циент формы керамзитового гравия приближался к единице и
составлял не более 1,2—1,3. Для обеспечения необходимых раз-
меров п округлой формы сырца используют грануляцию глини-
стой массы на кирпичеделательных прессах с перфорированными
цилиндром и головкой с последующей окаткой цилиндриков
254
о процессе сушки сырца пли без таковой в специальных бараба-
нах-грануляторах, а также грануляцию сырца на тарельчатых
грануляторах. С помощью последнего механизма удается полу-
чать заданные размеры 5—12 мм и форму гранулы. Следует,
однако, отметить, что использование этого способа требует хотя
п частичной, но сухой переработки сырья для получения исход-
ного порошка для грануляции.
Тепловая обработка материала и обжиг керамзита. Посту-
пающий на тепловую обработку и обжиг гранулированный ма-
териал, приготовленный нз хорошо переработанного гомогени-
зированного сырья, во избежание образования трещин и раз-
рушения следует подвергать относительно более мягкой и за-
медленной тепловой обработке (сушке, нагреву). Поэтому об-
жиг керамзита целесообразно проводить в двухбарабанных пе-
чах, позволяющих регулировать как предварительную тепловую
подготовку материала перед обжигом, так и сам обжиг со
вспучиванием. Менее эффективно эти процессы осуществляются
в сушильных барабанах и однобарабанных печах или только
в длинных однобарабапных вращающихся печах.
Существенное различие процессов предварительной тепло-
вой подготовки материала перед вспучиванием при получении
легкого и высокопрочного керамзита состоит в том, что в пер-
вом случае для максимального его вспучивания на кривой об-
жига создают, по возможности, резкий технологический перепад
между температурой в зоне нагрева и вспучивания, тогда как
во втором температурный переход более плавный. Объясняется
это тем, что при получении высокопрочного керамзита материал
вспучивается незначительно, поэтому этот процесс имеет подчи-
ненное значение. Главное же усилие направляется на создание
условий для образования однородного расплава заданного со-
става и формирования равномерно-пористой структуры материа-
ла с мелкими и мельчайшими закрытыми порами.
Быстрое нагревание перед вспучиванием н кратковременный
обжиг при повышенной температуре материала и окружающей
среды, как это практикуется в производстве легких марок ке-
рамзита, вызывают трещинообразование гранул в зонах сушки
и подогрева, а в зоне вспучивания — быстротечный процесс по-
рообразования еще не однородного по составу и реологическим
характеристикам расплава. Это обусловливает образование не-
равномерно пористой структуры с различной величиной взаим-
но сообщающихся пор, окаймленных поризованными стенками
различной толщины. В этих условиях поризованной оказывается
и наружная оболочка зерен керамзита. Развитие процесса в та-
ком направлении хотя и сопровождается интенсивным вспучива-
нием, но приводит к большой потере относительной прочности.
Для увеличения прочности керамзита необходимы как мень-
шая общая пористость материала, так н условия для спокойной
255
поризации, когда образование равномерно пористой структуры
не нарушается местными «вспышками», вызванными неравно-
мерным газообразованием в неоднородной по составу и реологи-
ческим свойствам среде (пиропластической массе).
В настоящее время при получении легких марок керамзита
во вращающихся печах время пребывания материала в зонах
сушки и нагрева составляет около 20—30 мин, а в зоне вспу-
чивания около 10—15 мин. При получении же высокопрочного
керамзита время предварительной тепловой подготовки (сушка
и нагрев) увеличивается до 30—50 мин, а обжиг со вспучива-
нием до 15—30 мин, или примерно в 1,5—2 раза. Не исключена
при этом возможность рационального перераспределения ос-
новных технологических зон в печи.
Что касается оптимального состава расплава, то с учетом
экспериментального и производственного опыта следует полагать,
что наиболее прочные стекла лают расплавы на основе аморф-
ного кремнезема и окислов железа, а также щелочных
земель.
Охлаждение керамзита. До сих пор режиму охлаждения ке-
рамзита не уделялось должного внимания, поэтому в производ-
ственных условиях он практически не регулировался. Между
тем, как показали исследования, только при рациональном ре-
жиме охлаждения керамзита, предусматривающем изотерми-
ческую выдержку его в течение 15—20 мин в пределах пример-
но 700—900° С, прочность керамзита можно увеличить в 1,25—
2 раза без каких-либо добавок. Установлено при этом, что
в процессе изотермической выдержки, во-первых, снимаются
внутренние напряжения, действие которых обусловливает ран-
нее или позднее образование трещин зерен и потерю прочности
и, во-вторых, образуется и накапливается мелкокристалличе-
ская фаза с участием катализаторов кристаллизации, в незна-
чительном количестве содержащихся в природном сырье (Т1О2,
Сг2О3 и др.).
На рис. 69 показана зависимость предела прочности при
сжатии от температуры выдержки в период кристаллизации
расплава керамзита из парсуковской, смышляевской, кучинской
глин и бескудниковского суглинка без добавок.
Прн изучении структуры и фазового состава заполнителя,
охлажденного с выдержкой в течение 15—20 мин при 700—
800° С, иа рентгенограммах была отмечена повышенная его кри-
сталлизация, поэтому была специально исследована возмож-
ность повышения прочности керамзита методом кабаллизпро-
ванной кристаллизации расплава с использованием экономи-
чески приемлемых катализаторов: сульфида железа FeS; пири-
та FS2; рутила TiO2; окисла хрома Сг20з и сфалерита ZnS в ко-
личествах от 1 до 12%. Данные рис. 70 свидетельствуют о зна-
чительном повышении прочности керамзита прн добавке ката-
256
лнзаторов. Например, при добавке 6% пирита прочность керам-
зита из парсуковской, смышляевской и кучинской глин повыша-
ется соответственно в 2,5, 2 и 2,3 раза. Незначительное измене-
ние прочности керамзита из бескудниковского суглинка можно
объяснить повышенной его запесочснностью (42% кварца),
меньшим количеством и большей вязкостью расплава. Следует
также отметить, что полученный с применением катализаторов
кристаллизации керамзит отличается не только повышенным
количеством мелкокристал-
лических фаз, но и равно-
мерно пористой структурой
(рис. 71). Для практическо-
го использования метода по-
вышения прочности керам-
зита путем изотермической
выдержки	ВНИИСтром
предложил модернизиро-
ванный барабанный холо-
дильник с порогом и пере-
сыпающими устройствами.
Накапливаясь в ограничен-
ной порогом зоне, керамзит
остывает постепенно, а за-
тем, поступая в зону с пере-
сыпающими устройствами,
быстро охлаждается.
Так как прн производст-
ве высокопрочного керамзи-
та предъявляются повышенн!
Рис. 69. Зависимость прочности керам-
зита от температуры выдержки в период
кристаллизации расплава, полученного
нз парсуковской (/), смышляевской (77)
и кучинской (///> глин и бескудниковско-
го суглинка (/V)
! требования к переработке сырья.
размеру, форме и прочности керамзита, вызывающие значитель-
ное увеличение объемного веса заполнителя, снижение вспучивае-
Ряс. 70. Зависимость предела прочности
при сжатии керамзита из парсуковской гли-
ны от вида и количества добавок
мости сырья и уменьше-
ние коэффициента выхо-
да материала из печи,
производство высокопроч-
ного керамзита будет не-
сколько дороже, чем лег-
ких марок. Однако на се-
бестоимость высокопроч-
ного керамзита может
оказать решающее влия-
ние производительность
вращающихся печей. Ка-
залось бы, что резкое сни-
жение вспучиваемости
исходного сырья и увели-
чение объемного веса ке-
рамзита должны сопро-
257
Рис. 71. Макроструктура керамзита нз смышляевской глины, полученная мето
дом катализированной кристаллизации (с добавками и изотермической вы
держкой при 700’ С в течение 15 мин) по сравнению с макроструктурой обыч
кого керамзита
а —из чистой глины; б—из глины с добавкой 6% пирита; s —из глииы^с 12% рутила
г—из глины с 12% сфалерита
258
вождаться соответствующим снижением коэффициента выхода
из печи в единицу времени готового продукта и сокращением
ее производительности. Однако анализ специфических условий
обжига высокопрочного керамзита дает осиованне утверждать,
что резкого снижения производительности вращающихся печей
при переходе иа обжиг высокопрочного керамзита не произойдет.
Дело в том, что в производстве легких марок керамзита,
стремясь получить максимальное вспучивание материала, его
обжигают при температурах, близких к температуре его слипа-
ния в конгломераты. При этом из-за опасности агломерации зе-
рен коэффициент заполнения печей, как правило, не превышает
4-5%.
При производстве же высокопрочного керамзита с относи-
тельно большим объемным весом нет необходимости в интен-
сивной поризации материала, поэтому температура обжига мо-
жет быть несколько понижена и опасность слипания зерен
в конгломераты исчезнет. В этих условиях появится возможность
в 2—3 раза увеличить коэффициент загрузки печи, что может
полностью компенсировать снижение производительности из-за
уменьшения коэффициента выхода материала н увеличения про-
должительности как тепловой обработки, так и обжига.
Учитывая все сказанное, представляется возможным наме-
тить следующую технологическую схему производства высоко-
прочного керамзита:
Ящичный подаватель с рыхлитель-
ной машиной
Вальцы грубого помола СМ-150А
Бегуны мокрого помола
Двухвальная глиномешалка
с пароувлажнен нем
Кн р п ичедел ательн ый	ва ку ум-п ресс
с перфорированной плитой
Гранулятор для обкаткн
цилиндриков
Двухбарабанная вращающаяся печь
I
Барабанный холодильник с поро-
гами и пересыпными устройствами
Гравиесортировка
Склад готовой продукции
ОСНОВНЫЕ СТРОИТЕЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЕРАМЗИТА
И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ЕГО ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ
Технико-экономическая эффективность керамзита опреде-
ляется основными строительно-техническими свойствами керам-
зита— прежде всего качественными показателями: сравнитель-
но малым объемным весом при достаточной прочности, необхо-
димой формой зерен и характером их поверхности, обусловли-
вающими конструктивную эффективность материала, технико-
259
экономическими показателями собственно производства керам-
зита, которые суммируются в себестоимости продукции; техни-
ко-экономической эффективностью применения керамзита
в строительстве.
Хотя общая эффективность керамзита выявляется и раскры-
вается только на завершающем этапе его применения, деятель-
ность производственников, изготовляющих заполнитель, пред-
определяет два первых важнейших исходных фактора — качест-
во и себестоимость продукции.
Строительно-технические свойства керамзита
Изучение структуры керамзита показало, что он представ-
ляет собой стекловидную массу, в которой ячейки — в основном
замкнутые поры, преимущественно сферической формы — отде-
лены друг от друга тонкими стенками стекла с включением не-
усвоенного кварца, гематита, полевого шпата и других нераст-
ворившихся остатков, а из новообразований — нередко муллита
и кристобалита. Подавляющее большинство пор в керамзите
мелкие и мельчайшие, они относительно равномерно распреде-
лены в массе, а их размеры колеблются от нескольких десятков
ангстрем до 1—2 мм. В ряде случаев, особенно при неравномер-
ном распределении в исходном сырье составляющих его компо-
нентов, плохой переработке массы и дефектах режима обжига,
структура керамзита искажается выплавками и крупными пора-
ми размером до 3—5 мм.
Удельный вес стекломассы керамзита колеблется в пределах
2,3—2,7.
Объемный вес керамзита зависит от степени вспучиваемости
исходной глинистой породы, технологических приемов н режима
обжига н колеблется в пределах от 200 до 1 400 кг/м3 в куске.
Из высоко вспучивающихся глинистых пород или с добавками
стимуляторов вспучивания может быть получен керамзит с ми-
нимальным насыпным объемным весом 150—250 кг)м3. Тяжелый
же керамзит для высокопрочного керамзитобетона с насыпным
объемным весом 600—900 кг/м3 получают при пониженных тем-
пературах обжига путем минимальной поризации материала.
Как показывают исследования и опыт, керамзит вполне атмос-
фероустойчив, долговечен и обладает ценными свойствами —
обрабатываемостью и гвоздимостью.
Чтобы правильно наметить пути дальнейшего повышения
эффективности производства и применения керамзита, целесооб-
разно рассмотреть главнейшие строительно-технические свойст-
ва этого материала и сравнить их с аналогичными свойствами
других видов заполнителей.
Как известно, сравнительную оценку качества различных по-
ристых заполнителей легких бетонов проводят по показателям
их свойств, к которым в первую очередь относятся: объемный
260
Таблица 39
Свойства керамзита
Объемный вес ма- териала в кг/см* (в куске)	Предел прочности при сжа- тии в кГ}см* {в куске)	Водопог- лощен нс в % через 48 ч	Коэффициент теплопровод- ности при положитель- ной темпера- туре с куле- вой влажно- стью в ккал/Ч’Мг-°С
150— 200	8—15	20	
200— 400	15—50	22	|о,05—0,08
400— 600	50—70	24	
600— 800	70—00	26	
800—1000	90—150	28	|о, 15—0,17
1000-1300	150—250	30	
от соотношения
вес, предел прочности при сжатии, теплопроводность, форма
и строение зерен, сцепление их с цементом, морозостойкость
и др.
Основные характеристики керамзита приведены в табл. 39.
Хотя многие из перечисленных свойств тесно связаны между
собой, все они в конечном итоге обусловливаются и решающим
образом зависят от характера структуры и строения заполни-
теля, свойств исходного сырья и методов термообработки.
Наиболее существен-
ное значение при этом
имеют размер, форма и
равномерность распреде-
ления пор в массе мате-
риала, фазовый состав,
толщина, сплошность и
прочность стенок пор, раз-
мер, форма и характер
поверхности зерен запол-
нителя.
Важнейшими строи-
тельно-техническими ха-
рактеристиками керамзи-
та (как и других порис-
тых заполнителей) явля-
ются объемный вес и прочность. В зависимости
объема стекломассы и объема пор в куске материала эти харак-
теристики могут меняться в широких пределах. Как правило, чем
меньше объемный вес и прочность заполнителя, тем меньше бу-
дет объемный вес и прочность легкого бетона, который может
быть получен на его основе. Чем меньше зерна керамзита, тем
больше их объемный вес, выше прочность, н наоборот.
Значительное влияние на объемный вес и прочность керамзи-
та оказывает поверхность зерна керамзитового гравия: с умень-
шением размеров зерен, доля более плотной и прочной корки
увеличивается, объемный вес возрастает, а прочность повышает-
ся. Большое влияние иа прочность оказывает также форма зе-
рен: при одинаковом объемном весе керамзитового щебня и гра-
вия, имеющего округлую форму, прочность последнего на
20—25% выше, чем щебня. Прочность керамзитового гравия за-
висит также от общего количества, размера, формы и равномер-
ности распределения пор в стекломассе. При этом количество
пор зависит от их диаметра и толщины перегородок. Прн оди-
наковой форме пор прочность керамзита зависит от их количест-
ва: с увеличением количества пор, нлн, что то же, с уменьшением
объемного веса прочность керамзита также уменьшается.
Прн одинаковом объемном весе керамзит ячеистой структуры
с мелкими и мельчайшими закрытыми порами, равномерно рас-
пределенными в стекломассе, обладает более высокой проч-
261
ностью, чем материал с более крупными открытыми и неравно-
мерно распределенными с стекломассе порами.
Немаловажное значение иа прочность керамзита оказывает
состав и строение стекломассы стенок пор.
Таким образом, объемный вес керамзитового гравия тем
меньше, чем больше общая пористость и размер зерен материа-
ла, тоньше наружная спекшаяся корка, крупнее поры, тоньше
стенки между ними, больше пористость их стенок и наружной
оболочки. Прочность же керамзитового гравия тем выше, чем
меньше обшая пористость и размер зерен материала, толще н
прочнее наружная корка, толще и прочнее материал стенок меж-
ду порами, мельче поры и равномернее распределение их в стек-
ломассе, больше закрытых пор округлой формы, меньше пори-
стость стенок пор и наружной оболочки.
Отличие керамзитового гравия от других искусственных по-
ристых заполнителей состоит в том, что благодаря мелкоячеи-
стой структуре с равномерно распределенными порами и округ-
лой форме зерен, имеющих прочную шероховатую корку, в нем
наиболее благоприятно сочетается большая прочность при отно-
сительно малом объемном весе — свойство, предопределившее
исключительно высокую конструктивную эффективность этого
материала.
В табл. 40 приведены данные, характеризующие пористость,
а в табл. 41 и 42 — конструктивную эффективность нескольких
образцов. Измерения показали, что в керамзите более 98% пор
имеют размеры менее 1 мм, в то время как в шлаковой пемзе
таких пор только 30%, а в аглопорите лишь 15%. Мельчайших
же пор в керамзите 40%, а в аглопорите и шлаковой пемзе все-
го 3—5%. Для сравнения на рис. 72—74 показана структура
промышленных образцов керамзита, аглопорита н шлаковой
пемзы.
Таблица 40
Характер распределения пор по размерам в искусственных
пористых заполнителях
	Объем пор в %								
Размер пор	керамзита			шлаковой пемзы			аглопорита		
в поперечни- ке в мм		о SS	SB R X О	и о	* о D. О«	h	5S	ш в .УВ о oqc	£
	о		Is	is		5°	X 6	52?	X
	«О X (J			X о			1- ч	«ООО	
1,5—5		0,5	1	21	15	58	70	56	63
1-1,5	1	2	3	64	55	23	15	15,5	21
0,5—1	59	52	54	14	25	10	12	16	12
0,1—0,5	39	37,5	30	1	5	9	3	12	4
<0,1	1	8	12	—	—	—	—	0,5	—
262
Таблица 41
Конструктивная эффективность различных искусственных пористых
заполнителей заводского изготовления
Завод-изготовитель	Объемный вес фракции 5—10 мм в кг[м*		Предел проч- ности при сжатии В кГ/см*	Коэффициент конструктив- ной эффек- тивности	Примечание
	насып- ной	в кус- ке			
Безымянен ий		328	Кера. 638	мзит 45,4	13,8 )	
Лианозовский . . , . ,	380	634	46,2	12.8	По данным
Батраксиий ......	484	844	79,2	16.3 )	Я- III. Штейна
Бескудниковский с до- бавкой железистых и органических веществ.	480	837	59,7	12,4	
Бабушкинский (из парсу- копекой глины) . . .	365	618	47,4	Среднее по легкому ке- рамзиту 13,2 13 1	По данным
Волгоградский ....	410	725	52.5	12,8/	С. П. Онацкого
Дубровский		856	1542	313,1	41,3	По данным
Ленинградский (из кем- брийской глины с. По- повка) 		848	1542	346,9	40,9	Я. Ш. Штейна
Волжский		834	1502	298,6	35,8	По данным
Курганский		794	1468	260,4	32,6	С. П. Онацкого
Бескудниковский (без добавок) 		812	1486	278,2	34,3	
Магнитогорский . . .	L 559	Злаков 1475	2я пем. 12	Среднее по тяжелому керамзиту 37 за 2,1	
Запорожский 		907	1811	78,4	8,6	По данным
Тот же, обогащенная	666	1620	63,7	9,6	Я. Ш. Штейна
Ждановский		861	1518	72,4	8,5	
				Среднее 7,2	
Аглопорит
Гомельский		672	1530	42,1	6,3	
Минский 		580	1220	23	3,9	
Карагандинский ....	500	1200	33	6.7	
Электрозаводский . . •	490	1285	13	2,7 Среднее 4.9	1
263
Таблица 42
Сравнительная конструктивная эффективность конструктнвио-теплонзоляцнон-
ных легких бетонов на различных искусственных пористых заполнителях
заводского изготовления
Наименование бетона по исход- ному заполнителю и заводу- изготовителю	Расход ценен та на 1 мя бетона	Объемный вес бетона в кг!м* в сухом состоянии	Предел проч- ности при сжатии в кГ[см*	Коэффици- ент кон- структив- ной эффек- тивности
	Керамзи тоб етон			
Без ым янский	256	807	56	6,94
	194	772	58	7,97
	300	810	66	8,14
	321	828	72	8,7
	336	850	72	8,47
			Среднее .	8,1
Лианозовский	283	848	66	7,8
	188	885	63	7,12
	307	887	77	8,69
	—	887	82	9.24
	286	990	95	9.5
			Среднее .	8.47
Батракскнй	282	918	71	7,65
	362	890	74	8,3
	171	897	69	7.7
	240	907	84	9,26
	142	827	77	9,3
			Среднее .	8,44
Бескудниковский (без желе-	131	1120	50	5,46
зпетых добавок)	279	1167	92	7,9
	382	ИЗО	79	7
	253	1197	93	7.8
	356	1173	93	7.9
			Среднее .	7,2
Дубровский	279	1018	73	7.17
	120	1138	94	8,26
	268	1057	80	7,56
	278	1018	93	9,13
	129	1193	85	7.1
			Среднее -	7,84
	Шлакопемзо	'етон		
Запорожский	366	1255	54	4,3
	97	1575	51	5,23
	162	1650	55	3,92
264
Продолжение табл. 47
Наименование бетона по ис- ходному заполнителю и заводу-изготовителю	Расход цемен та иа 1 бетона	Объемный вес бетона в кг/м* в су- хом СОСТОЯНИИ	Предел проч- ности при сжатии в кПсм*	Коэффици- ент кон- структив- ной эффек- тивности
	253	1595	78	4,6
	—	—	80	5,01
			Среднее .	4,21
Ждановский	302	1210	50	4,13
	250	1500	57	3,8
	212	1685	57	3,4
	135	1715	50	2,9
	208	1570	69	4.4
			Среднее .	3,72
Магнитогорский	170	1685	57	4,56
	199	1585	57	4,86
	298	1470	75	5,1
	190	1730	73	4,22
	474	1415	71	5,01
			Среднее .	4,75
	Аглопоригти	7бетон		
Г омельскнй	318	1260	54,4	4,31
	334	1200	58.4 .	4,15
	220	1372	77	\	5.6
	128	1343	73,2	5,46
			Среднее	4,88
Крупнопористый характер и неравномерное распределение
пор в шлаковой пемзе и аглопорите, а также открытая пори-
стость зерен являются серьезным недостатком этих заполните-
лей. значительно снижаюших конструктивную и технико-эконо-
мическую эффективность их применения.
Структура керамзитового гравия, шаровидная форма зерен
и характер их поверхности решающим образом влияют на пока-
затели его конструктивной эффективности (отношение прочно-
сти к объемному весу), которые, как это видно из табл. 42, поч-
ти в два раза выше, чем у аглопорита и шлаковой пемзы.
Благодаря указанным свойствам из легкого керамзитового
гравия с насыпным объемным весом 250—500 «г/л3 изготовляют
эффективные виды легкого конструктивно-теплоизоляционного
бетона марки 50 с объемным весом 750—1000 кг/м3 для крупно-
панельного домостроения, которые ие удается получить на дру-
гих видах заполнителей. При этом в ряде случаев, несмотря на
265
более высокую стоимость керамзитового гравия по сравнению
со шлаковой пемзой и аглопоритом, стоимость 1 л2 готовой ке-
рамзитобетонной стены дешевле, чем из шлакопемзобетона и
аглопор итобетона.
Рис 72. Структура безымянского ке-
рамзита
а — увеличение 3. б—увеличение 30
Рис. 73. Структура белостолбовского аглопорита (обозначения те же,
что на рис. 72)
Основные свойства различных искусственных пористых за-
полнителей и высокопрочных конструктивных легких бетонов иа
их основе приведены в табл. 43, 44.
Вместе с тем следует подчеркнуть, что с ухудшением качест-
ва керамзита (повышение объемного веса, снижение прочности
и т. п.) объемный вес керамзитобетона возрастает, конструктив-
ная эффективность падает и тогда его технико-экономические
преимущества резко снижаются и даже утрачиваются.
266
Из сказанного очевидно также, что дальнейшее совершенст-
вование технологии производства керамзита должно быть под-
чинено главной задаче — повышению технико-экономической эф-
фективности его производства и применения, что самым непо-
средственным образом связано с качественными характеристи-
ками заполнителя.
Рис. 74 Структура магнитогорской шлаковой пемзы (обозначения те же.
что на рис. 72)
Технико-экономическая эффективность
производства керамзита
В начале организации производства керамзита его себестои-
мость составляла примерно 10—20 руб. за 1 м3. По мере совер-
шенствования технологии и применяемого оборудования себе-
стоимость неуклонно снижалась и в 1966 г. на основных пред-
приятиях достигла 5—6 руб., а на передовых — 3—4 руб.
Показатели фактической себестоимости керамзита на пред-
приятиях различной мощности приведены в табл. 45.
Несмотря на серьезные успехи многих керамзитовых пред-
приятий, достигших высоких технико-экономических показате-
лей работы, в целом керамзитовая промышленность распола-
гает еще огромными резервами для дальнейшего упорядочения
производства, совершенствования технологических процессов и
оборудования, сокращения прямых и косвенных расходов и но-
вого резкого снижения себестоимости выпускаемой продукции.
Опыт Кряжского, Черновского. Энемского, Волгоградского,
Витебского и многих других цехов по производству керамзита
свидетельствует о реальной возможности снизить себестоимость
керамзита до 3 руб. за 1 м3.
Решение этой важнейшей для керамзитовой промышленно-
сти задачи облегчено созданием в 1967 г. в составе института
НИИКерамзит крупной специализированной пусконаладочной
организации.
Рассмотрим некоторые пути преодоления трудностей и резер-
вы керамзитового производства.
267
Таблица 43
Основные свойства различных искусственных пористых заполнителей
Заполнитель	Размеры фракций заполнителя в мм							
	20— 40	10—20	5— 10	2,5 — 5	1,2— 2.5	0.6 — 1.2	0.3- 0.6	0. is- о.3
Дубровский керамзит: объемный вес в «г/ма: насыпной ....	636	713	856	1028	1253	1269	1163	1129
в куске 		1220	1243	1452	—	—	—		—
межзерновая пустот- иость в % ... .	44	43	40							—	
прочность в кГ/см*	—-	—	353	—	—	—	—	—
Бескудниковский керам- зит: объемный вес в кг/мя: насыпной ....	501	567	773	861				
в куске 		932	1058	1207	—	—	—	—	—
межзерновая пустот- ность в % ... .	47	47	46	—			—				
прочность в кГ/см2	—-	—	89,1	—•	—	—		—
Магнитогорская шлако- вая пемза: объемный пес в кг,'мд'. насыпиой ....	476	507	559	689	758	892	945	1064
в куске 		1299	1358	1475	—	—-	—	—	—
межзерновая пустот- ность в % ... .	63	63	63									
прочность в кГ/см2	—-	—•	12	—	—	—	—	—
Гомельский аглопорнт: объемный вес в кг/см*\ насыпной ....	1568	1625	688	733	787	843	819	839
в пушенке ....	1220	1270	1322	—-	—-	—	—	—
межзерновая пустот- ность в % ... .	63	51	50									
прочность в кГ/см2	—	—	33	—	—	—	—	—
Мощность предприятий и основного оборудования. Одним из
серьезных недостатков, связанных с экономикой производства,
является постройка в первые годы организации керамзитовых
установок без достаточного технико-экономического обоснова-
ния выбора их мощности и оборудования, в связи с чем многие
из них заранее обрекались на малорентабельную работу. Было
распространено, например, мнение, что постройка маломощных,
так называемых, полевых, керамзитовых установок с одной-дву-
мя вращающимися печами длиной 12 я, диаметром 1,2 я более
выгодна, чем постройка предприятий средней и большой мощно-
сти. Между тем простое сопоставление удельных расходов иа
предприятиях малой и большой мощности (табл. 53) опровергает
такой взгляд. По мере увеличения мощности предприятий после-
довательно сокращаются капиталовложения иа 1 я3 керамзита,
трудовые затраты, расходы топлива, электроэнергии, растет вы-
работка на одного работающего, снижается себестоимость. Так,
268
Таблица 44
Свойства и конструктивная эффективность высокопрочных бетонов
иа различных искусственных заполнителях
	Основные свойства высокопрочных							Сравнительная		
			легких бетонов					эффективность в %		
	Ч				Si	ес		£ ?		
Заполнитель	Sf *		«Е	СП. “	SEi					ч
	э « * Ь v я:		>ъемнь !С сух< «то на кг/м*	)едел >СТН П| катни кГ/см.	gf- m О Д =« ffl	ю		) коме 1ЯНОЙ . >ктиан	> весу	ж « ° Z ж
	О.Ж		О ою ш	pi йа	х S т Р	X		Е р	ё	gs
Керамзит:		407	1437	367	25,6	350		100	100	100
дубровский .		405	1442	300	21	300		100	100	100
		372	1343	345	25.6	350		100	100	100
		411	1425	336	23,5	350		100	100	100
бескудниковский	474		1420	284	20	300		100	100	100
ленинградский (по А. И. Ва- ганову)		550	1800	475	26	500		100	100	100
		550	1750	490	27,2	500		100	100	100
московский (по И. Г. Иваиову- Дятлову)		5.30	1650	400	24	400		100	100	100
		525	1630	395	25	400		100	100	100
		547	1960	320	16,3	300				
Шлаковая пемза маг-		550 542	1930 1925	290 314	15 16,1	300 300		—79,9	+ 130	+120
ннтогорская ....		560	1825	307	16,7	300				
		1480	1663	330	19	350				
Аглспорит гомельский		525 592	1633 1712	272 311	16,6 19	275 300		—	+ 115	+ 130
данные табл. 53 показывают, что в среднем по всем керамзитовым
предприятиям себестоимость керамзита составляет иа установ-
ках мощностью до 50 тыс. ж3 в год 13—87 руб.; 50—100 тыс. ж3—
7—ю руб.; 101—200 тыс. м3 — 6—9 руб. н свыше 200 тыс. ма —
5—40 руб.
Взаимозависимость между мощностью предприятий и себе-
стоимостью выпускаемого керамзита по расчетным данным гра-
фически изображена на рнс. 75.
Помимо значительных перерасходов, вызванных малой произ-
водительностью печей, эксплуатационные расходы на установках
малой мощности увеличиваются еще и потому, что мощность ос-
тального оборудования (вальцы грубого и тонкого помола, гли-
номешалки, дырчатые вальцы, прессы, экскаватор, транспортное
оборудование и т. п.) используется, как правило, всего лишь на
10-30%.
Выбор и использование качественного сырья. Важнейшим
средством снижения себестоимости продукции, увеличения про-
изводительности предприятия и радикального устранения тех-
нологических трудностей в производстве легкого керамзита для
2 69
Таблица 45
Фактическая себестоимость 1 м9 керамзита на предприятиях
Цех керамзита Кряжского кир- пичного завода № 1 ...... .	12	1—74	0-50	1—71			0-96	0—37	0—10	5-46
Цех керамзита треста №6, г. Во- ронеж 		8	1-56	1—02	0—46	2—33	3—20	0—96	0—74	0—28	10—56
Цех керамзита Тюменского керам- зитобетонного за- вода 		12	3-00	3—60	1—60	2—60	2-59	2—00	1—03	0—40	14—64
Цех керамзита Салаватского кир- пичного завода . .	25	0—57	1-57	0—55	1—15	0—31	0—40	0—44	0—04	5—03
Цех керамзита Дубровского заво- да ЖБИ .	.	.	25	2—22	4-73	0—81	1—35	1—70	1—39	0—75	—	12—95
Средняя себе- стоимость по 25 установкам	. .	8-50	2-41	3—68	0—77	2-11	1—19	2—69	0-79	0—21	13—87
По цехам мощностью от 51 до 100 тыс. м3 в год
Эиемский керам- зитовый завод Краснодарского края .....	65	0—15	6-97	0—30	0—79	0—39	0—20	0—17	0—04	3-01
Цех керамзита Бакинского кир- пичного завода . .	100	0—25	1—22	0-30	1—08		0—83	0—19	0—04	3—91
Цех керамзита Саратовского ДСК	100	0—58	1—00	0—55	6-61	1—21	0-58	0—48	0—02	5—03
Цех керамзита Кишиневского ком- бината строймате- риалов 		100	6—47	1-75	0—22	0—58		1-51	0—26	0-06	4—86
Цех керамзита Рязанского завода ЖБИ		100	3—85	1—35	—	1—24	2—56	0—97	0—48	0—23	10—68
Средняя себе- стоимость по 36 цехам керамзита .	50- 100	1-31	1-67	0—37	0-88	0—77	1-38	0—44	0—10	7-10
270
201— 700	250	оое	700	300	1 250	woxa	ld- 200	О	СП о	о СП	о	о СП	Й §	Годовая мощ насть предпрня ТНЙ в тыс. м3	
*—	ю	ь—-	о	о	о		r=^	о	о	р	__,,	о			
I	1	1	[	|	I	а	[		1		1	1	о	сырье н ма-	
	ов	о			да	£				о		СП	£	териалы	
ЯвЖ 1	СО	00		да	Ь	ж		СЭ	СП	да	КЗ		ж		
Т	т	г	Т	т	т*	г»		кэ		1		г		технологи-	
да	1 00	1 да	00	да да	о	5 1	Сп да	1 ел КЗ		СП со	КЗ	1 да	<т	чесиое топ ли во	
о	о		г~>	о	о		о	<73	о	<73	п	<73			
1	1				1	еэ	|	[		I	1			электро-	о	
кз СП	да	1	да	КЗ КЗ	а	2 t	да		да СО	КЗ СП	КЗ да		S	энергия	3	
о	о	г">	о	о	о	ПЭ	г~з			о	о		1	X	
	1	1		1	1		I			1		|		зарплата и	
да	а	СП	да		ю	КЗ S	да	Я	в	00 КЗ	да 00			начисления о> ч	
о 1		т	Т	о 1	о 1	н	о	—	о		да	О 1		содержание н	
1 Оо СО	1		1	1 00	да	2 г»	да	в	о СО	1	да	СО	п	оборудо-	р вания	^1
о	ю	г">	Г"1	о	о				о	f—i		р	з:	*с	
1	1	|	1	1	I	?е	|	1		1	|	г		цеховые	о
СП			да	да	да					да	КЗ	да	а	расходы	м	
1—3		СП		да		а	о	□о	да	о	00	СП			ь.
о	о	о	о	о	о		о	О	о	о	р	|"|	S		
I	|	1	|	|		а	1	|			1		Си	общезавод-	ПЭ
кэ о	КЗ КЗ	КЗ	кэ	к	м о	Qj	да СП	да		КЗ КЗ	да	S		сипе расходы	ж <s
о 1		О 1	о 1	о 1	[		о 1			о 1	1	да 1		непронзаод	
	да	да	о	о Си	2		о	1	1	1 00	1 СП	S		ственные расходы	а р>
															
СП 1	1	’Г	"f*	да 1	?		да	м		f*	т	да г		Полная себе	
1	да	со	1	1 да	1		сэ	Jn	.1	1 КЗ		1		СТОИМОСТЬ в руб	-Г1
о	—		00	Сп	о		D	да	КЗ		да	>£•			
стеновых и несущих конструкций является использование каче-
ственного сырья, обладающего высоким коэффициентом вспучи-
вания. При одних и тех же затратах на производство такое сырье
позволяет резко увеличить выход готовой продукции и значитель-
но сократить удельные расходы по всем статьям калькуляции.
Вместе с тем из хорошо вспучивающихся глинистых пород полу-
чается и более легкий керамзит, что повышает техипко-экономи-
ческую эффективность не только собственно его производства, но
Рис. 75. Зависимость себестоимости керамзита от мощности предприятия
Как видно из рис. 1, высоко вспучивающиеся глинистые по-
роды с коэффициентом вспучивания больше 4,5 позволяют полу-
чать высокоэффективный керамзит с насыпным весом в пределах
300—400 кг/л»3 и в то же время дают коэффициент выхода готового
продукта в пределах 2—2,5. Поэтому при изготовлении керамзи-
тового гравия для теплоизоляционных, конструктивно-теплоизо-
ляционных и обычных конструктивных легких бетонов рекомен-
дуется применять глины и суглинки, которые дают коэффициент
вспучивания в природном состоянии или с добавками стимулято-
ров вспучивания не ниже 3—4. Глинистые же породы с коэффи-
циентом вспучивания в природном состоянии от 2—2,5 обеспечи-
вают получение более тяжелых марок керамзита с объемным
весом в куске около 700—900 кг/м3. Такие глины и суглинки по-
сле их испытаний используются для изготовления керамзитового
гравия, предназначенного для высокопрочных конструктивных
легких бетонов.
Если принять во внимание, что ряд затрат по добыче, пере-
работке и обжигу иа единицу готовой продукции, получаемой из
высоко вспучивающихся глин, сокращается пропорционально
увеличению выхода керамзита из печей, то станет очевидным ог-
ромное значение этого фактора для повышения общей технико-
экономической эффективности производства керамзита. Отсюда
272
вытекает задача — при организации производства керамзита
тщательно и всесторонне испытывать керамзитовое сырье и из
испытанных проб выбирать в первую очередь такие его разно-
видности, которые обеспечивают более высокие выходы готовой
продукции.
Необходимо решительней использовать опыт передовых пред-
приятий страны, например Бескудниковского комбината строи-
тельных материалов, уже многие годы выпускающего иа 7 вра-
щающихся печах доброкачественный легкий керамзит из рядовых
местных суглинков, применяя при этом совместный ввод в шнхту
железистых и органических добавок. Возможность введения до-
бавок должна учитываться как на стадии испытания сырья, так
и на стадии освоения производства.
Расходы по добыче сырья. Фактическая себестоимость мест-
ного керамзитового сырья на действующих заводах колеблется
в пределах 0,45—3,85 руб., а в среднем по всем предприятиям
1,45 руб. на 1 м3 керамзита, против максимальной 0,85 руб.,
предусмотренной в калькуляции типовых проектов. Реальность
расчетных затрат по добыче и транспортированию сырья к про-
изводственному помещению подтверждается практикой работы
Кряжского, Харьковского, Салаватского, Саратовского, Витеб-
ского, Бескудниковского и других, заводов керамзита, где эти
нормы уже перекрыты и расходы по сырью на 1 м3 керам-
зита снижены до 0,45—0,75 руб. Расходы иа добычу сырья прежде
всего определяются организацией работ на карьере, отдален-
ностью карьера, степенью использования оборудования и мощ-
ностью предприятий. Особенно велики расходы по добыче на
предприятиях малой мощности при круглосуточной работе. Сте-
пень использования транспортных средств и оборудования на
таких предприятиях составляет лишь 10—30%.
Необходимо стремиться располагать предприятия на эконо-
мически оправданном расстоянии от карьера сырья.
Значительное снижение себестоимости сырья достигается
путем организации добычи в одну, максимум две смены. В этом
случае расходы по добыче местного сырья могут быть сокраще-
ны до 0,45—0,6 руб. на 1 л3 керамзита.
Расходы иа технологическое топливо. Затраты на топливо
при обжиге керамзита составляют 30—50% всех расходов на
его изготовление, колеблясь в пределах 0,97—2,52 руб. на I л3,
против 0,8—1,61 руб., предусмотренных в типовых проектах. Для
обжига керамзита обычно используют мазут и природный газ.
Последний более предпочтителен, так как на 55% дешевле. Од-
нако значительное превышение затрат на обжиг керамзита иа
ряде предприятий объясняется в основном не видом применяе-
мого топлива, а его перерасходом против установленных норм,
что подтверждается практикой работы многих керамзитовых
цехов, например Кряжского, Энемского, Волгоградского, Серпу-
10 Зак. 9S
273
ховского, Саратовского и других, где затраты по топливу на
1 м3 керамзита составляют от 0,97 до 1,06 руб.
Теплотехнические обследования ряда вращающихся печей по-
казали, что на ряде предприятий фактический расход тепла иа
обжиг 1 кг керамзита все еще колеблется в пределах 1 500—
2 500 ккал1кг. Между тем практика работы указанных керамзи-
товых цехов, а также расчеты свидетельствуют о возможности
снижения расхода тепла до 1 100—1 200 ккал на 1 кг керамзита,
т. е. более чем в 1,5—2 раза.
Только применение теплообменных устройств и рациональ-
ных методов сжигания топлива позволяет довести расход топ-
лива до 1 200—1 300 ккал/кг.
Трудовые затраты. Значительный перерасход по трудовым
затратам на ряде действующих установок объясняется их малой
мощностью, неудовлетворительной компоновкой проектных ре-
шений и нерациональным использованием работающих.
Известно, что основное оборудование и отдельные производ-
ственные операции керамзитового производства независимо от
производительности и мощности технологического потока тре-
буют определенного количества обслуживающего персонала.
Очевидна поэтому большая роль фактора производительности
при исчислении трудовых затрат на единицу продукции. Вместе
с тем следует признать, что на ряде предприятий количество ра-
ботающих завышено.
Согласно проектным нормам и практике работы передовых
предприятий количество работающих на предприятиях мощ-
ностью 200 и 100 тыс. м3 в год составляет соответственно 57 и
50 человек. Практически количество работающих на действую-
щих предприятиях нередко превышает указанные цифры на 50—
80%. Особого внимания заслуживает сокращение подсобного и
административно-хозяйственного персонала.
Проектным организациям следует решительно пересмотреть
компоновочные решения типовых проектов, используя практиче-
ский опыт, в частности, Волгоградского керамзитового цеха
с двухбарабанными печами, где выработка иа одного работаю-
щего составляет 3700 лг' в год вместо 1800—2 200 м3 на самых
мощных в стране заводах и 1 200 м3 в среднем по всем пред-
приятиям.
Приведение количества работающих в строгое соответствие
с проектными нормами в целом по заводу и каждой технологи-
ческой операции в отдельности является непременным условием
для снижения трудовых затрат. Реальные резервы по этой статье
расходов исчисляются в пределах 0,2—0,5 руб. на 1 л3 керамзита.
Цеховые расходы на эксплуатируемых предприятиях состав-
ляют от 0,35 до 2 руб. на 1 л3 керамзита против 0,6—8,6 руб. по
типовым проектам, превышая во многих случаях последние почти
в два раза. Наиболее значительный перерасход наблюдается по
статьям «Содержание оборудования» и «Текущий ремонт», осо-
274
бенно из-за частой смены футеровки вращающихся печей. Между
тем износоустойчивость футеровки может быть резко повышена
путем ликвидации остановок печей и рационализации режима
их работы. Например, передовые предприятия, добиваясь устой-
чивой работы футеровки в течение более 12 месяцев, выполняют
эти работы в строгом соответствии с инструкцией по обжигу ке-
рамзита института НИИКерамзит.
Рис. 76. Стоимость стены из керамзитобетона марки 50 в зави-
симости от насыпного веса керамзита и его стоимости
Качество керамзита и технико-экономическая эффективность
его производства. Качество изготовляемого керамзита, в особен-
ности его объемный вес, в значительной мере предопределяет
и технико-экономическую эффективность всего производства.
Из более легкого керамзита получается и более легкий керам-
зитобетон, а следовательно, и более тонкая, обладающая надеж-
ной теплозащитой стена. Во многих случаях может оказаться
выгодным применять дорогой, но легкий керамзит, чем
тяжелый и дешевый. Это видно из номограммы (рис. 76),
разработанной проф. Н. А. Поповым: стена одной и той же стои-
мости получается из керамзита с насыпным весом 600 кг1м3, се-
бестоимостью 7 руб/м3 и с насыпным весом 400 кг]м3, но
себестоимостью 9,5 руб/м3. Из рассмотрения графика видно так-
же, что для двух марок керамзитовых заполнителей с насыпным
275
10*
кэ
Si
Таблица 46
Сравнительная таблица технико-экономической эффективности производства керамзита н аглопорнта из глинистых пород
по действующим типовым проектам
		Состав работающих		Режим работы		еяиая токопрв- 1 квт		I" П& о	X X Z V		Удельные расходы на 1 м* заполнителя							!	1 о а
Проект	Шифр проекта		и	6	I о £			*		к		о 3		1* д 1 т fa			я 1,	<J	a *
	Г од выпуска	всего	В ТОМ ЧИС произвол ствсиных рабочих	число pat чих дней в году	5* 4) д S X ц <v *5	4 £ hl	। V В	бочего в .	1 Я	3 ь *	<	жений в 1 РУб	i		1	л h	трудовые траты в че час.	С. Я X ч а Е	мость I л коп.
Института Гипрострой- ма терналы Цех по производству керам- зита производительностью 2U0 тыс. м3 в год	 Цех по производству керам* эита производительностью 100 тыс. м9 в год		1962 409—865	52 47	36 33	345 345	3 3	728,4 682	5556 3030		810 491		4,05 4.91		9,61 17,96		3,1		0,32 0,57	2-96 3—89	
Цех по производству агло- порита производительностью 100 тыс. л® в год ...	1963 409—909	13	32	345	3	568,8	3125		610.6		6,11		17,65				0.44	3	-94
Института Гипрострой- нндустрня Цех (рекомендованный для повторного применения) по производству агл опори та из глинистых пород производи- тельностью 200 тыс. м3 в год	1963 HP 1161 733-1	42	34	307	3	1925	6323		1019,5		4,7		19		3.6		0.3	3	-06
	1958																		
весом 300 н 500 кг/м3 стены равной стоимости получаются при
стоимости более легкого керамзита 7,5 руб. и более тяжелого —
5 руб. за 1 ма.
Таким образом, анализ составляющих стоимость 1 м3 стены
из керамзитобетонных панелей показывает, что при уменьшении
объемного веса керамзита мощность предприятия как бы уве-
личивается— обстоятельство, тесно связанное с качеством керам-
зита и его себестоимостью.
Расчеты подтверждают, что если бы все керамзитовые пред-
приятия, выпускавшие в 1967 г. керамзит для изготовления круп-
ных стеновых панелей и блоков, добились снижения насыпного
объемного веса до 350—400 кг/м3, то это было бы равносильно
увеличению их мощности на 25—30%, или примерно на 2 млн. ж3.
При этом на постройке керамзитовых предприятий для покры-
тия аналогичной мощности можно было бы сэкономить около
20 млн. руб.
В последнее время ряд авторов утверждают, что себестои-
мость керамзита значительно выше, чем аглопорита, приготов-
ленного из глинистого сырья, а удельные капиталовложения на
организацию производства керамзита в 1,5—2 раза превышают
таковые для аглопорита.
Данные многолетней отечественной и зарубежной практики
в этой области, а также расчеты опровергают это мнение.
В табл. 46 приведены расчетные технико-экоиомическне по-
казатели по типовым проектам цехов по производству керамзи-
та и аглопорита аналогичной мощности, свидетельствующие
о том, что себестоимость керамзита, капиталовложения на ор-
ганизацию его производства не выше, а равны или ниже, чем
для аглопорита. То же самое имеет место при сравнении фак-
тической себестоимости и затрат на организацию производства
керамзита и аглопорита.
Технико-экономическая эффективность
применения керамзита
Одним из общепризнанных путей развития массового произ-
водства крупноразмерных изделий и конструкций для полносбор-
ного гражданского и промышленного строительства, а также
ряда современных инженерных сооружений является применение
легких бетонов на искусственных пористых заполнителях.
Как показал обширный отечественный и зарубежный опыт,
легкие бетоны на качественных пористых заполнителях обладают
высокой конструктивной и экономической эффективностью, а по-
строенные из них здания и сооружения — надежной капиталь-
ностью и долговечностью.
Применение легкого сборного бетона и железобетона в инду-
стриальном строительстве позволяет значительно уменьшить
толщину наружных стен (в 1,5—2 раза против конструкций из
ЮВ. Зак. ss	277
тяжелого бетона), сократить вес строительных элементов и все-
го здания, повысить огнестойкость и улучшить теплозащитные
свойства, увеличить размер детален, облегчить фундаменты н не-
сущие конструкции, уменьшить трудоемкость и стоимость
монтажных работ, расходы материалов, в том числе стали и це-
мента, а также транспортные расходы и сократить сроки строи-
тельства. Так, вес зданий при применении легкого бетона по
сравнению с построенными из типовых конструкций на тяжелом
бетоне снижается почти в 2 раза. Вес перекрытий из легкого
бетона на 30—40% меньше, чем из тяжелого. Установлено, что
уменьшение веса бетона на каждые 10% дает снижение стоимо-
сти изделий на 3%.
Положительное свойство легких бетонов на пористых запол-
нителях состоит в простоте и технологичности изготовления
пз них однослойных панелей н блоков, обладающих высокими
теплозащитными свойствами, стоимость которых иа 20—40%
ниже многослойных панелей с применением утеплителей, а так-
же стен из кирпича.
Высокая экономическая эффективность применения искусст-
венных пористых заполнителей выявляется особенно в стеновых
ограждающих конструкциях. По данным Института экономики
строительства и ЦНИИЭП жилища Госстроя СССР, стоимость
1 ж2 готовой стены жилых зданий из прогрессивных конструкций
на основных видах пористых заполнителей составляет: из керам-
зитобетона— 8,6 руб.; шлакопемзобетопа — 9,1 руб.; перлитобе-
тона — 8,6 руб. и аглопоритобетона —11,9 руб. против 11.4 и
12,1 руб. из слоистых конструкций на тяжелом бетоне с примене-
нием минераловатных утеплителей, а также пенобетона н соот-
ветственно 14,25 и 11,9 руб. из обыкновенного и эффективного
кирпича.
Основной эффект экономии при этом выражается в сокраще-
нии трудозатрат на 20%, расхода стали до 25%, расходов на
транспорт в 1,5—1,75 раза и снижении общей стоимости зданий
до 6%.
Наибольшее распространение из искусственных пористых за-
полнителей для легких бетонов благодаря высоким строительно-
техническим свойствам получил керамзит. Он широко применяет-
ся при изготовлении теплоизоляционных, конструктивно-тепло-
изоляционных, несущих и высокопрочных керамзптобетонных из-
делий и конструкций: стеновых панелей и блоков, перекрытий,
перегородок, балок, плит, колонн, настилов, арок, фундамен-
тов и т. п.
Все более широкое применение находит керамзит в специаль-
ных областях строительной техники и народного хозяйства: судо-
строении, сельском хозяйстве, особенно в транспортном строи-
тельстве и мостостроении для изготовления: плит, проезжей ча-
сти мостов, сборных элементов арочных мостов, балок пролетных
строений, сборных элементов надарочных строений, плит путе-
278
Из слоистых
панелей
Объемный вес бетона В /сг/Л13 .	. . Тяжелый бетон
Толщина конструкций вс/t............ 25	30
Вес в кг ... ....................... 285	311
Стоимость смонтированных сборных кон-
струкций (С) в руб.................... 11,4 12,1
Капитальные вложения (К) в’ руб. . . . 12,2 14,4
В том числе:
на организацию производства конструк-
ций ............................... 7,6	7.6
на организацию производства строитель-
ного сырья и полуфабрикатов (вяжу-
щих заполнителей, утеплителей, ар-
матуры и др.).................... 4,6	6,8
Приведенные затраты в руб.	К . 13»2 14,3
• Показатели определены как расчетные с учетом прог
прнятиям. Для сопоставимости в расчете приняты равные moi
транспортные схемы по переиозке изделий и уровень заводско
ниях определена по нормативам удельных капитальных вложени
•• При расстоянии транспортирования сырья для гтроиз!
кз	••• В числителе —при новом строительстве, в знаменате/
3	•* •••• Ен — нормативный коэффициент экономической эффек
Из однослойных панелей							Из штучного кирпича		
из бетонов на		искусственных по-			из ячеистого бе		а		
	рИСТЫХ	заполнителях			тонн			i t.	
керамзнтобе-		Si'	шлаколемзоое- тонных со шла- ковой пемзой у = 600 кг/м*	1 • 5	у =700 кг/м*		г =	i!	
рамзнтом		аг.ю.юритобет< ных с аглопор том на базе г. у=600 кг'м*		hs			S3 ® °		О
у —350 кг/м1	у = 550 кг/м*			перлнтобе I ных с пер том у=ЗО<5	«л о g н X Д’	а 2 1 х ь и U о и а я л = X	S ° ?1 5 к 3 X 'Ss	82 X 3 t_ EES	X X 4 и
900	1200	1100	1100	800	700	700			—	—
26	32	40	35	25	25	25	66	52	66
234	38-1	560	490	240	175	175	1185	1080	1250
8,9	10,1	11,9	9,1	8,6**	8	7.5	14,25	11,9	10,6
						8,8	13.9	11,8	10,4
11,6	13.3		11,3	12,1	9.6				
		13,5					6,9	6,3	4,7
					6,8	6.8	13°*	!!•••	9,5***
7	7	7	7				6	5,5	3.8
4.6 10,6	6.3	6,5 13,9	4,3 10,8	5,1	2,8 9,1	2	0.9	0,8	0.9
	12,1			10,4"		8,8	16,3	13,7	12,2
							15.3	12,9	11.1
•реггляных проектов отрасли it фактических данных по передовым пред-
цности предприятии по производству стеновых конструкций, одннаконые
й готовности стеновых конструкций. Потребность в капитальных вложе-
,й, утвержденных МПСМ СССР.
эодства вспученного перлита 600 км.
ie —при реконструкции кирпичных заводов.
тнвностн (принят в размере 0,15).
проводов и т. п. К 1968 г. из 35 млн. м3 керамзита, выпущенного
керамзитовыми предприятиями страны, изготовлено около
80 млн. мг стеновых, несущих и специальных ксрамзитобетонных
конструкций. В 1966, 1967 гг. 60% крупнопанельных и 90% круп-
ноблочных домов возведено на базе керамзита. К этому же вре-
мени возведено более 30 мостов с использованием высокопроч-
ных ксрамзитобетонных конструкций.
Таблица 48
Технико-экономическая эффективность
несущих панелей
Панель
Толщина в см	10	30	12	18
Вес в кг ...	100	360	290	123
Приведенная толщнна бе- тона в см . .	10	30	12	12
Расход в кг-. цемента . .	28	95	34	33
стали . . .	0.86	2,84	2	2,8
Затраты труда в чел.-днях; при изго- товлении . .	0,12	0,138	0,12	0,24
на строи- тельстве . .	0,098	0,412	0,098	0.098
Всего . . .	0,218	0,55	0,218	0.338
Стоимость в руб.: заводская	3,2	8,2	3,2	5,2
построеч- ная с наклад- ными расхо- дами ....	4,4	13	4.7	6,9
В настоящее время
открывается большая пер-
спектива применения ке-
рамзита для изготовления
высокопрочных напряжен-
но-армированных высоко-
эффективных конструкций
на базе легкого керамзи-
тобетона с пределом проч-
ности при сжатии 300—
600 кГ/см*
О бесспорной технико-
экономической эффектив-
ности применения керам-
зита свидетельствует дли-
тельная практика его про-
изводства и применения в
СССР и за рубежом. Вме-
сте с тем в последние го-
ды ряд авторов опублико-
вали данные, противоре-
чащие приведенным вы-
ше фактам. Особенно это
относится к оценке срав-
нительной технико-эконо-
мической эффективности
производства и примене-
ния керамзита и аглопо-
рита.
Наиболее дешевыми
стеновыми конструкциями
из легкого бетона марки
50 являются ксрамзптобетонные с объемным весом в пределах
700—900 кг/л;3. Почти равны им по стоимости или несколько до-
роже стеновые конструкции из шлакопсмзобстона. Что же ка-
сается стеновых конструкций из аглопоритобстона, то они при-
мерно иа 30% дороже, чем из ксрамзитобстона и шлакопемзо-
бетона (табл. 47 — по данным НИИЭС Госстроя СССР).
Заслуживают также внимания обобщенные данные института
ЦНИИЭП жилища по технико-экономической оценке различных
конструкций, перегородок и перекрытий. Из анализа данных
280
Таблица 49
Технико-экономические показатели различных перекрытий на 1 м2
Перекрытие
Сплошная несущая па-
нель из тяжелого бето-
на, толщиной 10 см под
линолеум по цементной
стяжке (серия 1-464) . .
Вертикальные пустот-
ные настилы толщиной
22 см под линолеум по
стяжке из гипсоцементо-
бетона..................
Комплексная панель
из керамзитобетона тол-
щиной 10 см с панелями
пола толщиной 4 см и
мастичным полом. . . .
Прямые затраты			Трудозатраты в чел.-днях		
	в руб.				
3 Ж О ЕС	2	в %	строп- ьстве	й о к га	о
а Я	о Е		2 £	га X	ш а
3,1	10,5	100	0,337	0,12	0,449
4,5	8,3	79	0,079	0,28	0,359
5,2	10.6	101	0,14	0,274	0,414
Эталон 4450
(без пола)
До 30 000
(без пола)
Монтажный
вес панели
в кг
3260 (с по-
лом)
табл. 48 видно, что межкомнатные несущие перегородки из ке-
рамзитобетона даже в пятиэтажных домах экономичнее других
конструкции.
Особенно выгодно применение керамзитобетонных между-
этажных перекрытий. Керамзитобетониые перекрытия, обладаю-
щие нормативным теплоусвоснием п звукоизоляцией, на 21%
дешевле эталона (серии 1-464); трудоемкость их изготовления
на строительстве на 76%, а общая трудоемкость на 20% ниже,
чем по эталону. Сокращается также (на 31 %) расход стали, что
составляет существенную экономию — около 2 кг на 1 мг жилой
площади.
Основной технико-экономический эффект керамзита и керам-
зитобетона выражается:
в снижении стоимости наружных стеи, повышении их
эксплуатационной надежности, снижении трудозатрат на произ-
водство и строительство;
в снижении расхода арматуры и повышении заводской готов-
ности с уменьшением трудозатрат при применении керамзитобе-
тона в покрытиях, перегородках и перекрытиях;
в снижении общей стоимости строительства зданий из керам-
зитобетона— до 6% в настоящее время (ожидаемое — до 16%)
при сокращении трудозатрат почти на 20% и расхода стали на
25%, а также расходов на транспорт примерно в 1,5 раза.
281
Сказанное позволяет сделать вывод о высокой технико-эко-
номической эффективности всех искусственных пористых запол-
нителей. Вместе с тем качественная характеристика каждого ис-
кусственного пористого заполнителя, предопределяющая конст-
руктивную и технико-экономическую эффективность применения,
а также целесообразность использования дешевых отходов и
местного сырья, позволяет рекомендовать развитие их произ-
водства по следующему объективному принципу.
В районах расположения металлургических предприятий сле-
дует развивать производство шлаковой пемзы с расчетом потреб-
ления на месте н снабжения ближайших строек.
В районах скопления топливных шлаков, зол, шахтных и дру-
гих углесодержащих пород целесообразна организация производ-
ства зольного гравия и аглопорита.
Во всех других районах страны, располагающих легкоплав-
кими глинистыми породами: глинами, суглинками, трепелами,
сланцами, аргиллитами и т. п., пригодными в чистом виде или
с добавками стимуляторов вспучивания для изготовления керам-
зита, экономически целесообразна организация производства ке-
рамзита. Целесообранзость организации производства искусст-
венных заполнителей должна быть обоснована сравнением
с другими материалами, в частности ячеистыми бетонами.
Глава шестая
ПРОИЗВОДСТВО КЕРАМЗИТА ЗА РУБЕЖОМ
Заводское производство керамзита за рубежом начато
в 1918 г. Наибольшее развитие оно получило в США и Канаде.
В довоенное время производство керамзита было организовано
также в Дании. В конце 50-х годов керамзит начали изготовлять
почти во всех странах Европы.
В США и Канаде широкое распространение получило про-
изводство керамзита преимущественно из глинистых сланцев по
сухому способу, тогда как в европейских странах — из глин и
суглинков по пластическому способу.
ПРОИЗВОДСТВО КЕРАМЗИТА В США И КАНАДЕ
Начало производства керамзита для постройки железобетон-
ных судов с обжигом во вращающейся и туннельных печах,
а также круглых горнах в США относится к периоду первой ми-
ровой войны.
С 1920 г. керамзит стали изготовлять для промышленного и
жилишно-гражданского строительства, а также мостостроения.
По мере накопления опыта выявилась более высокая рента-
бельность вспучивания глинистого сырья на керамзит во вра-
щающихся печах и на спекательных решетках. Поэтому исполь-
зование для этих целей круглых горнов н туннельных печей было
прекращено. Независимо от метода вспучивания и применяемого
оборудования пористые заполнители, изготовляемые из глини-
стого сырья, объединяются общим названием — вспученные гли-
ны н сланцы или керамические заполнители. Вместе с тем в аме-
риканской практике широко распространены фирменные назва-
ния керамзита: хайдит, гравелит, сельсильд, базалейт, роклейт,
материалит и т. п.
Представляет значительный интерес общий выпуск керамзи-
та, достигнутый в США за 45 лет с момента постройки там пер-
вых заводов. По данным за 1963 г., в США работало более
60 керамзитовых заводов с общим объемом выпущенной про-
дукции около 4 млн. л!3 против 1700 тыс. Л!3, изготовленных
в 1954 г. на 33 заводах. В 1968 г. объем выпуска керамзита со-
ставил около 7,5 млн. ле3. Все американские заводы располо-
жены под открытым небом, закрыты лишь концы печей, где ве-
дут подготовку полуфабриката и обжиг.
283
На заводах, построенных в довоенное время, глинистые слан-
цы дробят на крошку главным образом на бегунах сухого помо-
ла. В последнее время бегуны вытесняются более удобными для
этой цели валковозубчатыми дробилками. Раньше для целей об-
жига использовали короткие вращающиеся печн длиной 15—20 м
и диаметром 1,5—2 м. Затем их стали заменять более мощными
печами длиной от 30 до 38 м н диаметром от 1,8 до 2,5 м.
Рис. 77. Керамзитовый завод с двумя вращающимися печами (США)
Примером типичного предприятия по производству керамзи-
та может служить Канзасский керамзитовый завод (рис. 77),
где принята следующая технология. Сырье поступает па завод
с южного конца площадки, по ходу процесса продвигается к се-
верному, где выдается готовый продукт. Сланец добывают от-
крытым способом, загружают в приемные бункера, из ко-
торых материал направляют иа грохот с отверстиями в 100 мм.
Куски меиее 100 мм в поперечнике подают к загрузочной ворон-
ке многоковшового элеватора, а более 100 мм направляют в вал-
ковозубчатую дробилку для первичного дробления. После этого
весь продукт элеватором поднимают в два промежуточных бун-
кера, устроенных над дробилками вторичного дробления. Затем
материал размером до 100 мм. предварительно пропускают
через второе сито для удаления частиц менее 50 мм, а материал
более 50 мм поступает в дробилку, где перемалывается до разме-
ров крошки нс более 50 мм в поперечнике; отсюда его направ-
ляют в приемник главного элеватора, куда поступает и материал,
ранее отсортированный через сито 50 мм. Лишь после этого весь
сырой материал направляют в два силоса для хранения. Си-
лосы (на рнс. 77 видны слева) емкостью по 456 л;3, высотой 18 ле
п диаметром 6,7 м сооружены из железобетонных конструкций
и вмешают двухсуточный запас сырья для двух обжигательных
печей.
Остальная часть завода сконструирована в виде двух парал-
лельных технологических линий каждая мощностью 229 м3 ке-
рамзита в сутки. Из силосов сырой материал транспортером
284
направляют в приемник многоковшового элеватора, оттуда по
трубе через пылеосадительную камеру сырой материал поступает
в обжигательную печь.
Печи длиной 38 и диаметром 2,4 м приводятся в действие
мотором, работают на двух скоростях — 1 и 1,5 об/мин. Продви-
гаясь по печи, материал предварительно подогревается, а затем
вспучивается в зоне вспучивания, расположенной на расстоянии
2—3 м от среза печи. Из печи материал попадает в барабанные
холодильники длиной 15 и диаметром 1,67 м, вращающиеся со
скоростью 3 об/мин. Разгрузочный конец холодильника снабжен
секцией грохотов, которые отсеивают весь материал размером
меньше 50 лглг, а остаток направляют в молотковую дробилку.
Отсеянный и раздробленный материал элеватором поднимают
в силосы для хранения обожженного материала. На верху этих
башен находятся сдвоенные виброгрохоты, которые отделя-
ют материал, годный к немедленному употреблению. Последний
желобами направляют в автомашины, железнодорожные ваго-
ны или для хранения на землю.
С башен материал транспортером направляют в молотковую
дробилку, где его измельчают до размеров зерен менее 9,5 мм
в поперечнике. Размельченный материал поступает в силосы
хранения готовой продукции (на рис. 77 видны справа). Для
каждой секции завода имеется по два силоса тех же размеров
и конструкции, что и силосы для сырого материала. На верху
первого силоса установлены сдвоенные внброгрохоты, из которых
получают материал двух размеров: от 9,5 до 4,8 мм и от 4,8 мм
до пылевидного. После грохочения материал в зависимости от
крупности направляют в первый или второй силос. Таким обра-
зом, каждый силос содержит материал только одного размера.
Материал большего размера снова возвращают в дробилку. Си-
лосы снабжены дозирующими затворами, которые выведены
к транспортеру, с помощью которого выгружают материал. До-
зирующий затвор может быть отрегулирован так, чтобы отмеря-
лось любое количество готового продукта. Для грузового транс-
порта предусмотрены автоматические весы.
Каждая печь снабжена комбинированными горелками для
работы на природном газе и на нефти. Природный газ употреб-
ляют постоянно, а нефть — лишь в зимнее время, когда снаб-
жение природным газом сокращается. Разгрузочный конец печи
соединен с холодильником при помощи герметизированного под-
вижного колпака. Весь воздух, поступающий в печь, предвари-
тельно проходит через холодильник. Холодильник на •/’ длины
облицован пустотелым кирпичом. Внутри холодильника устрое-
ны Z-образные балки, действующие как перемешивающие
устройства, что улучшает условия охлаждения.
Эффективность охлаждения такова, что керамзит, имеющий
на выходе из печи температуру около ЮОСРС, охлаждается до
50? С. В зоне вспучивания поддерживают температуру от 1050
285
до 1100° С. Температура газов при выходе из печи около 480’С.
Пыль и газы из печи с помощью эксгаустера пропускают через
пылеуловитель. Перед выводом в атмосферу газы подают
в охлаждающую башню с извилистыми ходами, которая снаб-
жена соплами для создания тумана, что способствует их очист-
ке. Водоспускная система для удаления пыли из пылеуловите-
ли выведена в отстойник, где пыль оседает, а вода вновь воз-
вращается в водоспускную систему.
Рис. 78. Внешний вид обожженного керамзита иа американском заводе
В печном отделении установлены электронные приборы, ко-
торые регистрируют температуру в различных зонах печи. Щи-
ты управления поставлены в печном отделении. С их помощью
управляют выключателями всех моторов от загрузочного уст-
ройства до силосов готовой продукции. Моторы механизмов,
продвигающих материал из приемных бункеров через элеватор,
транспортеры и дробилки в силосы для хранения сырья, управ-
ляются на расстоянии от щитов, помещенных со стороны холод-
ного конца печей, а моторы, работающие на подаче, дроб-
лении и просеивании готового материала, и погрузочные уст-
ройства управляются от щита, помещенного у горячего конца
печи. Вся электрическая линия включена последовательно, так
что моторы могут быть пущены или остановлены лишь в тре-
буемой последовательности. При этом нагнетающие вентилято-
ры и печные моторы из этого ряда выключены.
Характерно отметить, что большинство керамзитовых заво-
дов США получает после обжига в основном бесформенный ма-
286
тсриал (рис. 78). При наличии в глинах известковых включе-
ний («дутпка») для его обезвреживания керамзит по выходе из
печи орошают водой при помощи распылителей, укрепленных
над ленточным транспортером готовой продукции (рис. 79).
В послевоенный период наряду с постройкой керамзитовых
заводов, работающих по способу вспучивания глинистого сырья
во вращающихся печах, определенное развитие получило произ-
водство керамзита по ме-
тоду обжига различного
глинистого сырья на ре-
шетках.
В последние годы в
США все больше внед-
ряются высокопроизводи-
тельные вращающиеся
печи длиной от 60 до 80 лг,
диаметром от 3,5 до 4,5 м,
производительностью в
пределах 25—50 м3/ч.
Например, в Оттаве (штат
Иллинойс) керамзитовое
предприятие установило
для производства керам-
зита под фирменным наз-
ванием «матсриалит»
большую вращающуюся
печь длиной 60 м, диамет-
ром 3,5 м, производитель-
ностью ОКОЛО 30 Л43/«, или
250 тыс. м3 в год.
В Кигстне, штат Нью-
Рис. 79. Орошение воюй керамзита,
обожженного из глинистого сырья, засо-
ренного известковыми каменистыми
включениями («дутиком»)
Норк, фирма «Нптралит
Эгрегейт» построила но-
вый керамзитовый завод,
работающий по сухому
способу на глинистых
сланцах. Обжиг ведется в большой вращающейся печи с расши-
ренной зоной вспучивания, производительностью 1147 м3 в сутки
(47 м‘/ч), размером 4X4,3X72 м.
Как и большинство керамзитовых предприятий США, ука-
занный завод расположен близ карьера сырья. Сланец добыва-
ют взрывным способом и доставляют на завод (450 м) 22-тон-
яыми самосвалами.
Чтобы получить полуфабрикат приемлемой для вспучивания
формы, сланец дробят в две стадии: первичное дробление —
роторной дробилкой, вторичное — специальной реверсионной
дробилкой ударного действия. Первичная дробилка работает
5 дней в неделю в одну смену, а вторичная — 7 дней в 2 смены.
287
При грохочении, до поступления в печь, дробленый мате-
риал сортируют на 2 фракции: менее 4,7G мм н 4,76 — 50 мм,
с тем чтобы при обжиге получить более однородный материал
и по возможности не производить дробление готовой продукции.
Обе фракции перед печью раздельно складируют в силосы
запаса полуфабриката емкостью 500 и 900 т каждый, а оттуда,
по мере надобности, с помощью ленточных транспортеров до-
зируют во вращающуюся печь через питательную трубу. Печь
снабжена тремя бандажами, ее обороты плавно регулируются
по схеме Леонардо.
Интересны внутрнпечные устройства. На расстоянии 1,8 м
от холодного конца печи имеются металлические лопасти спи-
рального подавателя, которые способствуют быстрейшему пе-
ремещению материала от загрузочной течки.
Вслед за ними идст 5-м секция из 120 гирляндных цепей, а
затем 15-зи звеньевой металлический теплообменник, образую-
щий 4 квадранта. На этом 15-лг отрезке печн, на футеровке,
смонтированы Т-образные перелопачивающие устройства. Фу-
теровка первых 19,5 м печн — огнеупорная, толщиной 15 см.
Затем 27-м секция футерована глиноземистым кирпичом на
40% и 25-л: секция на 70%.
Внутренний диаметр первых 43,8 м печи — 3,96 м и выпол-
нен из трех 22,8-см куполов. Затем идет переходная зона кони-
ческой формы и, наконец, 21-зи секция зоны обжига диамет-
ром 4.3 м.
В качестве топлива используется нефть. В форсунки через
воздуховод подается первичный воздух из окружающей сре-
ды. При этом около 80% воздуха в зону горения поступает в ка-
честве вторичного из холодильника с температурой 350—380° С,
что наряду с теплообменными устройствами значительно сни-
жает расход топлива на обжиг керамзита.
Применяемый для охлаждения барабанный холодильник
размером 3,3X2,7X27 м покоится на двух бандажах и вращает-
ся со скоростью 1,5 об/мин. Его конструкция имеет следующие
особенности. Первые 7 м холодильника — колосниковая ре-
шетка воздушного охлаждения, куда поступает воздух из вен-
тилятора через сегментную систему закрепленных периферий-
ных воздушных камер. Остальная часть холодильника имеет
перелопачивающие устройства и воздух для охлаждения посту-
пает через разгрузочный конец с помощью вентилятора низко-
го давления. Основная часть воздуха, идущего через решетку,
поступает в печь, тогда как большая часть воздуха с зоны пере-
лопачивания уходит в вентиляционную камеру, а оттуда в трубу.
Барабанный грохот на холодном конце удаляет куски раз-
мером более 50,8 мм.
Охлажденный керамзит поступает на сортировку. Завод про-
изводит в основном фракции 9,5X25,4; 4,76X9,5 мм и менее
4,76 мм. Небольшое количество материала фракции 25,4Х
288
Х50.8 л-м идет в отвал. На заводе достигнута высокая выработ-
ка на одного работающего — 8 000—12 000 м3 в год.
Следует, однако, подчеркнуть, что высокая производитель-
ность однобарабанных вращающихся печей указанных размеров
достигается только при производстве керамзитового щебня (ио
не гравия), получение которого обеспечивается дроблением
крупных, в том числе агломерированных, кусков вспученного
материала. Характерная особенность американских предприя-
тии заключается в том, что они располагают большими емко-
стями для складирования полуфабриката перед его поступле-
нием на обжиг. Это позволяет вести переработку сырья (добы-
чу сланца, дробление и рассев) в одну смену в течение всего
лишь 3—5 дней в неделю, тогда как оборудование для вспучи-
вания материала работает непрерывно и круглосуточно.
Значительный интерес представляет экономика изготовления
керамических заполнителей в США во вращающихся печах и на
спекательных решетках. Прн равной производительности пред-
приятий себестоимость керамзита равна нли ниже себестои-
мости аглопорита. Это подтверждает также н практика
(табл. 50).
Каждое предприятие выпускает заполнитель в расфракцно-
нированном виде в соответствии с потребностями легкобстонной
промышленности. Чаще всего выпускаются следующие фракции
заполнителя: 19,2—12,7; 19,2—9,5; 19,2—6,4; 12,7—4,8; 9,5—4,8;
4,8—0 мм.
Насыпной вес керамзита в зависимости от зернового соста-
ва колеблется в пределах 500—1000 кг/м3. Еще до недавнего
времени подавляющее большинство керамзитовых предприятий
США и Канады изготовляло относительно тяжелые сорта ке-
рамзита. При этом отдельные фракции керамзита получались
главным образом в виде щебня дроблением вспученных во вра-
щающихся печах или на решетках крупных кусков или глыб
материала. В последние годы заметна тенденция к переходу на
выпуск во вращающихся печах более легких марок заполнителя
в виде округленных зерен — керамзитового гравия. Это дости-
гается использованием хорошо вспучивающихся разностей глин
н глинистых сланцев и предварительным фракционированием
перед обжигом исходной крошки полуфабриката с тепловой об-
работкой каждой фракции отдельно.
Основной областью применения керамзита в США является
производство различного рода сборных бетонных и железобетон-
ных изделий и конструкций (обыкновенных и предварительно
напряженных), а также монолитных конструкций при строи-
тельстве в сейсмических районах и на слабых грунтах. Керам-
зитобетон нашел применение как теплоизоляционный материал,
а также в качестве сырья для производства черепицы. Освоено
производство плиток для полов из керамзита с органическим
вяжущим. Многие фирмы выпускают керамзитобетонные стено-
289
ГО	Таблица 50 работы предприятий США, выпускающих керамические заполнители во вращающихся						
Сравнительная характеристика							
	печах и на решетка		х, и стоимости продукции				
	Фирменное	Способ		фрак- мм	««4 -О	Оборудование и его производи-	_. * ° км
Фирма	название продукции	производства	Сырье	Размер цнй в	и» Ояя	телыюсть в год	= Я 5° о S О t- ci а О ч> п и
«Массалите», Пленвилль, близ Бостона	Массалит	Спекатель- ная решетка	Сланцевая глина	18,9 9,4	665 1050	2 спекательные решетки про- изводительностью 150 тыс. а<3 каждая	8,5
«Материале», Оттава, близ Чикаго	Материал ит	Вращающие- ся печи	Мягкий сланец	18,9 9,4	790 1048	2 малых и 1 большая вра- щающаяся печь 60x3,5 м об- щей производительностью 265 л«3	4,5
«Крестиллит» около Лос-Ан- желеса	Крестиллит	То же	Глина	15,6 7,8 3,0	555 640 720	Вращающаяся печь длиной 60 л, диаметром 3,5 м произ- водительностью 250 тыс. л<э	5
«Техас Индустрия», Даллас	Хайдит	»	Сланцевая глина	18,9 9,4 3,0	585 640 720	4 вращающиеся печи длиной 21 м общей производительно- стью 130 тыс. м3	4,5
«Даниэль и К°», Мемфис,	—	Спекатель-	Желто-ко-	18,9	585	1 спекательная решетка про-	5
Тепп		пая решетка	ричпевая глина	9,4 Песок	655 955	изводительностью 100 тыс. т	6
«Бнк Ривер», Новый Орлеан	Гравелит	Вращаю- щаяся печь	Сланец	9,4— 18,9 0—6,3	560 785	3 вращающиеся печи разме- ром 50x2,4 м общей произво- дительностью 350 тыс. м3	4,5
«Шалите корпорейшн», Кнох- вилл, Тепп	Шалите	Спекатель- ная решетка	Сланцевая глнна	9.4- 18,9 0—6,3	605 890	1 спекательная решетка про- изводительностью 110 тыс. Ai3	5,5 4,9
«Нитралит» Эгрегейт, Нью- Йорк	Нитр алите	Вращающие- ся печи	Твердый сланец	'1.4 13.9 5-9,5 0-5	| 635 800	1 вращающаяся печь разме- ром 80 X 4,5 производительно- стью 300 тыс, лР	6
вые блоки, трубы, вентиляционные блоки и другие изделия. Так,
например, завод «Техскрет» фирмы «Промышленность Техаса»
изготовляет до 79 различных изделий из керамзитобетона,
включая крупные стеновые блоки, блоки размером в кирпич, бе-
тонные блоки с глазурованной поверхностью и т. д.
Особенно значительное развитие в США получило приме-
нение керамзита в высокопрочных напряженно-армированных
конструкциях с объемным весом 1600—1800 м3 и пределом
прочности при сжатии 300—600 кГ/см2.
В этих конструкциях используется примерно третья часть
керамических пористых заполнителей, из них керамзита 80% и
аглопорита 20%. В 1963 г. доля керамзитобетона в объеме все-
го производства товарного бетона составляла 4%, а в крупных
городах, например Нью-Порке, где строятся высотные здания,—
10—15%- На предприятиях же, изготовляющих предварительно’
напряженные конструкции, доля керамзитового заполнителя со-
ставляла 19%-
По нормам США, предел прочности прн сжатии в возрасте
28 суток должен быть: для монолитного бетона в неответствен-
ных конструкциях 250—300 кГ /см2, в ответственных (колонны,
покрытия, оболочки) — 410 кГ/см2, для сборного железобетона
330—410 кГ/см2. Как правило, на практике эти значения превы-
шаются и на большинстве предприятий, производящих предва-
рительно напряженные конструкцш , прочность бетона в возрасте
28 суток составляет 410—490 кГ/см2.
Среди сооружений, выстроенных с применением керамзито-
железобетона, имеются уникальные. Так, например, здание за-
ла собраний Иллннойсского университета в г. Урбана выполнено
в виде купола с покрытием из керамзитожелсзобетона. При-
менявшийся бетон имел прочность 330 кГ/см2 и объемный вес
1 700 кг/м3. В 22-этажном здании отеля в г. Денвере все несу-
щие конструкции выполнены из керамзитожелсзобетона. Проч-
ность на сжатие керамзитобетона, применявшегося для колонн,
410 кГ/см2, а для грибовидных перекрытий с плитой толщиной
24 см — 310 кГ/см2 при объемном весе 1540 кг/м3. Благодаря
применению вместо обычного тяжелого бетона керамзитобетона
вес здания был снижен на 6 800 т.
Уникальной конструкцией из керамзитожелсзобетона являет-
ся покоящееся на четырех опорах покрытие нз четырех оболо-
чек здания в Нью-Йоркском международном аэропорту. Эта кон-
струкция перекрывает помещение размером в плане 90x60 м;
толщина оболочки 15 см; предел прочности при сжатии приме-
ненного керамзитобетона в возрасте 28 суток 410 кГ/см2, объ-
емный вес 1850 кг/м3.
Обычно размеры сборных предварительно напряженных ба-
лок унифицированы, но отмечаются случаи применения балок
необычайно больших размеров — длиной 45, высотой 1,5, ши-
риной 2,4 м, весом 45 т, изготовляемых на стендах.
291
Об экономической эффективности применения ксрамзнтобс-
тона в США публикуется большой материал. Например, при
постройке 12-этажного здания размером в плане 30X60 м при-
менение керамзитобетона позволило сократить его стоимость
на 13%.
Подобная экономия получена при строительстве гостиницы
в Лос-Анжелесе: применение 38 000 м3 керамзитобетона позво-
лило снизить вес конструкций на 33 500 т и получить экономию
в 15%.
Керамзит в США нашел применение также в мостостроении
и в судостроительной промышленности. Компания «Джорджиа»
опубликовала сообщение, что судно «Сэлма», построенное нз
бетона на керамзитовом заполнителе во время первой мировой
войны и затопленное в Техасской гавани, было обследовано че-
рез 34 года. Бетон при этом хорошо сохранился, а арматура нс
испортилась. Прочность керамзитобетона за указанное время
увеличилась с 300 до 1000 кГ/см2.
В Канаде первый завод по производству легких заполните-
лей из сланцев мощностью около 180 тыс. м3/год был построен
в 1927 г. В настоящее время в Канаде эксплуатируются четыре
керамзитовых завода. Способы производства керамзита здесь
аналогичны американским.
ПРОИЗВОДСТВО КЕРАМЗИТА В ДАНИИ, АНГЛИИ И НОРВЕГИИ
Производство керамзита в западноевропейских странах зна-
чительное развитие получило лишь в последнее десятилетие.
На первых керамзитовых предприятиях, по примеру США, в ка-
честве основного оборудования использовались короткие одно-
барабанныс вращающиеся печи.
После того как в СССР был разработан и опубликован но-
вый способ производства керамзита по ступенчатому принци-
пу с предварительной подготовкой материала до 200—600° С и
последующим его вспучиванием в короткой вращающейся печи
при 1050—1200° С, частным случаем которого является двухба-
рабанная схема, в западноевропейских странах широкое приме-
нение получили двухбарабанные печи, почти полностью вытес-
нившие однобарабанные.
В настоящее время производство керамзита с обжигом
в двухбарабанных печах организовано во всех странах Запад-
ной Европы: Дании, Норвегии, ФРГ, Финляндии, Англии,
Франции, Швейцарии, Австрии и других. Для примера приво-
дятся данные о производстве керамзита в Дании и Англин.
Производство керамзита в Дании начато в 1939 г. В после-
военный период керамзитовое производство в Дании расширено
и модернизировано. В частности, датские специалисты одни из
первых в мировой практике применили разработанный в Со-
ветском Союзе способ производства керамзита по ступенчатому
принципу с обжигом в двухбарабанных печах.
292
Общий выпуск керамзита с фирменным названием «Лека»
в Дании составляет около 800 тыс. л»3.
В качестве сырья в Дании используются богатые окислами
железа тонкоднспсрсные легкоплавкие глины с незначительным
содержанием извести, позволяющие получать керамзитовый
гравий с насыпным объемным весом в пределах 240 —
400 кг/м3. Обжиг керамзита ведут в двухбарабанных печах об-
щей длиной около 55 м. Суточная производительность каждой
такой печи колеблется от 135 до 165 т (в среднем 150 т).
При объемном весе керамзитового гравия 350 кг/м3 произ-
водительность одной двухбарабанной печи составляет; в 1 ч —
20 м3, в сутки — 430 л»3, в год — 150 000 м3.
Для облуживания керамзитового завода с одной вращаю-
щейся печью требуется 40 рабочих, а двух (общей производи-
тельностью 300 тыс. л»3 в год) — 60 человек. Расход топлива на
производство 1 кг керамзита составляет около 1000 ккал.
На основе легкого керамзита, выпускаемого фирмой «Лека»,
в Дании получают легкие бетоны с объемным весом от 450 до
1750 кг!м3 и пределом прочности при сжатии от 10 до 300 кГ/см2.
В послевоенный период в Англии делались неоднократные
попытки организовать производство керамзитового гравия
в обычных однобарабанных вращающихся печах. Однако труд-
ности были преодолены лишь в последние годы, когда вновь
созданная фирма «Лека» построила в Эссексе керамзитовый за-
вод по новой, двухступенчатой технологии с использованием
для обжига керамзита двухбарабанных печей.
Производственный процесс на этом заводе имеет следую-
щую последовательность. Добытую на карьере голубую глину,
залегающую под пластами сырья, используемого для производ-
ства красного кирпича, доставляют самосвалами к производст-
венному корпусу, где сваливают в подаватель, а оттуда по на-
клонному конвейеру поднимают и передают на верхний конвей-
ер глинозапасника.
С помощью многоковшового экскаватора на рельсовом пути
и иижнего конвейера глину переправляют в помещение пере-
работки сырья. Здесь она попадает в питатель н конвейером
направляется в камнеотделитсльные вальцы, а оттуда на бегу-
ны мокрого помола с верхним приводом. Сюда же вводятся и
добавки для повышения вспучиваемости сырья. Переработанная
на бегунах глина попадает на нижнюю приемную тарелку, со-
бирается в небольшой бункер, установленный над конвейером,
и направляется в двухвальный смеситель. Затем стальным кон-
вейером глину поднимают к высокоскоростным дифференци-
альным вальцам тонкого помола, где оставшиеся крупинки
сырья измельчаются до 0,1 мм. Полученные здесь комья —
«корки» хорошо переработанной глины конвейером направля-
ют в приемную воронку двухбарабанной вращающейся печи на
обжиг. Последняя состоит из двух барабанов: барабана предва-
293
рительной тепловой подготовки диаметром около 2,5 м, кото-
рый входит в барабан вспучивания диаметром около 3.5 м.
Скорость вращения подготовительного барабана 1—3 об/мин,
а обжигового — 3—5 об/мин. Места стыков барабанов изолиро-
ваны специальной прокладкой, предупреждающей выпадение гра-
нул и подсос воздуха. Оба барабана имеют самостоятельные
приводы для вращения и регулирования режима обжига.
Барабан предварительной тепловой подготовки снабжен теп-
лообменными лопастными устройствами, которые одновременно
Рис. 80. Схема технологического процесса ироизлодства керамзитового
гравия на заводе фирмы «Лека»
/ — карьер глины; 2 —экскаватор; 3 — опрокидяые вагонетки; 4 — ящичный питатель;
5—винтовые камневыделительныс вальцы; 6—бачок с водным раствором сульфитно-
спиртовой барды; 7, 8—двухвальные глиномешалки; 9 — гладкие вальцы; 10—транс-
портер со стальной лентой: //—печь для обжига керамзита: /2—пластинчатый тран-
спортер, 13— вентилятор; 14 — наклонный транспортер, 15— грохот: 16—силосы
Для обжига керамзита применяют смешанное топливо —
уголь и мазут. Управление процессом обжига частично автомати-
зировано. Охлаждают керамзит в камерных холодильниках спе-
циальной конструкции. Заполнитель рассевают на трн фракции:
около 8—19; 3—8 мм и менее 3 мм (песок).
Для хранения и выдачи готовой продукции предусмотрены
силосные банки.
Примерно по такой же технологической схеме работают ке-
рамзитовые заводы с двухбарабанными печами и в других стра-
нах. Б качестве примера на рис. 80 показана схема технологи-
ческого процесса производства керамзитового гравия на заводе
фирмы «Лека» (Норвегия).
294
ПРОИЗВОДСТВО КЕРАМЗИТА В ЧССР
Производство керамзита получило развитие почти во всех
социалистических странах Европы. Построены и работают ке-
рамзитовые предприятия в Чехословакии, Польше, Болгарии,
ГДР. Проведены необходимые исследования и опытные работы
для организации заводского производства керамзита в Румы-
нии. Венгрии и Югославии.
В Чехословакии первый керамзитовый завод был построен
в г. Братиславе еще в 195G г., а в 19G6 г. новый крупный ке-
рамзитовый завод производительностью 150 тыс. м3 заполните-
ля в год был построен в Винтиржове близ Карловых Вар.
Рис. 81 Общий вид керамзитового завода в Винтиржове
Сырьем для производства керамзита здесь служат третич-
ные хорошо вспучивающиеся глнны, мощным (20—60 м) пла-
стом покрывающие залежи бурого угля.
На заводе в Винтиржове (см. рис. 81) принята весьма про-
стая технологическая схема. Доставляемую на завод глнну раз-
гружают в закрытое глинохранилище, откуда многоковшовым
экскаватором по ленточному транспортеру направляют для пе-
реработки и грануляции в модернизированный ящичный пода-
ватель с ножевыми вальцами иа конце. Последние в основном
лишь гранулируют пластичную глину. Следует, однако, подчерк-
нуть, что такая привлекающая своей простотой переработка мо-
жет быть допущена лишь для случаев использования однород-
ного по составу глинистого сырья, не требующего дополнитель-
ной гомогенизации илн добавок стимуляторов вспучивания. При
применении же неоднородного сырья во избежание резкого
ухудшения вспучивасмости необходима тщательная переработка
и гомогенизация сырья с разрушением его природной структуры.
295
После грануляции на ножевых вальцах глина поступает на
обжиг в две вращающиеся печн размером 3,5X57 м каждая,
установленных под углом 5% с регулируемой скоростью враще-
ния (от 0,5 до 1,5 об/мин). Обжиг керамзита в зимний период
ведут с помощью бензина, а летом — генераторного газа. Тем-
пература вспучивания колеблется в пределах 1050—1100° С. На
выходе из печей отходящие газы имеют температуру 450—
500° С, нх тепло используется в котлах-утилизаторах для про-
изводства пара.
Вспученный материал направляют в барабанные холодильни-
ки размером 2,5x21 м, где охлаждают до 50—75° С. Из холо-
дильника керамзит транспортируют на вибросито и отдельные
его фракции распределяют по 4-м цилиндрическим силосам, из
которых выдают потребителям.
Объемный насыпной вес керамзита, получаемого в Вннтир-
жове, колеблется в пределах 350—600 кг/м3.
ПРОИЗВОДСТВО КЕРАМЗИТА В ЯПОНИИ
Производство керамзита в Японии начато в послевоенный
период. Основным его производителем является фирма, выпус-
кающая около 60% всех пористых заполнителей, изготовляемых
в Японии. Как и в США, керамзит изготовляется в основ-
ном из глинистых сланцев или плотных глин по сухому способу
обжигом дробленого сырья во вращающихся печах.
Один из заводов указанной фирмы, расположенный близ
г. Токио, выпускает 500 м3 керамзита в сутки под названием
«Месалите».
Сырье — сланцевая глина — сперва проходит первичное
дробление в валковозубчатой дробилке и направляется в от-
крытое глинохранилище. Отсюда глина поступает в дробильно-
сортировочное отделение, где в дробилках ударного типа прохо-
дит вторичное дробление и сортировку по замкнутому циклу иа
две фракции: 0—2.5 и 6—20 мм.
Завод располагает двумя вращающимися печами диамет-
ром 2,4—3,2 м и длиной 49 м каждая. В одной из них обжигают
мелкую фракцию (0—2,5 мм) на керамзитовый песок, а в дру-
гой — крупную фракцию (6—20 мм).
Печи работают на природном газе. Вспучивание происходит
при 1200° С. Скорость вращения печей 1,5 об/мин. Керамзит ох-
лаждают в барабанных холодильниках размером 1,95x27,5 м,
в которых вспученный материал остывает до 270° С. Затем ма-
териал поступает на грохот, где сортируется на три сорта —
крупный, средний и мелкий. Печн снабжены контрольно-изме-
рительной аппаратурой, регистрирующей, в частности, число обо-
ротов моторов, скорость вращения печей и температуру у загру-
зочного конца печи, в зонах вспучивания н охлаждения.
296
Как и в других странах, керамзитовые предприятия Японии
испытывают затруднения при обжиге во вращающихся печах
глинистого сырья с коротким интервалом вспучивания.
В качестве мер борьбы с явлением слипания гранулирован-
ного материала при обжиге фирма «Осака цемент Ко, Лими-
тед» после детального исследования предложила ряд технологи-
ческих и конструктивных решений
Место отбора пробы	Перед за- грузкой в печь	Б конце зоны сушки	Перед зоной вспучивания	В конце зоны вспучивания
Количество порошка с размером зерен менее 0,6 мм	1,2	8,5	10.2	II
Учитывая собственный н зарубежный опыт, японские специа-
листы считают, что покрытие гранул огнеупорными порошками
является действенной мерой борьбы со слипанием гранулиро-
ванного материала при обжиге керамзита во вращающихся пе-
чах. Однако более глубокие исследования показали, что нали-
чие значительного количества мелких фракций в обжигаемом
материале, образующихся как при грануляции глинистого
сырья, так и в процессе механического измельчения и истира-
ния при передвижении в печи, парализует благоприятное дейст-
вие огнеупорных порошков (обычного или тонкоразмолотого
кварцевого песка, огнеупорной глииы, каолина и т. п.) (табл. 51).
Из данных табл. 51 видно, что чем боль-
ше огнеупорный порошок загрязняется ме-
лочью обжигаемого материала, тем ниже
технически возможная температура обжига.
Наоборот, при меньшем содержании мело-
чи температура обжига для достижения
эффективного вспучивания может быть по-
вышена без опасения слипания гранул.
Японские специалисты предложили ряд
практических способов отделения мелких
фракций в процессе обжига с вводом огне-
упорного порошка для покрытия гранул
лишь на более крупнозернистый материал.
Табл н ца^5|
Влияние содержания
мелочи обжигаемого
материала иа эффек-
тивность покрытия
гранул огнеупорными
порошками
1150
1230
1250
1270
1290
1310
1330
2,15
2,2
1.85
1,54
1,36
1,18
0,98
юо
66
57
50
45
25
21
Например, по одному нз способов в про-
цессе передвижения материала во вращаю-
щейся печи мелкие фракции отсеиваются
специально встроенными с наружной сторо-
ны обечайки ситами (рнс. 82), а огнеупор-
ный порошок вводится на подходе к зоне
вспучивания через воронку.
И Зан. 95
297
По другому способу вращающаяся печь для обжига керам-
зита расчленяется на два отдельных взаимосвязанных бараба-
на. В первом из них материал нагревается применро до 850—
1000° С, во втором — до температуры вспучивания.
Рис. 82. Схематический вид обжигового оборудования, J
приспособленного к отсеву мелких фракций в целях
предотвращения слипания материала в печи
а—по однобарабэнной схеме: 7—сита для удаления мелочи;
2—воронка для подачи огнеупорного порошка; б—по двухбара-
банной схеме: 7—решетка для отсева мелочи; 2—бункер для
огнеупорного порошка ; 3 — барабан тепловой подготовки;
4 — барабан вспучивания
Мелкие фракции отсеивают в процессе пересыпания мате-
риала из первого во второй барабан через сита, а огнеупорный
порошок поступает в зону вспучивания через бункер.
В ряде других способов и их вариантах используется прин-
цип ситового или воздушного удаления мелких фракций с пода-
чей огнеупорного порошка на относительно крупнозернистый
материал через форсунку для сжигания топлива. При удалении
мелких фракций расход огнеупорного порошка для покрытия
гранул обжигаемого материала для предотвращения их агломе-
рации резко сокращается и составляет 3—10% их веса.
2 98
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Директивами XXIV съезда КПСС подчеркивается, что глав-
ная задача девятой пятилетки состоит в том, чтобы обеспечить
значительный подъем материального и культурного уровня жиз-
ни народа на основе высоких темпов социалистического произ-
водства, повышение его эффективности, научно-технического
прогресса и ускорения роста производительности труда.
В развитие заданий по новой пятилетке Госстрой СССР сов-
местно с заинтересованными ведомствами разработал большую
программу по развитию материальной базы строительства.
В программе нашли отражение положения, вытекающие из опы-
та современного индустриального строительства о прогрессив-
ной роли искусственных пористых заполнителей в производстве
экономичных сборных легкобетонных, особенно крупноблочных,
панельных н объемных конструкций. В связи с этим в текущем
пятилетии предусмотрено увеличение производства искусствен-
ных пористых заполнителей более чем в 2 раза, с доведением их
выпуска в 1975 г. до 39 млн. л3, в том числе керамзита 28 млн. jm3.
Выпуск керамзита намечается увеличить как за счет постройки
новых керамзитовых предприятий по проектам с повышенным
техническим уровнем на общую мощность 17 млн. м3, так и ос-
воения проектных мощностей и увеличения производства керам
зита действующими керамзитовыми предприятиями на 3—
4 млн. м3 путем внедрения нового оборудования, совершенство-
вания технологических процессов, выявления и использования
резервов, комплексной механизации и автоматизации произ-
водства.
Мероприятия по повышению технического уровня
и технико-экономических показателей производства
керамзита на действующих керамзитовых предприятиях
Высокая технико-экономическая эффективность применения
керамзита в строительстве общеизвестна. По данным НИИЭС
Госстроя СССР, экономическая эффективность применения 1 jm3
керамзита и других пористых заполнителей составляет более
6 руб. Прн этом только за период 1967—1968 гг. от применения
легких бетонов иа пористых заполнителях (в основном иа керам-
зите) достигнута экономия 150—160 млн. руб., а за 1967—
1969 гг. она превысила 200 млн. руб.
Опыт и расчеты показывают, что в керамзитовой промышлен-
ности имеются большие резервы для дальнейшего, еще боль-
шего повышения технико-экономической эффективности произ-
водства. На действующих предприятиях еще низки показатели
использования проектных мощностей и оборудования (0,7—0,8),
в ряде случаев высока себестоимость керамзита, на многих пред-
приятиях занижена выработка на одного работающего (менее
11»	*	299
1500 jh3 в год), недостаточна фондоотдача, чрезмерно велики ка-
питаловложения, достигающие 10—13 руб. на 1 м3 заполните-
ля, и т. п.
За 12 лет массового производства керамзита в СССР накоп-
лен большой опыт его изготовления в самых разнообразных
условиях, использование которого в обобщенном виде позволяет
резко повысить технический уровень, производительность труда
и значительно улучшить технико-экономические показатели ра-
боты почти любого действующего керамзитового предприятия.
Типовые вращающиеся печи размером 2,5X40 м, установлен-
ные на подавляющем большинстве керамзитовых предприятий,
имеют условную производительность 100 тыс. м3. Практически
указанная производительность достигается только на предприя-
тиях, использующих хорошо вспучивающееся сырье. На всех
остальных она колеблется в пределах 75—90 тыс. jm3, что крайне
неблагоприятно сказывается на производительности труда и эко-
номических показателях производства керамзита.
Установка барабана вспучивания размером около 3,5X20 м
к барабану, ранее служившему обжиговой печью, размером
2.5X40 м и виутрнпечных теплообменников типа ячейковых
в барабан тепловой подготовки позволит повысить производи-
тельность обжигового оборудования керамзитового цеха в сред-
нем на 50%. При этом надо иметь в виду, что, как правило, про-
изводительность перерабатывающего и гранулирующего глину
оборудования намного превышает производительность обжиго-
вого, и в этом случае новые его мощности не потребуются.
Подобная частичная реконструкция керамзитовых цехов по-
зволит существенно снизить капитальные затраты иа развитие
производства керамзита, радикально повысить производитель-
ность труда и снизить себестоимость керамзитового гравия. Кро-
ме того, при переходе на производство керамзита по ступенча-
тому принципу с термообработкой по двухбарабанной схеме
вспучиваемость материала значительно возрастает, а насыпной
вес на одну-две марки снижается.
Установка к действующим коротким вращающимся печам за-
печных теплообменно-подогревательных устройств шахтного, ко-
лосникового, конвейерного или комбинироваииого типа, позво-
лит организовать обжиг керамзита по ступенчатому способу,
резко увеличить вспучиваемость обжигаемого сырья и сократить
почти в два раза расход топлива на обжиг. В запечных тепло-
обменниках гранулированный материал нагревается отходящим
из печи теплом до 200—600° С в зависимости от свойств исход-
ного глинистого сырья, а дальнейшее быстрое нагревание и
вспучивание осуществляется в короткой вращающейся печи.
При использовании запечных теплообменно-подогреватель-
ных устройств размеры действующей обжиговой печи остаются
прежними, общий положительный эффект их внедрения будет
слагаться из повышения производительности обжигового обору-
300
дования на 20—30%; снижения расхода технологического топ-
лива на 30—50%; уменьшения насыпного объемного веса мини-
мум на одну марку, сокращения себестоимости продукции, по-
вышения производительности труда и экономической эффектив-
ности керамзита прн применении в строительстве.
Установка порогов перед зоной вспучивания вращающихся
печей позволит иа 7—12% уменьшить расход топлива, увеличить
до 10% производительность печи и примерно на полмарки сни-
зить насыпной объемный вес керамзита. Большой опыт приме-
нения порогов во вращающихся печах накоплен на многих ке-
рамзитовых предприятиях страны — в Москве, Ленинграде, Куй-
бышеве и других городах.
Использование железистых и органических добавок при тща-
тельной гомогенизации массы из слабо и средне вспучивающихся
глин и суглинков гарантирует повышение вспучиваемости глин
и снижение объемного веса керамзита в 1,5—3 раза.
Особенно высокий и устойчивый эффект повышения вспучи-
ваемости глинистого сырья при использовании железистых и
органических добавок достигается при обжиге керамзита в ней-
тральной и слабоокислительной средах с нормальным избытком
воздуха при ступенчатом способе производства керамзита.
Опудриванне глинистых гранул огнеупорными порошками не-
посредственно в зоне вспучивания вращающейся печи пред-
отвращает слипание зерен керамзита, если исходное глинистое
сырье имеет недостаточный температурный интервал вспучива-
ния, а также позволяет повысить температуру обжига керам-
зита и тем самым значительно увеличить интенсивность вспучи-
вания материала. С помощью этого технологического приема
можно добиться снижения насыпного объемного веса керамзи-
та до 300—400 кг/л3 даже из слабо вспучивающегося сырья.
Недостатком применяемых приемов опудривания является
то, что в процессе вспучивания обнажается поверхность гранул
и наблюдается тенденция к их слипанию. При применении
указанных приемов расход огнеупорного порошка увеличивается
до 10—12%. Наиболее эффективным методом является опудрн-
вание огнеупорными порошками, внесенными в печь с помощью
специальных ковшей, или другими приспособлениями непосредст-
венно перед зоной вспучивания барабана. Попадая в зону вспу-
чивания, где господствуют максимальные температуры мате-
риала и факела горения, вращаясь вместе с размягчающимися
при нагревании гранулами, огнеупорный порошок обволакивает
их и налипает на поверхность, в том числе и обнажаемую в про-
цессе вспучивания, предотвращая тем самым слипание зерен
керамзита даже в случае значительного повышения температу-
ры обжига против обычной.
Этот метод успешно опробован в цементной промышленно-
сти и на керамзитовых заводах, в частности в г. Чебоксары, и
может быть рекомендован для массового внедрения.
331
Повышение прочности керамзита путем регулируемого охла-
ждения. Независимо от типа холодильного устройства правиль-
ный режим охлаждения должен обеспечить:
непрерывное охлаждение керамзитового гравия, выходящего
из вращающейся печи с температурой 950—1000° С, до 50—80° С
за 35—40 мин;
выдержку для кристаллизации расплава и упрочнения ке-
рамзита в пределах указанного времени при 650—800° С в те-
чение 25—30 мин;
охлаждение керамзита от 650 до 50 —80° С со скоростью око-
ло 50 град!мин;
равномерное охлаждение керамзитового гравия по всей тол-
щине слоя; возврат на обжиг во вращающуюся печь минимум
40—60% тепла, высвободившегося в процессе охлаждении керам-
зитового гравия
Охлаждая керамзит по указанному режиму, можно добиться
повышения его прочности до требований, установленных ГОСТом.
Значительно повысить прочность керамзита можно также, при-
меняя добавки катализаторов кристаллизации, например пири-
та и рутила.
Кроме того, на действующих керамзитовых предприятиях
целесообразно установить объемно-весовые мерители произво-
дительности вращающихся печей и модернизированные горелки
н форсунки, позволяющие снизить на 5—7% расход топлива и
повысить на 5—8% производительность печей; внедрить авто-
матическую систему регулирования температуры в зоне вспучи-
вания, позволяющую улучшить режим обжига керамзита и сни-
зить на 3—5% расход топлива.
О большой технико-экономической эффективности внедрения
на действующих заводах изложенных рекомендаций свидетель-
ствуют данные, приведенные в табл. 52.
Таблица 52
Техиико-экоиомические показатели производства керамзита по типовому проекту Гипростром № 409-24-2 до и после модернизации		
Показатель	По типовому проекту цеха керлмзнта № 409-24-2 по пластическому способу	После установки барабана вспучивания
Годовой выпуск керамзита a jw3 Насыпной объемный вес керамзита	100000	150 000
в кг'я3 	 Расход топлива в ккал на 1 кг ке-	400	350
рамзнта ..... 		1G00	1000
Списочная численность работающих	63	50
Выработка на 1 работающего в год п ,ия	 Капиталовложения на 1 м3 керамзи*	1587	3000
та в руб.—коп	 Себестоимость 1 м3 керамзита	13-00	8—50
а руб.—коп.	6—46	5—40
302
Пути технического прогресса в производстве керамзита
Рациональное размещение керамзитовых предприятий в соот-
ветствии с наличием керамзитового сырья и потребностью в по-
ристых заполнителях. В ряде случаев организации производства
керамзита не предшествуют всесторонние изыскания глинистого
сырья и аналитические обоснования экономической целесообраз-
ности постройки в данном районе керамзитового предприятия
с учетом перспективы его развития. Построенные в этих усло-
виях маломощные установки нередко выпускают дорогой и не-
качественный заполнитель, который утрачивает присущую керам-
зитовому гравию высокую технико-экономическую эффектив-
ность прн применении.
Наша страна богата не только разнообразными сырьевыми
источниками для производства пористых заполнителей, в том
числе дешевыми отходами промышленности, например метал-
лургическими шлаками и золами ТЭС, наличие которых должно
учитываться при организации производства, керамзита, но и
другими эффективными материалами, конкурентоспособными
в настоящее время с легкими бетонами на пористых заполните-
лях, например ячеистыми бетонами.
Поэтому организация производства керамзита по примеру
других отраслей промышленности должна осуществляться иа
объективной научной основе с тщательным экономическим обос-
нованием выбора заполнителя, места постройки предприятия,
сто мощности и применения.
Повышение мощности предприятий по производству керамзи-
та. В настоящее время почти в каждом районе сосредоточенного
строительства различными ведомствами создаются свои срав-
нительно маломощные керамзитовые предприятия производи-
тельностью 25,50 и 100 тыс. л3 в год, технический уровень и эко-
номическая эффективность эксплуатации которых, как это ста-
ло совершенно очевидным, значительно ниже крупных.
Анализ накопленного опыта показывает, что по основным
областям или районам сосредоточенного строительства потреб-
ность в искусственных пористых заполнителях составляет при-
мерно от 600 до 1200 тыс. м' и более в год. Это значит, что
при наличии качественного глинистого сырья экономически це-
лесообразно создавать крупные керамзитовые предприятия меж-
дуведомственного использования с минимальной мощностью по
керамзитовому гравию 400 тыс. л3, а в дальнейшем 600—
Я00 тыс. Л3 в год.
В связи с тем что для приготовления керамзитобетоиа тре-
буется около 30% керамзитового песка, целесообразно одновре-
менно создавать необходимые мощности по его изготовлению
в печах кипящего слоя (200 тыс. л3 в год). Таким образом, иа
ближайшую перспективу оптимальная мощность керамзитового
предприятия должна составить 600 тыс. м3 в год.
303
Что касается минимальной мощности предприятий, необхо-
димой для ряда районов, то оиа может быть принята для керам-
зитового гравия 200 тыс. м3 и керамзитового песка 100 тыс. л3
в год.
Тип и производительность основного технологического обору-
дования для производства керамзита. Анализ современного раз-
вития производства керамзита в СССР и за рубежом показывает,
что на смену классическому способу изготовления керамзита
с обжигом в одиобарабанных вращающихся печах приходят но-
вые, более прогрессивные методы, среди которых наибольшее
распростраиеиие получает разработанный в СССР ступенчатый
способ, предусматривающий предварительную тепловую обра-
ботку гранулированного глинистого материала до 200—600" С
в запечных теплообменно-подогревательных устройствах бара-
банного, конвейерного, шахтного и других типов и вспучивание
в коротких вращающихся печах.
Внедрение ступенчатого обжига керамзита позволит увели-
чить вспучнваемость глинистого сырья, снизить объемный вес за-
полнителя, повысить экономические показатели его производст-
ва и применения, регулировать параметры термической обра-
ботки материала, создавать любой, требуемый режим обжига
керамзита.
Дальнейшее развитие получит способ получения керамзито-
вого гравия и керамзитового песка в псевдоожиженном состоя-
нии в печах кипящего слоя.
Оптимальная производительность обжигового оборудования
определяется экономическими соображениями и требуемой мощ-
ностью керамзитового предприятия. Для цехов мощностью 200,
400, 600 и 800 тыс. л3 керамзитового гравия в год единичную
производительность обжигового оборудования целесообразно
иметь в кратном исчислении 200 и 400 тыс. м3 в год. Расчеты по-
казывают, что размеры обжигового барабана в этом случае для
цеха производительностью 200 тыс -и’ в год составляют около
4.25x28 м, а 400 тыс. м3— 5,25X30 м при соответственно вы-
бранных размерах запечных теплообменно-подогревательных
устройств.
Единичная производительность печей кипящего слоя в соот-
ветствии с достигнутым опытом определяется в 50 и 100 тыс. л3
керамзитового песка в год.
Для экономичной работы керамзитовых предприятий повы-
шенной мощности необходимо соответственно создать высоко-
производительное оборудование для переработки глинистого
сырья и приготовления гранулированного полуфабриката.
Автоматизация производства керамзита. Вслед за созданны-
ми институтом НИИКерамзнт приборами для автоматического
регулирования температуры обжига керамзита во вращающихся
печах и автоматизацией отдельных технологических процессов
в текущем пятилетии намечается комплексная разработка с уча-
304
стаем многих организаций автоматизированных линий по произ
водству керамзитового гравия производительностью 200 тыс. м:
в год с обжигом в двухбарабанных и однобарабанных печах и
керамзитового песка с обжигом в печах кипящего слоя произво-
дительностью 100 тыс. м3.
В табл. 53 приведены технико-экономические показатели со-
временных предприятий.
Таблица 53
Технико-экономические показатели производства керамзита
по различным проектам и по предложением ВНИИСтром
Показатель	По действую- щему проекту Гипростром № 409-24-3 цеха керам- зита произ- водитель- ностью 200 тыс. л’ в год	По техниче- скому проекту Гипростром на ближай- шую перспек- тиву с одно- барабанной печью произ- водитель- ностью 200 тыс. м9 в год	По предложению институт ВНИИСтром с запечными теплообменными устрой- ствами и короткой вращающейся печью производительностью в год	
			200 тыс. м9	400 тыс. л*
Размеры вращающихся печей в -и		2 печк по	3,6x75	4X25	5X30
Насыпной вес керамзита в кг!м? 		2,5x40 400	400	400	400
Расход топлива в ккал иа 1 кг керамзита . .	1600	1200	900	750
Списочная численность работающих		63	50	40	40
Выработка иа 1 рабо- тающего в год В JW3	3175	4000	5000	10 000
Капиталовложения на 1 мэ керамзита в руб.	13,5	14,12	8,5	6,8
Себестоимость 1 Л1э ке- рамзита в руб. . . .	5,57	5,43	4,25	3
ЛИТЕРАТУРА
Августииик А. И. Физическая химия силикатов Стройиздат, 1966.
Азаров К. П.» Михайлович С. Н. Газовыделение и вспучивание
глин при обжиге. «Строительные материалы», 1963, № 4.
Акбулатов Ш. Ф.» Евдокимов А. А., О и а ц к и й С. П. Керамзи-
тобстои н его применение в крупнопанельном домостроении. «Бюллетень строи-
тельной техники», 1955, № 5.
Алехин Д. И. Современное состояние и пути совершенствования про-
изводства керамзита и других пористых заполнителей. Доклад иа научно-
технической конференции по развитию производства керамзита, зольного гра-
вия и легких конструкций на их основе. Изд. НТО Стройиндустрии, М., 1969.
Ашрабов А. Б. Керамзитобетон в строительстве Узбекистана. Изд.
АН УзССР, Ташкент, 1959.
Беляикии Д. С., Т о р о п о в Н. А., Лапин В. В. Физико-химические
системы силикатной технологии. Про метр ойнз дат, 1949.
Болдырев А. С. Обжиг клинкера во врашаюшихся печах, Промстрой-
«здат, 1947.
Ботвинкин О. К. Физическая химия силикатов. Промстройиздат, 1955.
Будников П. П, Полииковская А. И., Петрихииа Г. А., Бе-
tty н и А. А. Вспучивание глинистых и вулканических пород в кипящем слое.
«Строительные материалы», 1959, № 9.
Будников П. П., К рупии А. А., Оиацкяй С, П., Титов-
с к а я В Т. Повышение прочности керамзита методом катализированной кри-
сталлизации. «Строительные материалы», 1967, № 10.
Будников П. П., К р у п и н А. А., О н а ц к и й С. П„ Р я з а и ц с в А. Н.
Газотемпературиые условия и газовыделение при обжиге керамзита. «Строи-
тельные материалы», 1967, № 9.
Бужевнч Г. А-. Кор и ев Н. А. Керамзитобетон. Госстройиздат, 1963.
Ваганов А. И. Керамзитобетон. Госстройиздат, 1963.
Виноградов Б. Н, Фадеева В. С. Сб. трудов ВНИИНСМ, выв. 8
Госстройиздат, 1963.
Волженский А. В., Буров Ю. С., К о локО ль и и к о в В. С. Мине
ральные вяжущие вещества. Стройиздат, 1966.
Воробьев X. С., М а з у р о в Д. Я., С о к о л о в А. Л. Технологические
процессы и аппараты силикатных производств. «Высшая школа», 1965.
Володина Н. И. Исследование по технологии керамзита. Госстройиз-
дат. 1959.
Галкин П. И., А л а м о в а Ю. С. Вспучивание глин при высоких тем-
пературах. Тр. ВНИИСМ. Сб. № 1, 1934.
Г ер в и д с И. А. Керамзит. Госстройиздат, 1957.
Горшков В. С., Тимашев В. В. Методы физико-химического анализа
ояжуших веществ. «Высшая школа», 1963.
Горяйнов К. Э„ Дубенецкнй К. Н., Васильков С. Г., По-
пов Л. Н. Технология минеральных теплоизоляционных материален и легких
бетонов. Стройиздат, 1965.
Григорьев В. С. Технология производства пористых шлаковых запол-
нителей для легких бетонов. Стройиздат УССР, Киев, 1963.
Еременко В В., Подгорный Л. А. Определение содержания угле-
рода в керамзите. Тр. НИИ Керамзит, вып. I. Изд. НИИ Керамзит, 1966.
Ес и н О. Д_, Г е л ьд П В. Физнко-химия пирометаллургических процес-
сов. Металлу ргиздат, 1966.
306
Жуков А. В. Искусственные пористые заполнители из горных пород.
Г цсстрой изд ат УССР, 1962.
Забродсиий С. С. Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном
слое. Энергоизд ат, 1963.
Залкиил И. Я-. Лебедева М. Ф. Пластические деформации огне-
упорных масс при высоких температурах. Сб. трудов ОРГРЭС, № 3.
Изд. ОРГРЭС, 1960.
Иванов А. Н. Метод_ определения производительности вращающихся пе-
чейГТр. Гипроцемента, выл. VIII. Изд. Гипроцемеита, 1943.
ТТБ'а’УГо в - Д я т л о в И. Г. Применение керамзитобетона в дорожио-мо-
стовом строительстве. Автотрансиздат, 1963.
Иванов И. А., Макридин Н. Н., Черникова С. Н. Определение
напряжений в гранулах керамзита, возникающих в процессе производства.
В сб- «Эффективные методы контроля и исследований строительных мате-
риалов и конструкций. Кишинев, 1969.
Иванов И. А., Макридии Н. Н., Черникова С. Н. Деформатив-
ность искусственных пористых заполнителей в зависимости от их водосодер-
жания. Международный конгресс по легким бетонам, Лондон, 1968.
Инструкция по обжигу керамзита во вращающихся печах. Изд. НИИКе-
р а мз ит, 1966.
Каленов Е. М- Влияние минералогического и химического состава не-
которых глин Украинской ССР на вспучивание при их термообработке. «Строи-
тельные материалы», 1960, К? 10.
Киркоров С. С. Керамзитобетонные блоки-комнаты н перспективы их
применения в массовом жилищном строительстве. Главки ж неволжскстрой,
г. Волгоград, 1966.	/
Книги и а Г. И. О методике исследования аспучиааемости глин. «Изве-
стия высших учебных заведений», 1959, 16.
Киигииа Г. И., Горбачева Л. Н. Исследование процесса газовы-
лгления при вспучивании легкоплавких глин. «Строительные материалы»,
1963»	4.
Костырко Е. В. Краткие технические характеристики новых строи-
тельных материалов. «Строительная промышленность», 1930, № 4.
Костырко Е. В., Пшеиицыи П. А. Керамзит. «Строительные мате-
риалы», 1931, № 2—3.
Крупии А. А.. Зайдснберг Б. С., Полииковская А. И. Легкие
заполнители из обожженных трепелов и диатомитов и свойства бетона на их
основе. Сб. «Керамзит и аглопорит». «Недра», 1966.
Куколев Г. В. Химия кремния и физико-химия силикатов. Промстрой-
изд ат, 1952.
Лагунов Г. Л. Керамзит, его свойства н принципы технологии. Сб. «Но-
вые методы производства легких пористых заполнителей и вяжущих». Строй-
издат, 1940.
Макаров Н. В. Завод керамзита с двухбарабаиной печью. «Строитель-
ные материалы», 1964» № 4.
Мануйлова Н. С., С у х а и о в а С. М. Участие воды в процессах вспу-
чивания глииистых пород. Сб. ВНИИСтром, № 1(29). Стройиздат, 1964.
Метелкин И. Д. Влияние газоаой среды иа вспучиваемость глин.
«Строительные материалы», 1959, № 2.
Мороз И. И. Технология строительной керамики. Госстройиздат
УССР, 1961.
Москвин В. М„ Герверг А. В. Керамзитобетои. «Строительиая про-
мышленность», 1933, № 4.
Мчедлов-ПетросянО. ГТ., Матвеев Г. М., Бабушкин В. И.
Термодинамика силикатов. Стройиздат, 1965.
Новопашин А. А., Л укоя ничева Т. П. О режиме охлаждения ке-
рамзитового гравия. Сб. трудов НИИКерамзит, № 1. Изд. НИИ Керамзит, 1966.
Онацкий С. П. Керамзит и его применение. Сб. материалов Москов-
ского иаучно-технического совещания по строительству, строительным мате
риалам и проектно-изыскательским работам. «Рабочая Москва», 1952.
307
Оиациий С. П. Вспученные обжиговые материалы на базе глинистого
сырья. Сб «Материалы и конструкции в современной архитектуре», № 5.
Изд. АСиА СССР, 1950.
Оиацкий С. П. Некоторые вопросы теории производства керамзита.
Сб «Материалы и конструкции в современной архитектуре», № 5. Изд. АСнА
СССР, 1950.
Оиациий С. П. Керамзитовый гравий. Госстройиздат, 1953.
Онэцкий С. П. Физико-химическая сущность процессов вспучивания
г.-ин Сб. «Искусственные пористые заполнители». Госстройиздат, 1954.
О нации й С. П. Выбор и оценка глинистого сырья для производства
керамзита. Пром стройиздат. 1957.
Онацкий С. П. Основные положения организация и технологии про-
изводства керамзита во вращающихся печах. Изд. ЦБТИ ВНИИНСМ, 1959.
Оиацкий С. П. Исследование вслучиваемости различных по размеру и
химико-минералогическому составу фракций глинистого сырья. Сб. трудов
ВНИИСтром, Кг 9 (37). Стройиздат, 1967.
Оиацкий С. П. Производство керамзита. Госстройиздат, 1962.
Оиацкий С. П. Указания по испытанию сырья для производства ке-
рамзитового гравия. Стройиздат. 1965.
Онацкий С. П, Рязанцев А Н. Исследования состава газовой фазы
пор керамзита методом масс-спектрометрии. «Пористые заполнители и легкие
бетоны и а их основе». Сб. трудов ВНИИСтром. Стройиздат, 1967.
Онацкий С. П., Колесников Е. А Исследование температурного
интервала вспучивания глинистого сырья и разработка технологических меро-
приятий по его расширению. «Пористые заполнители и легкие бетоны на и*
основе». Сб, трудов ВНИИСтром. Стройиздат, 1967.
Оиацкий С. П. Научно-экспериментальные основы современной тех-
нологии керамзита. Сб. трудов ВНИИСТром, № 11 (39). Стройиздат, 1967.
Онациий С. П. Добавки в производстве керамзита. Сб. трудов
ВНИИСтром. № 11 (39). Стройиздат. 1967.
О и а ц к и й С. П., К а ш к а е в И. С., Володина Н. Н., Рязан-
цев А. Н., Титове кая В. Т. Строительно-технические свойства керамзита
и керамзитовогоиа, конструктивная и технике экономическая эффективность
их применения. Сб. трудов ВНИИСтром. № II (39). Стройиздат, 1967.
 Оиацкий С. П., Т и т о в с к а я В. Т. Исследование влияния кристалли-
зации глинистого расплава на прочность керамзитового гравия. Сб. трудов
ВНИИСтром, № П (39). Стройиздат, 1967.
Онацкий С. П. Теоретические основы вспучивания глинистых пород
и производство керамзита в СССР. Материалы международного симпозиума
по искусственным пористым заполнителям и легким бетонам. Карловы
Вары, 1967.
Оиацкий С. П. Окислительио-восстаноаптельиые процессы в технологии
керамзита и их влияние иа его качество. Материалы совещания по окнСли-
тельно-восстановительным процессам при обжиге. Изд. ВНИИТеплоизоляиия.
Вильнюс, 1963.
П а в л о в М. А. Металлургия чугуна. Металлургиздат. 1949.
Haj.iOB В. Ф. О выборе оптимальных режимов обжига глины на ксрам-
зит." «Строительные материалы», 1963, № 4.
П о л и н к о в с к а я А. И., П о т р и х и н а Г. А., У л и т и на А. Н. Техно-
логические параметры процесса вспучивания глинистых пород в кипяшем слое.
Со. трудов ВНИИСтром. № 21. Госстройиздат, 1962
Попов Н.А. Новые виды легких бетонов. Госстройиздат. 1939.
Роговой М. И. Зависимость производительности печи от поверхности
футеровки. «Строительные материалы», 1964, № 4.
Симонов М. 3. Бетой н железобетон на пористых заполнителях. Гос-
стройиздат, 1955.
Скрамтаев Б. Г. Крупнопористый бетон и его применение в строи-
тельстве. Госстройиздат, 1955.
Спивак Н. Я. Производство крупнопанельных ограждающих конструк-
ций здании из керамзитобетона. Госстройиздат, 1961.
308
Спивак И. Я. Крупнопанельные ограждающие конструкции из легких
бетонов на пористых заполнителях. Стройиздат, 1964.
Фадеева В. С. К вопросу о термоанализе основных минералов глин,
Сб. трудов НИИСтроикерамика, вып. 8. Промстройиздат, 1953.
Фишгойт Л. Е., Варганов А. А. Опыт производства керамзитового
гравия на Лианозовском Домостроительном Комбинате. «Строительные мате-
риалы», 1960, №2.
Френкель Я. И. Кинетическая теория жидкостей. М.— Л., 1945.
Ходоров Е. И. Печн цементной промышленности. Стройиздат, 1968.
Хохе ль А. Н. Агломерационный способ получения керамзитов. «Строи-
тельные материалы»! 1955. № 2; 1955, № 12.
Ч е н те м и р о в М. Г. Задачи по дальнейшему развитию производства
и применения керамзита и других пористых заполнителей в строительных кон-
струкциях. Доклад нз научно-технической конференции по развитию произ-
водстве керамзита, зольного гравия и легких конструкций иа их основе. Изд.
НТО Стройиндустрии. М.« 1969.
Ч е н т е м и р о в М. Г., Г о р н ы х В. П. Производство и применение керам-
зита, Госстройиздат, 1959.
Шлыков А. В. Исследования по кинетике дегидратации глии в области
600—900°. Сб. трудов РОСНИИМС, № 18. Госстройиздат, I960.
Ше мелев П. ГТ.. Гер виде И. А. Керамзит и его получение. «Строи-
тельные материалы», 1934, № 2.
Черняк Я. Н. Некоторые вопросы теории процессов вспучивания лег-
коплавких глин и пеностекла. Сб. трудов НИИСтронкерамика, вып. 13, Пром-
строниэдат, 1953.
Эли нэонМ. П. Шлаки. Госстройиздат, 1959.
Юшкевич М. О.. Роговой М. И. Технология керамики, Стройиздат,
1969.
Eng. News Record, 82. Ns 117, 802—805, 1919.
Вальц K„ Вишер Ж- Konstruktlons Leichtbeton hoher Festigkeit.
Beton Verlag, 63, 1964.
Bortman Y. Leichtbeton in der USA. «Betonzeitung», № 2, 1966.
Шел ем ан В., Фастабенд И. Исследование процесса вспучивания
глин. Die Ziegelindustrie, .Ns 24, 899—905, 1963.
Klays-Grosskopf. Blahton ohne Drehroffen. «Die Ziegelindustrie»,
№ Il 11 1966.
New Technique for Expanded clay. «British dayworker», 75, № 980,
135—236, 1966.
Die «Ziegelindustri», Ns 14, 483—491, 1967.
Джексон T. Trans. Ceram. Soc., 37—43, 1903.
Ортон E., Стелен X. Brit. Brich. Manyfactur. Abs., 1913.
Джексон Ф. J. Amer. Cer. Soc., (7), 15, 1913.
Блейииигер, Монтгомери. Tr. Cer. Sos., 15, 71—85, 1913.
В и л ь с о и Г. Cer. Abstr., 6, (11), 547, 1927.
Конли И.. Вильсон X., Клсйифельтер Т. The Brit. Cleiwor-
ker, 3-11. 1950.
Реллей C. J. Amer. Cer. Soc., №4, 121—128, 1951.
Осткн С., Ньюс Д-. Салл и вен П. Ceram. Alst., (21), 9, 1942.
Элерс Е- Bull. Amor. Ceram. Soc., 95—99, 1958.
Журналы: Pit and Quarry, Rock Products, Britlch Clay Worker, за
1946—1968 гг.; ZiegelIndustrie за 1960—1968 гг.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение................................................... ...	3
Краткий исторический обзор ...............................  3
Терминология и классификация . . .	.	6
Глава	первая. Сырье для производства	керамзита	10
Генезис керамзитового сырья.............................. .10
Внешние признаки глинистых порол . .	-	14
Состав глинистых пород ................................... 16
Зависимость вспучивания глинистого сырья при обжиге от
его химического, минералогического и гранулометрического со-
ставов ........................................... .......	32
Глава вторая. Физико-химические процессы образования керамзита 45
Условия газообразования и газообразующие вещества ...	15
Условия размягчения глии, их плотность, вязкость, поверхност-
ное натяжение и структурообразоваиие .	...	62
Глава третья. Основы техиологнн керамзита........................  85
Производственные факторы вспучивания глинистых пород 85
Способы производства керамзитового гравия и технологиче-
ские схемы обработки сырья и	формовки гранул.............128
Сушка и подогрев гранул...................................145
Обжиг керамзита во вращающихся печах ....... 151
Охлаждение керамзита......................................193
Сортировка керамзита и корректировка его зернового состава 197
Контроль производства и качества готовой продукции . . .198
Глава четвертая. Новые перспективные методы производства ке-
рамзитовых заполнителей ................................... ......	204
Вспучивание глинистого сырья на керамзит в кипящем слое - 204
Вспучивание глинистого сырья на керамзит в фонтанирующем
слое (циркуляикоииый способ производства керамзитового
гравия)...................................................210
Вспучивание глинистого сырья на керамзит вибрационным ме-
тодом ................................................... 214
Получение керамзитового гравия из капель расплава легко-
плавкого глинистого сырья при	перепаде давления..........215
Вспучивание глинистого сырья и а керамзит в электрическом
поле высокой частоты .	  .221
Глвва пятая. Промышленность по производству керамзита . . . 224
Основные принципы организации и размещения предприятий
по производству керамзита.................................224
Типовой проект цеха по производству керамзита с переработ-
кой сырья по пластическому способу (№ 409—24—12) произ-
водительностью 100 тыс. jw3 в год.........................228
Элементы автоматического контроля и регулирования техно-
логических процессов в производстве керамзита ...	. - 231
310
Основные требования к проектам керамзитовых предприятии 233
Заводы по производству керамзита.......................  234
Особенности производства особо легкого и высокопрочного
керамзита................................................250
Основные строительно-технические свойства керамзита и тех-
нико-экономическая эффективность его производства и приме-
нения ............................................. ; : 259
Глава шестая. Производство керамзита за рубежом
Производство керамзита	в	США н Канаде...................283
Производство керамзита в Дании, Англии и Норвегии . . .292
Производство керамзита в ЧССР............................295
Производство керамзита	в	Японии...................296
Заключение .......................................................299
Литература..............  .	.	.	. . .	.	... 306
Ошщкий Степан Пантелеймонович
ПРОИЗВОДСТВО КЕРАМЗИТА
Стройиздат
Москва, К-31. Кузнецкий мост, д. 9
♦ • •
Редактор издательства И. Г. Захарова
Внешнее оформление художника Б. А. Резников а
Технический редактор К. Е. Тархова
Корректоры В. М. Панасенко,
Е. Н. Кудрявцева
Сдано в набор 19/1 1971 г. Подо, к леч. 29/VII 1971 г.
Т-11764 Бумага 60x90’/,,— 8,75 бум. л.
19.5 печ. л. (уч.-изд. 20,92 л.).
Тираж 4-000 зкз. Изд № VI-9810. Зак. 95.
Цена 1 р. 35 к.
Московская типография № 4 Главполнграфпрома
Комитета по печати при Совете Министров СССР
Б. Переяславская, 46