Produkcja mieszanek

 Produkcja mieszanek mineralno-asfaltowych

Budowa i rola poszczególnych elementów wytwórni

Wytwórnia mas bitumicznych jest maszyną drogową produkującą mieszanki mineralno-asfaltowe. Rysunek 1 przedstawia poszczególne elementy wytwórni.

Rysunek 1 Poszczególne elementy wytwórni. 

 

1.     Dozowanie wstępne – od 6 do 10 dozatorów kruszywa z przenośnikiem taśmowym.

Kruszywo składowane jest w dozatorach wstępnych które przedstawia Rysunek 2, według rodzaju i wielkości ziaren kruszywa. Zespół wstępnego dozowania kruszywa składa się z pojedynczych dozatorów jednokomorowych i przenośnika zbiorczego. Dozator pojedynczy ma komorę posadowioną na konstrukcji wspornej, zainstalowany pod nią przenośnik dozujący o regulowanej bezstopniowo wydajności, przestawną zasuwę do doboru optymalnego zakresu dozowania oraz czujnik obecności materiału na taśmie przenośnika. Aby zapobiegać pyleniu przy dozatorach, na przenośnik zbiorczy podawane są najpierw drobne ziarna, a następnie większe. Poza tym w miejscach przeładunku zamontowane są blaszane osłony przed wiatrem. Za pomocą przenośników dozujących kruszywo wysypywane jest z komory dozatora na przenośnik taśmowy zbiorczy. Ilość kruszywa dozowana jest zgodnie z receptą wstępnego dozowania. Następnie kruszywo trafia na przenośnik taśmowy, który podaje kruszywo do bębna suszarki.

Rysunek 2 Dozowanie wstępne, komory zimnego kruszywa (fot. autor)

2.     Bęben suszarki z palnikiem wielomediowym.

Zastosowany w bębnie suszarki nowoczesny palnik wielomediowy przedstawia Rysunek 3. Głównym paliwem jest olej opałowy ciężki (mazut). Maksymalna wydajność cieplna palnika wynosi ok 20 MW. Olej opałowy ciężki magazynowany jest w zbiorniku dwupłaszczowym wyposażonym w pełną automatykę i wskaźniki wycieku. Alternatywne paliwa mogące zasilić palnik to pył węgla brunatnego oraz olej opałowy lekki. Regulacja i kontrola mocy palnika dokonywana jest z komputera wytwórni. Powietrze potrzebne do spalania podlega kontroli przez czujnik ciśnienia. Bęben, w którym kruszywo jest suszone i podgrzewane przedstawia Rysunek 4. Suszarka pracuje w układzie przeciwbieżnym [1], co zapewnia uzyskanie wysokiej sprawności cieplnej przy możliwie niskich stratach ciepła w gazach odlotowych. Ukształtowanie łopat zapewnia optymalną szybkość przepływu kruszywa przez bęben. W strefie konwekcyjnej bębna łopaty są tak ukształtowane, że przesypujący się materiał tworzy kurtynę o równomiernej gęstości, co stwarza optymalne warunki wymiany ciepła od wytworzonego przez palnik płomienia w bębnie suszarki do ziaren kruszywa. W strefie płomienia łopaty przenoszą kruszywo nad płomieniem, dzięki czemu nie tłumi ono płomienia i nie zakłóca procesu spalania. Podciśnienie wytworzone w bębnie przez wentylator umieszczony za filtrem workowym zapobiega wydostawaniu się pyłu do otoczenia. Spaliny z bębna suszarki oraz powietrze z odciągów na wieży wytwórni napływają przez specjalne kanały powietrzne do odpylacza, gdzie są oczyszczane i odprowadzane przez komin do atmosfery.

 

Rysunek 3 Palnik wielomediowy (fot. autor)

Rysunek 4 Bęben suszarki (fot. autor)

3.     Odpylacz – filtr tkaninowy dwustopniowy.

Odpylacz składa się z separatora i filtra tkaninowego. Zapylone gazy z suszarki przepływają w pierwszej kolejności przez separator, gdzie oddzielane są grubsze ziarna. Ostateczne oczyszczenie gazów następuje w filtrze tkaninowym z workami płaskimi. Worki są kolejno czyszczone z nagromadzonego w nich pyłu strumieniem powietrza kierowanym przez zespół obrotowych dysz z wykorzystaniem wentylatora głównego. Czyszczenie odbywa się automatycznie. Odseparowany w filtrze pył drobny jest transportowany podajnikiem ślimakowym do zbiornika pyłu, skąd może być podawany do otaczarki jako wypełniacz. Oczyszczone gazy są odciągane wentylatorem wyciągowym i przez komin wydalane do atmosfery. Charakterystykę działania odpylacza przedstawia Rysunek 5, natomiast            Rysunek 6 prezentuje odpylacz.

Rysunek 5 Schemat odpylacza (rys. autora)

Rysunek 6 Odpylacz (fot. autor)

4.     Wieża mieszająca z elewatorem, sortownikiem, wagami i mieszalnikiem przedstawia Rysunek 7.

 

Rysunek 7 Wieża mieszająca wraz z elewatorem, sortownikiem, zestawem wag i mieszalnikiem (fot. autor)

Wysuszone, nagrzane i odpylone kruszywo podawane jest elewatorem składającym się z pionowego zestawu kubełków do sortownika, który poprzez umieszczone w nim wibrujące zestawy sit rozsiewa kruszywo na poszczególne frakcje. Przesiane frakcje kruszywa gromadzone są w odpowiednich komorach zbiornika gorącego kruszywa. Gorące i posortowane kruszywo zsypywane jest do zbiornika wagowego, gdzie następuje ważenie poszczególnych frakcji kruszywa w ilościach określonych receptą technologiczną. W recepcie technologicznej na mieszanie są określone wszystkie pozostałe składniki masy, tj. asfalt, wypełniacz, dodatki. Odmierzone w odpowiedniej ilości poszczególne składniki są podawane do mieszalnika, gdzie następuje wymieszanie wszystkich składników tworzących mieszankę mineralno-bitumiczną. W recepcie można dobrać dowolnie kolejność podawania składników masy a także ustalić czas mieszania. Wnętrze mieszalnika prezentuje Rysunek 8. Schody i podesty umożliwiają łatwy i bezpieczny dostęp do wszystkich podzespołów zlokalizowanych na wieży. 

Rysunek 8 Wnętrze mieszalnika (fot. autor)

5.     Silos wypełniacza.

Dozowanie wypełniacza obejmuje składowanie mączki mineralnej dostarczanej do wytwórni oraz pyłów odzyskiwanych w odpylaczu, a także podawanie obu tych składników do wagi wypełniacza. Pyły (tzw. wypełniacz własny) odseparowane wcześniej w odpylaczu oraz mączka są składowane w silosach. Silos mączki jest napełniany pneumatycznie z cysterny, natomiast powietrze z układu transportowego oczyszczane jest w filtrze zainstalowanym na silosie i odprowadzane do atmosfery. Napełnianie silosu przedstawia Rysunek 9. Z silosu mączka jest transportowana przenośnikiem ślimakowym na wagę wypełniacza zainstalowaną na wieży mieszającej, z której po odważeniu za pomocą przenośnika ślimakowego trafia do mieszalnika.  Pyły z odpylacza podawane są przenośnikiem ślimakowym do elewatora wypełniacza, a dalej do zbiornika pośredniego pyłu i na wagę. Dzięki temu do produkcji wykorzystuje się gorący pył bezpośrednio z odpylacza natomiast w silosie składuje się ewentualne nadwyżki. W razie potrzeby można wykorzystywać pył zgromadzony w silosie. Jest on wtedy podawany przenośnikiem ślimakowym do elewatora pyłów i dalej na wagę.

Rysunek 9 Napełnianie silosu mączki (fot. autor)

6.     Zbiornik asfaltu.

Asfalt dostarczany jest za pomocą specjalnych cystern bezpośrednio z rafinerii. W wytwórni asfalt tankowany jest do specjalnych zbiorników roboczych, w których jest magazynowany na potrzeby produkcji. Szczelna konstrukcja zbiorników stalowych o grubości ścianek 10 mm z izolacją o grubości 200 mm, zapewnia wysoką sprawność instalacji i minimalizuje straty ciepła. Rurociągi asfaltu ogrzewane są za pomocą specjalnego drutu grzewczego otulonego folią aluminiową z izolacją 100 mm. Asfalt jest pobierany ze zbiorników za pomocą pompy, następnie jest przekazywany dalej izolowanym i ogrzewanym przewodem do otaczarki. Ilość asfaltu wymagana do każdego cyklu jest odważana w wadze asfaltu i podawana do mieszalnika. Cały układ do tankowania zbiorników oraz transportowania asfaltu do mieszalnika jest układem zamkniętym, w którym nie ma możliwość bezpośredniego kontaktu z gorącym asfaltem. Tankowanie asfaltu do zbiornika roboczego przedstawia Rysunek 10.

Rysunek 10 Napełnianie zbiornika asfaltu (fot. autor)

7.     Zasobnik gotowej mieszanki.

Wytwórnie produkujące mieszanki mineralno-asfaltowe mogą być wyposażone w dwa rodzaje zbiorników gotowej mieszanki. Pierwszy to zintegrowany zbiornik gotowej MMA znajdujący się bezpośrednio pod mieszalnikiem, który jest napełniany za pomocą wózka lub leja zsypowego. Drugi alternatywny zbiornik gotowej mieszanki znajdujący się obok wieży otaczarki przedstawia Rysunek 12. Napełnianie zbiornika wyprodukowaną mieszanką następuje poprzez wózek z wciągarką poruszający się po specjalnie do tego przystosowanych torach. Zasobnik podzielony jest na kilka komór, w których można przechowywać różne rodzaje mieszanki. Zasobnik wyposażony jest również w komorę bezpośredniego załadunku, co umożliwia załadunek bezpośrednio z mieszalnika na samochody. Załadunek mieszanki przedstawia Rysunek 13.

 

Rysunek 12 Zbiornik gotowej mieszanki znajdujący się obok wytwórni (fot. autor)

Rysunek 13 Załadunek mieszanki bezpośrednio z mieszalnika na samochód ciężarowy (fot. autor)

8.     Kabina sterownicza.

Sterowanie wytwórnią prowadzone jest z kabiny sterowniczej za pomocą komputera z odpowiednim oprogramowaniem który przedstawia Rysunek 14. Na kolorowym monitorze graficznym przedstawiony jest schemat wytwórni zgodnie z przebiegiem procesu technologicznego. Wszystkie przebiegi dynamiczne emulowane na monitorze, pokazywane są w czasie rzeczywistym. Program sterujący na bieżąco pokazuje każde odchylenie od zadanych wartości w recepcie. Umożliwia to wprowadzanie natychmiastowych korekt lub przerwanie produkcji. Wszystkie dane z produkcji są gromadzone w pamięci komputera, dzięki temu możliwa jest późniejsza analiza procesu produkcji oraz wprowadzenie zmian przed kolejną produkcją.

Rysunek 14 Graficzne przedstawienie procesu produkcji na monitorze komputera WMB (fot. autor)

 

 

Przebieg procesu technologicznego i łączenie poszczególnych składników

Mieszanki mineralno-asfaltowe produkowane są w wytworni mieszanek mineralno-asfaltowych. Mieszanka mineralno-asfaltowa składa się z tzw. szkieletu mineralnego (około 85%), utworzonego z kruszyw mineralnych, w zależności od uziarnienia, wypełniacza (około 10%) – najczęściej mączki wapiennej lub pyłu z odpylania kruszywa i lepiszcza (około 5%) – jednego lub kilku rodzajów asfaltów drogowych. Jako kruszywa mineralne mogą być stosowane kruszywa w swojej naturalnej formie (piasek, żwir), pokruszone skały (miał kamienny, grys, tłuczeń) lub mączka kamienna (wypełniacz).  Rolą materiału, który ma spajać mieszankę jest asfalt pochodzący z rafinerii. Zasadniczo proces produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych dzieli się na następujące etapy:

§  składowanie i dozowanie wstępne kruszywa;

§  suszenie i podgrzewanie kruszywa;

§  sortowanie i dozowanie gorącego kruszywa i dodatków;

§  mieszanie i składowanie gotowej masy (mieszanki).

          Gotowy produkt jakim jest mieszanka mineralno-bitumiczna zanim zostanie wyprodukowana musi zostać zaprojektowana zgodnie z obowiązującymi wymaganiami wg. obowiązujących norm. Projektowanie mieszanek mineralno-asfaltowych stosowanych do budowania poszczególnych warstw konstrukcji nawierzchni jest zagadnieniem niebanalnym, ciekawym, lecz zazwyczaj przysparzającym dużo kłopotów. Mieszanka mineralno-asfaltowa jest zbiorem dobranych w odpowiednich proporcjach: grysów, kruszyw, wypełniacza – mączki wapiennej i pyłu kamiennego oraz asfaltu. Jeżeli mieszanka mineralno-asfaltowa została już zaprojektowana i znamy jej skład materiałów kamiennych, zawartości wypełniacza, asfaltu oraz ewentualnych środków uszlachetniających.

          Zaprojektowana recepta składa się z dwóch części:

§  dozowanie wstępne – dotyczy tylko kruszywa znajdującego się w dozatorach (zimne komory) którego ilość jaka zostanie podana do suszarki jest określona procentowo;

§  dozowanie zasadnicze – dotyczy gorącego kruszywa, lepiszcza, wypełniacza oraz pozostałych dodatków, których ilość jest już określona precyzyjnie.

          W celu dokładnego objaśnienia zasady działania wytwórni i przebiegu procesu technologicznego produkcji mieszanki mineralno-asfaltowej posłuży nam Rysunek 15.

Rysunek 15 Schemat technologiczny procesu wytwarzania mieszanek mineralno-asfaltowych (rys. autora) 

        Zgodnie ze schematem kruszywo dostarczane jest samochodami ciężarowymi i składowane na hałdach w specjalnie zaprojektowanych zasiekach, boksach przegrodzonych elementami prefabrykowanymi. Za pomocą ładowarki kołowej kruszywo pobierane jest z hałd i przesypywane do dozatorów wstępnych (1). Określona w dozowaniu wstępnym recepty ilość kruszywa podawana jest z dozatorów za pomocą taśmowych przenośników dozujących na zbiorczy przenośnik taśmowy, który transportuje kruszywo na przenośnik taśmowy zasilający bęben suszarki (2.1). Podczas przemieszczania się kruszywa poprzez suszarkę bębnową jest ono suszone, ogrzewane przy pomocy instalacji grzewczej (2.2), składającej się z palnika i wentylatora. Palnik może być opalany olejem lekkim, olejem ciężkim, gazem lub pyłem węgla brunatnego. Wytwarzane przez palnik ciepło powoduje odparowanie wody, zawartej w kruszywie, suszenie kruszywa i jego ogrzewanie do temperatury zadanej w recepcie. Po przejściu przez suszarkę bębnową gorące kruszywo podawane jest elewatorem gorącego kruszywa (4.1) do sortownika (4.2). Sortownik przesiewa kruszywo na poszczególne frakcje. Pozostające na poszczególnych sitach kruszywo podawane jest do zbiornika gorącego kruszywa (4.3). W przypadku przepełnienia którejkolwiek z komór w zbiorniku gorącego kruszywa następuje przesypanie nadmiaru kruszywa poprzez kanał nadziarna (4.4) do oddzielnego zbiornika. Poprzez śluzy dozujące kruszywo podawane jest ze zbiornika gorącego kruszywa w ilościach określonych w recepcie na wagę kruszywa (4.5). Równocześnie z ważeniem kruszywa odbywa się ważenie wypełniacza (4.6) i asfaltu (4.7) w osobnych wagach. Do znajdującego już się na wadze asfaltu dodawany jest środek adhezyjny. Jego ilość jest określona w recepcie i dozowana procentowo do ilości znajdującego się już na wadze asfaltu.  Wypełniacz własny, czyli pył pochodzący z instalacji odpylającej (3) magazynowany jest w zbiorniku pyłu (6.1) skąd transportowany jest za pomocą przenośników ślimakowych do elewatora pyłów (6.3) i dalej do zbiornika pośredniego (6.4). Mączka wapienna dostarczana do wytwórni jest samochodowymi cysternami i magazynowana w silosach (6.2), z których za pomocą przenośników ślimakowych transportowana jest do wagi wypełniacza (4.6). Asfalt dostarczany jest cysternami i składowany w zbiornikach asfaltu (7.1). W trakcie procesu mieszania asfalt pobierany jest za pomocą pompy asfaltu (7.2) i podawany do wagi asfaltu (4.7). Po odmierzeniu odpowiednich ilości materiałów układ sterowania wag opróżnia je automatycznie do mieszalnika (4.8). Po wymieszaniu gotowa mieszanka mineralno-asfaltowa wysypywana jest z mieszalnika do wózka (5.1), który transportuję ją do izolowanych komór zbiornika gotowej mieszanki (5.2). Pod zbiornik gotowej mieszanki podjeżdżają ciężarówki, do których następuje załadunek mieszanki. Gotowy produkt jest ważony i transportowany na teren budowy. Pył i para wodna, wydzielane podczas produkcji, są odprowadzane przez przewody rurowe i kanały do instalacji odpylania z filtrami (3). Składa się ona zasadniczo z separatora pyłu grubego (3.1) i właściwego odpylania z filtrem (3.2). Oczyszczony gaz odprowadzany jest przez komin (3.4). Niezbędne podciśnienie w instalacji odpylania zapewnia wentylator wyciągowy (3.3). Sterowanie wytwórni odbywa się z kontenera sterowniczego (10), w którym znajduje się komputer sterujący.

          Na schemacie pokazano otaczarkę z instalacją dodawania granulatu (8) który powstaje wskutek przerobienia destruktu asfaltowego pochodzącego z frezowania lub rozbiórki starej nawierzchni. Granulat pobierany jest z hałd za pomocą ładowarki czołowej i podawany do dozatora (8.1). Ilość granulatu asfaltowego określona jest procentowo w recepcie. Granulat pobierany jest za pomocą taśmowego przenośnika dozującego i podawany na zbiorczy przenośnik taśmowy (8.2). Zbiorczy przenośnik transportowy podaje granulat asfaltowy do elewatora destruktu (8.3), następnie granulat asfaltowy transportowany jest do zbiornika buforowego (8.4), skąd podawany jest na wagę taśmową (8.5). Waga taśmowa transportuje granulat asfaltowy do rynny połączonej bezpośrednio z mieszalnikiem.

          W schemacie ujęta jest również instalacja dodawania stabilizatorów, które powszechnie wykorzystywane są do produkcji SMA[2]. Stabilizatory w formie granulatów transportowane są do mieszalnika za pomocą pneumatycznego układ podawania (9). Strumień powietrza z silosu magazynowego (9.1). transportuje granulat do cyklonu, w którym następuje rozdzielenie granulatu od powietrza, granulat trafia do zbiornika pośredniego, a następnie do wagi granulatu (9.2) gdzie jest ważony w ilościach określonych w recepcie i podawany do mieszalnika (4.8).

---

[1] Układ przeciwbieżny – ruch obrotowy silników poruszających suszarkę jest odwrotny do ruchu obrotowego suszarki.

[2] SMA (stone mastic asphalt) – mieszanka mineralno-asfaltowa o dużej zawartości grysów, zawierająca stabilizator mastyksu, charakteryzująca się szczelnością, odpornością na działanie czynników atmosferycznych oraz deformacji lepkoplastycznych.