книги / Технология строительной керамики

зованием жидкого топлива, рис. 48. Воздух подогревается в ней до более высоких температур, чем в паровых калориферах. Установка состоит из цилиндрической топки для сжигания мазута, прямоточно­ го вертикального металлического воздухоподогревателя, смеситель­ ной камеры и вентилятора, нагнетающего теплоноситель (горячий

Рис. 48. Схема воздухоподогревателя:

/ — патрубок подачи рецнркулята; 2 — камера смешения; 3 — воздухоподогреватель; 4 камера догорания; 5 — вентилятор подачи теплоносителя в сушилку.

воздух). Воздухоподогреватель может быть противоточным и прямоточ­ ным. Воздух последовательно проходит через кожух топки и возду­ хоподогреватель и, будучи нагретым до 200° С, поступает в смеси­ тельную камеру. Там он разбавляется до требуемой температуры и. вентилятором подается в сушилки.

Техническая характеристика установки

Подтопки. Конструкция подтопков определяется прежде всего ви­ дом используемого топлива. Топочные газы перед выходом в подво­ дящий канал сушилки разбавляются холодным наружным воз­ духом.

Основной недостаток эксплуатации подтопков — большой унос не­ сгоревших частичек топлива и золы, загрязняющих каналы сушилки и высушиваемый полуфабрикат и создающих тяжелые условия труда при обслуживании сушилок. Этот недостаток устраняется при переводе под­ топков на жидкое или газообразное топливо. Колебания температуры теплоносителя в борове при этом незначительны; на 20—25% снижает­ ся расход топлива и улучшаются условия труда.

Отказ от подтопков и обеспечение сушки сырца теплоносителем от печей (смесь дымовых газов и горячего воздуха) возможен только при увеличенном количестве топлива, сжигаемого в печи (до 260 кг на 1000 шт.). Использование отходящих газов из печей, имеющих высокую абсолютную влажность, позволяет создать мягкий режим сушки, сократить ее сроки и получить сырец лучшего качества. При этом можно повышать начальную температуру теплоносителя в каме­ ре или туннеле до 120° С (если заменить деревянные рамки метал­ лическими).

Опыт ГДР подтверждает целесообразность использования в ка­ честве теплоносителя для сушки изделий перегретого пара. При од­ норядной сушке кирпича в конвейерной сушилке и скорости движе­ ния пара 10 м/с длительность сушки составляет всего 6 ч, а удель­ ный расход тепла на испарение 1 кг влаги — 357 кДж. Длительность сушки щелевого кирпича составляет 3 ч.

§ 9. ОБЖИГ

Назначение обжига. Важнейшие физико-химические свойства изде­ лий (прочность, плотность, морозостойкость) приобретаются в резуль­ тате обжига. При обжиге одновременно протекают процессы тепло- и массообмена, значительно усложненные фазовыми и химическими превращениями. В зависимости от свойств глинистого сырья эти про­ цессы протекают без нарушения целостности изделий или приводят к их деформации — трещиноватости и короблению, особенно у чув­ ствительных к обжигу глин. Более чувствительным к обжигу является полуфабрикат из глин монтмориллонитовой группы, содержащих А120 3 более 20%, менее чувствительным — полуфабрикат из гидрослюдных глин. Чувствительность полуфабриката к обжигу повышает­ ся при увеличении в глинах тонких фракций свыше 35—40%, числа пластичности свыше 20, а также большом набухании при затворении водой. С повышением пористости снижается чувствительность к об­ жигу полуфабриката.

Особенностью обжига неглазурованных грубокерамических из­ делий является то, что полимерное глинистое сырье (с добавками или без них) переходит частично из твердого состояния в расплав как ге­ терогенная система, в некотором температурном интервале при окис­ лительной атмосфере печи. Образовавшаяся даже в незначительных

количествах стеклофаза связывает нерасплавленные минералы в струк­ туре керамического черепка при охлаждении.

Температурный режим обжига кирпича и эффективных керамиче­ ских камней условно разделяется на четыре периода: досушки (до 200° С), подогрева (окура — 700—800° С), собственно обжига (взвар — 900— 1050° С), остывания (охлаждения до 40—50° С).

Досушка производится для полного удаления воды затворения и гигроскопической, а также для равномерного прогрева массы полу­ фабриката до 100—200° С. Наиболее интенсивное удаление воды про­ исходит при 80— 120° С, что связано с возможностью растрескивании сырца. Температура в период досушки повышается медленно, при наличии достаточной тяги, предупреждающей возможность конден­ сации паров на сырце и его запаривания.

Подогрев до 800° С, т. е. до начала упругих деформаций, перво­ начально производится дымовыми газами и далее при сжигании топ­ лива. В начальной стадии этого периода (300° С) начинается выго­ рание органических примесей, заканчивающееся при медленном повышении температуры до 450° С, при быстром — около 700—800° С. Коксовый остаток выгорает к концу второго периода (700—800° С). Скорость выгорания веществ обратно пропорциональна квадрату тол­ щины изделия и во многом зависит от избытка воздуха в печных газах.

В середине периода при 500—650° С интенсивно выделяется кон­ ституционная вода, минералы, содержащие железо, например сиде­ рит FeC03) диссоциируют с выделением С02. В восстановительной среде, создаваемой сжиганием топлива внутри черепка изделий при. вводе топлива в массу или при водяном орошении, часть оксида же­ леза (III) восстанавливается до оксида железа (II) с образованием легкоплавких эвтектик (железистых стекол), особенно при повышении, температуры до 850—900° С, способствующих уплотнению черепка. При 550° С и наличии восстановительной среды начинается диссо­ циация сульфидов и сульфатов с выделением S 02, а при 700—800° С — диссоциация карбонатов СаС03 и MgC03, заканчивающаяся при 950— 1000° С с выделением С02 и повышением пористости изделий. На­ чиная с 700° С и выше, щелочи, находящиеся в глине, вступают во’ взаимодействие с другими компонентами глины, образуя расплав,, количество которого также возрастает с повышением температуры.

В процессе формирования черепка жидкая фаза (расплав) непре­ рывно меняется. Количество расплава, образующегося при одной и той же температуре, зависит от химического состава глинистых мате­ риалов и добавок, реакционной способности и дисперсности компонен­ тов массы, качества печной среды и продолжительности нагрева. При малом содержании жидкой фазы достаточная механическая прочность изделий не обеспечивается, при излишнем — возможна деформация изделий в процессе обжига. В этом периоде обжига изделий (700— 800° С) кристаллическая решетка глинообразующнх минералов раз­ рушается незначительно, поэтому такие физико-механические пока­ затели, как усадка, прочность, пластические деформации, модуль упругости, изменяются незначительно. Пористость изделий к концу

ИЗ

периода увеличивается. Этот период нагрева не опасен для быстрого подъема температур, даже для глин, чувствительных к обжигу.

Скорость подъема температуры определяется в основном не свой­

как при 800—900° С возникают упругие деформации, что связано с разрушением кристаллической решетки глинистых минералов и зна­ чительными структурными изменениями черепка. Период взвара ха­ рактеризуется изменением огневой усадки, начинающейся при 750— 850° С, в зависимости от Свойств сырья, и заканчивающейся к моменту достижения конечной температуры обжига. Вязкость массы изделий и пористость при 900—950° С резко снижаются, в особенности у сырца из сырья, богатого карбонатами. Диссоциация карбонатов к этому времени почти полностью заканчивается. Оксиды щелочных и щелоч­ но-земельных металлов, делая глину легкоплавкой, способствуют быстрому размягчению ее за счет увеличения количества расплава и тем самым резко уменьшают пористость массы изделий. Материал изделий переходит в пиропластическое состояние. Железосодержа­ щие минералы наряду со щелочами являются наиболее легкоплав­ кими составляющими, особенно FeO, так как плавится этот оксид при температуре на 150—200° С ниже, чем Fe203. Поскольку в гли­ нах железо чаще всего встречается в виде F e ^ , переход его в FeO возможен только в восстановительной среде, получаемой при сгорании топлива, запрессованного в изделия, или при вводе воды в печь на конечной стадии обжига. Поэтому обжиг изделий в восстановитель­ ной среде при 900— 1000° С равноценен обжигу в обычной (окисли­ тельной) среде при 1050— 1100° С, без деформации изделий. Для вы­ равнивания температуры в печи и более полного протекания физи­ ко-химических процессов в конце взвара производится выдержка 3—5 ч.

Краткосрочная выдержка также способствует интенсивному про­ теканию превращений кремнезема, образованию муллита, хотя заверше­ ние этих процессов переносится в область более высоких температур,

их образования температур и времени), сколько действием распла­ ва, который, благодаря энергии поверхностного натяжения, сбли­ жает и связывает более крупные частички массы — дегидратирован­ ные частички глинистого вещества и зерна кварца. Прочность охлаж­ денного расплава (стекловидной фазы) достигает 490—588 МПа.

В изделиях пластического формования глинистые частички бо­ лее равномерно распределяются в массе заполнителя (кварцевые зерна, шамот и др.), обволакивая его зерна. При обжиге образующая­

ся на поверхности зерен заполнителя жидкая фаза цементирует их. Проникая в трещины и поры, расплав еще больше увеличивает прочность связи.

При полусухом прессовании зерна заполнителя как бы вдавливают­ ся в глинистые частички и при обжиге частички связываются только в местах контактов, что не обеспечивает высокой прочности и только частично компенсируется повышением температуры обжига на 30— 50° С по сравнению с температурой обжига изделий пластического

кварца (при 573° С) и перехода расплава из вязкого в твердое состоя­ ние. Поэтому при использовании в качестве отощающей добавки круп­ нозернистого кварцевого песка (размером 0,6—1,2 мм) скорость охлаждения должна уменьшаться на 15—20% по сравнению со ско­ ростью охлаждения при использовании мелкозернистого песка.

Дальнейшее охлаждение до конечной температуры 40—50° С про­ исходит быстро, и допускаемая величина температурного перепада возрастает до 120— 125° С/ч. Количество воздуха, необходимое для полного охлаждения изделий, составляет в среднем 6500—7500 кг на 1000 шт. условного кирпича. При этом в зоне взвара коэффициент избытка воздуха будет около 3,5—4,5 и отсасывающий вентилятор должен удалять из печи около 22 000—30 000 кг газа на 1000 шт. обжигаемого условного кирпича.

Отощающие (шамот, дегидратированная глина) и выгорающие (опилки, уголь) добавки повышают пористость полуфабриката, пони­ жают чувствительность к обжигу и создают условия для быстрогонагрева его при скоростном обжиге. Ввод водяного пара в высокотем­ пературную зону улучшает качество изделий, снижает расход топли­ ва, повышает предел прочности при сжатии на 30—40%, снижает температуру обжига. Наиболее эффективно действие паров воды при использовании в производстве глин с высоким содержанием оксидов, железа.

Механическая прочность кирпича и керамических камней повы­ шается с увеличением содержания стекловидной фазы в массе изделий. Однако при относительно низких температурах обжига в массе изде­ лий содержится мало стекловидной фазы (6—8%), изделия имеют по­ вышенную пористость (более 8%), а нередко и низкую механическую прочность (7,5 МПа). Хорошо обожженные изделия имеют низкие адсорбционные свойства и незначительно увеличивают объем (до 0,2%). в первые 7—8 месяцев эксплуатации или при хранении на складе. При недожоге изделия менее прочны и неморозостойки.

Обжигают кирпич и керамические камни в печах непрерывногодействия — кольцевых, туннельных (обычных и щелевых).

размером по высоте 1,95—2,6 м, ширине 1,7—5 м и длине 50—200 м

для большей жароустойчивости футеруют внутри огнеупорным (ша­ мотным) кирпичом. Своды канала двойные с просветом 5—6 см, первый свод несущий, из красного кирпича, второй — огневой, из огнеупорного кирпича. Каждый свод работает самостоятельно, что удлиняет срок службы их и облегчает ремонт.

~ Печной канал кольцевой печи условно разделен на 12—36 камер. Каждая камера имеет входной проем — ходок размером 1,2 X 1,3 м.

Рис. 49. Схема кольцевой печи:

/ — канал печн; 2 — дымовые конуса; 3 — жаровые каналы; 4 — устройство для подъема конусов; 5 — центральный жаровой канал; 6 — топливные тру­ бочки; 7 — ходок; 8 — садка сырца; 9 — канал для печных газов.

Загружают топливо в печь сверху через специальные топливные трубочки (люфты) диаметром 150—200 мм. В зависимости от размеров печного канала бывает 3—6 рядов топливных трубочек по ширине и до 6 рядов по длине камеры.

Дымовые газы удаляются через специальные отверстия — фуксы, закрываемые конусами диаметром 600—800 мм, имеющими песочный затвор. По дымовому каналу сечением 1,5—2,5 м2 газы отводятся к трубе или вытяжному вентилятору. Регулируя тягу дымовыми кону­ сами, огонь перемещают в сторону садки. Выгружают обожженные изделия позади огня. Вытяжные вентиляторы ставят из расчета

печи, лишь 10—20% составляет полезное сопротивление садки, а остальные 80—90% напора теряются в очелках, конусах, дымовом канале и пр. Для использования тепла остывающих изделий в своде печи устраивают жаровые каналы, соединенные с топливными тру­ бочками сетью каналов (при рассыпной системе) или переносными металлическими коробками.

Полуфабрикат укладывают в печном канале по всему сечению, заполняя его на 43—69%, в зависимости от типа садки и вида изделий.

Требования к садке: устойчивость, минимальное сопротивление дви­ жению воздуха и газов, однотипность и удобство для загрузки и вы­ грузки. Садка должна обеспечить наиболее равномерное распределение огня по сечению печного канала и соответствовать виду обжигаемых изделий. В зависимости от типа садки поверхность нагрева 1000 шт. кирпича колеблется от 25 до 75 м2 при полной поверхности этого коли­

или дырчатого). Пустотелые камни укладывают с направлением пустот

электропогрузчиками грузоподъемностью 0,98 т. Для этого высушен­ ный сырец выкладывают в пакеты емкостью от 103 до 232 шт. Укладка

пакетом может выполняться в контейнерах-шаблонах непосредствен­ но в сушильных камерах, откуда они электропередаточной тележкой подаются к печи или на площадку возле печи.

Сырец укладывают в пакет на «плашок» с перевязкой рядов. Перед садкой пакетов предварительно вручную выкладываются ножки садки. Электропогрузчик захватом (щеками) зажимает нижний ряд сырца, снимает пакет со стенда, отвозит в камеру печи и устанавливает

в печном канале (рис. 51). Плотность пакетной садки — от 210 до 230 шт. условного кирпича в 1 м3 канала печи.

Пакетная садка повышает производительность труда на 14— 16%. Окончив садку камеры, устанавливают бумажный шибер (щит). Рас­ ход бумаги составляет 100— 150 кг на 1 млн. шт. обожженного кирпи­ ча. Установка шиберов из стеклоткани марки Т-117 дает возможность

использовать их 4—5 раз.

Ходки печи закладывают двумя кирпичными стенками толщиной 0,5 кирпича каждая и засыпают пространство между ними золой.

/

Рис. 52. Схема расположения горелок в печи:

с соплами в топливных трубочках; 7 — печь; 8 — верхние боковые горелки; 9 — нижние боковые горелки.

Вместо второй (наружной) стенки иногда ходки заставляют деревян­ ными утепленными щитами или металлическими с промазкой, а так­

топливо. Твердое топливо через топливные трубочки засыпают пор­ циями по 200—300 г при мелкокусковом малозольном топливе и по 500— 1500 г при крупнокусковом многозольном. Количество топлива, засыпаемого в крайние трубочки (по ширине печи), большее, чем засы­ паемого в средние. Частота засыпки топлива зависит от вида его и бывает: 8— 15 мин при использовании антрацита; 20—30 мин при буром угле и 30—40 мин при фрезерном торфе. В передние и задние рядки засыпают топливо одинаковыми порциями, в средние (зона

кирпича. Засыпку топлива иногда механизируют при помощи авто­ питателей (шур-аппаратов). Лучше устанавливать их стационарно.

При переводе кольцевой печи на газ изменяют садку — вместо колосников сырец укладывают елками, а между топливными трубоч­ ками оставляют разрывы шириной 20—25 см. Газ к горелкам печи подают под давлением 11,33—20,00 кПа по различным схемам: комби-

нированно (снизу и сверху), с боков и сверху, только сверху, только снизу. Наиболее удобна в эксплуатации система газоснабжения, включающая устройство стационарных горелок в своде и боковых стенках печи (рис. 52). Горелки в ходке устраняют возможность недо­ жога изделий (опыт Очаковского завода). Перевод печей на газооб­ разное топливо сокращает продолжительность обжига на 15—20% и расход условного топлива не менее чем на 25%, улучшает условия труда, позволяет автоматизировать процесс обжига, повышает качест­ во изделий при снижении его стоимости не менее чем на 17—20%.

iooot

Рис. 53. Режим обжига в кольцевых печах:

1 — обыкновенного кирпича (по П. А. Дуваиову); 2 — пористо-дырча* того кирпича; 3 — семшцелевых камней; 4 — сырца повышенной влаж«

1IOCTH.

При использовании в качестве топлива мазута его подают к печи по нефтепроводу после предварительного подогрева до 80—90° С и очистки от примесей. Подогревать мазут необходимо для снижения вязкости до 2—3° (по Энглеру), что облегчает его подачу в печь и сжи­ гание. В печь мазут подается через форсунки, вмонтированные в крышки топливных трубочек, переносимых на новые трубочки, по мере продвижения огня.

В зависимости от длины печного канала, технологических свойств сырья и вида изделий, каждая зона включает несколько камер.

В 20-камерной печи, работающей на один огонь, камеры распределены так: на подсушке и подогреве — 6, обжиге (взваре) — 2, выдержке — 2,5, охлаждении — 6, под выгрузкой, загрузкой и на ремонте — 3,5. При работе 20-камерной печи на два огня позонный режим на каждом огне следующий: на подготовке — 2, на обж иге— 1,5, на закале — 1, на остывании — 1,5—2,5, пустых и на ремонте — 3 камеры. Продол­ жительность обжига по зонам: подготовки — 15— 17 ч, взвара —

и его последователи добились сокращения общего цикла обжига кир­ пича в 3 раза, повысив производительность печей до 3000 и более штук на 1 м3 объема печи и снизив расход условного топлива на обжиг 1000 шт. кирпича до 90— 120 кг (рис. 53).

Расход тепла в кольцевых печах составляет: на испарение влаги — 15—30%, на химические реакции — 16—25%, потери тепла от непол­ ноты сгорания топлива — 1—5%, с выгружаемым материалом — 2— 3%, с отходящими газами— 30—50%, другие потери — 5— 10%. Потери от неполного сгорания топлива в печах, работающих на два огня, по сравнению с печами, работающими на одном огне, снижаются

духа в печи 3,5—4,5.

При вводе в массу до 90% топлива (от необходимого для обжига) плотность садки снижают до 200—220 шт. в 1 м3. В садке оставляют дополнительные каналы в центре с наружной стороны, что уменьшает сопротивление движению газов и облегчает подачу воздуха. Топливо выгорает в сырце раньше окончания обжига на 50—80° С, что устра­ няет возможность вспучивания и пережога изделий. Засыпкой осталь­ ного количества топлива (20— 10%) выравнивают температуру в печи. Топливо сверху печи засыпают только в зоне взвара после выгорания топлива, введенного в сырец.

Повышения производительности печей, улучшения качества из­ делий и условий труда достигают за счет увеличения площади сечения дымовых очелков до 1,5—2,0 сечений дымового конуса и увеличения диаметра дымовых конусов до 700—800 мм. В камерах длиной более 6 м устанавливают второй дымовой конус с очелком. Площадь сече­ ния дымового канала должна обеспечить пропуск печных газов со скоростью не более 10 м/с. Перевод печей на два и три огня и фор­ сирование обжига повышает производительность их, но ухудшает условия обжига в печи. Частичное устранение недостатков достигает­ ся благодаря применению вентиляторов для обдува изделий, водяно­ му орошению садки, замене твердого топлива на жидкое и газообраз­

ных изделий, так и для получения восстановительной среды. В первом случае вода под давлением 2—3 кПа подается к форсункам и распы­ ляется в горизонтальной плоскости между садкой и сводом печи. Про­ тяженность охлаждаемого участка составляет 5—6 рядков. В очеред­