Производство кирпича

       Скорости  сушки, при которых трещины не появляется, называют допустимыми, а  скорости сушки, сопровождаемые возникновением трещин, недопустимыми. Наибольшую из допустимых скоростей сушки называют максимально допустимой интенсивностью испарения.

       Процесс сушки изделий зависит от ряда факторов, которые можно разделить  на две группы: первая включает в  себя факторы, определяющие свойства сушимого изделия, вторая – теплотехнические и аэродинамические условия процесса.

       Теплотехнические  и аэродинамические факторы процесса сушки включают в себя температуру  и влажность теплоносителя, его  скорость и условия движение. Все  эти факторы определяют местные  интенсивности испарения и скорость сушки изделия в целом. Нужно  подчеркнуть, что и величины интенсивностей испарения и их неоднородность зависят  от характера течения теплоносителя: чем менее упорядочен поток теплоносителя, т.е. чем больше в нем местных  завихрений, пульсаций, отклонении от прямолинейного движения и различных  изменении местных скоростей , тем  в меньшей степени проявляются  неоднородность интенсивностей испарения  по поверхности изделий. Поэтому  увеличивая скорость теплоносителя  и меняя аэродинамические условия  его течения, можно добиться значительного  увеличения максимально допустимой скорости сушки.

       В настоящее время в кирпичной  промышленности наибольшее распространение  имеют камерные и туннельные сушилки  и лишь незначительно используются сушильные сараи.

       Туннельные  сушилки состоят из следующих  основных элементов: собственно сушилки, вентиляционных установок с трактами для транспортирования теплоносителя  регулирующими устройствами, источников тепла, транспортных средств для  материала.

       Каждый  туннель представляет собой коридор  длиной от 30 до 40м, в котором приложена  рельсовая колея. Высота туннелей разная, чаще она равна 1,4 или 1,7 м. ширина однопутных туннелей составляет примерно 1,2 м, ширина двухпутных и трехпутных туннелей соответственно в два или три раза больше. Туннельные сушилки имеют каналы для подачи и отвода теплоносителя. Вагонетки  с сырцом передвигаются вдоль  туннеля рельсовым путям.

       Выбор рациональной укладки изделий на сушильные вагонетки имеет большое  значение, так как от расположения их зависят распределение потока теплоносителя по сечению туннеля, равномерность сушки по его высоте, конечная влажность и качество высушенных изделий. Кроме того, в зависимости  от типа садки изменяется степень  заполнения туннеля сырцом, а от этого зависят производительность сушилок, скорость газового потока и  относительная влажность теплоносителя  на выходе из туннеля.

       Сушильные вагонетки имеют деревянные двух- или трехбрусковые рамки, концами  опирающиеся на стальной каркас вагонетки. Обычно на одной рамке размещаются 8 – 10 шт. сырца полнотелого кирпича. С точки зрения качества высушенного  кирпича предпочтительнее равноплотно  разреженная садка. Плотность садки  зависит от многих факторов:  количества вагонеток, находящихся в обращении, времени нахождения вагонеток в  пути, общей пропускной способности  транспортных средств сушилки, способа  укладки сырца на вагонетки и  т.д.

       Основные  требования к типу садки изделий  на сушильные вагонетки следующие: 

• Устанавливать изделия на рамки таким образом, чтобы оси отверстий их были параллельны  направлению потока теплоносителю;
• Располагать изделия так, чтобы была максимально использована емкость вагонетки при условии устойчивости изделия и при сохранении достаточных и равных зазоров между ними по продольной и поперечной оси вагонеток и без их смещения;
• Загружать верхние рамки вагонеток таким образом, чтобы зазор между верхним рядом изделий и потолком был минимальный и зазор между вагонетками и стенами туннеля – также минимальным;
• Загружать туннели следует однотипной продукцией, так как загрузка туннеля изделиями , значительно различающимися по размеру и весу, приводит к значительным колебаниям в режиме сушки. 

       Кроме того, при выборе системы садки  учитывают также неравномерность  влагоотдачи изделий по длине  сушильных вагонеток и осуществлением ряда мероприятий добиваются снижение этой неравномерности в процессе сушки. Наиболее рациональной садкой 7-щелевых стандартных камней при ручной укладке является садка их «на ребро» в шахматном порядке по высоте вагонетки.

       Вагонетки передвигается и заталкиваются  в туннели сушилки на электрических  передаточных тележках, оборудованных  реечным толкателем. Ранее применяемые  канатные толкатели на многих заводах  ликвидируются. Заталкивать вагонетки  в туннели надо лишь по одной и  по точно установленному графику. Двери  туннелей должны плотно закрываться, и  поднимают и опускают механически  управляемым оператором с передвижного реечного толкателя с помощью  одной кнопки. Вакуумирование глины  извлекает из нее воздух, снижает  необходимую формовочную влажность  на 3-4% и вследствие этого улучшает ее формовочные и прочностные  свойства. Прочность сырца возрастает в 2 – 3 раза, т.е. примерно в 1,5 раза упрочняется  высушенное изделие, прочность обожженного  изделия увеличивается до 2 раз, его  водопоглощение снижается на 10 – 15%. Длительность сушки кирпича-сырца  в туннельных сушилках составляет 16-36 ч при начальной температуре  теплоносителя 120-150ºС.

       Туннели объединяют в блоки по 10-20 туннелей в каждом; блок обычно имеет свои приточный и вытяжной вентиляторы. Вдоль фронта туннелей на их горячих  и холодных сторонах проходят приточные  и вытяжные каналы, с которыми туннели  соединяются регулирующими клапанами. Теплоноситель подается в туннели  и отсасывается из них через специальные  отверстия в полу или потолке  туннелей.

       Параметры работы туннельных сушилок характеризуется  следующими цифрами: срок сушки 12-50ч, температура  подаваемого теплоносителя 50-180ºС, температура  отходящих газов 25-40ºС, расход теплоносителя  на один туннель 3000-10000 м³/ч. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       3.4 Сущность процесса обжига. 

       Обжиг завершается изготовлением керамических кирпичей. В процессе обжига формируется  их структура, определяющая технические  свойства изделия. По данным М.И. Рогового, суммарное затраты на обжиг достигают 35-40%, а потери от брака составляют около 10% себестоимостью товарной функции.

       Обжиг керамических изделий осуществляют в туннельных печах с автоматическими  управлением (хотя на действующих кирпичных  заводах еще работает значительное количество кольцевых печей). Процесс  обжига керамических изделий можно  условно разделить на три последовательных этапа: 1) постепенное удаление влаги  из сырца, 2) обжиг сырца, 3) постепенное  охлаждение обожженных изделий.

       Обжиг как процесс формирования керамических изделий, обусловливается прежде всего  физико-химическими процессами, происходящими  в них, а также внешними теплотехническими  факторами: температурой, составом и  скоростью газовой среды. Обжиг  кирпича происходит при температуре 600-1000ºС. Продолжительность 12 ч.

       В интервале температур 0-110ºС происходит удаление из изделия гигроскопической влаги. Это наиболее опасный этап, и безопасная скорость подъема температуры  в этом интервале составляет около 50-80 град/ч. При нагреве сырца от 110 до 800ºС глина отдает химически  связанную воду и теряет пластические свойства. Одновременно с этим происходит окисление закиси железа FeO в окись железа Fe₂ O₃ ; при этом глина меняет окраску, а кирпич получает красный цвет. Удаление химической связанной воды, входящей в состав глинистых или других минералов, начинается с температурой 350ºС. Отдача основного количества этой воды идет при температуре 430-500ºС и продолжается до 900ºС. В этом интервале интенсивный подъем температур допустим почти для всех глин, даже чувствительных к обжигу, и составляет для полнотелого кирпича 300-350 град/ч, а для эффективных изделий – 400-450 град/ч.

       В температурном интервале 650-850 ºС в  зависимости от состава глины  начинается расплавление различных  легкоплавных примесей и образование  жидкой эвтектики. Жидкая фаза заполняет  поры и стягивает частицы основного  материала, вызывая огневую усадку. С появлением жидкой фазы пористость керамических материалов уменьшается, прочность увеличивается.

       При температуре выше 800ºС  глинозем Al₂ O₃  и кремнезем  SiO₂  соединяются в безводный алюмосиликат – муллит, значительно повышающий физико-механические свойства изделий. Этот период нагрева наиболее опасный в отношении трещинообразования. Допустимая скорость подъема температур от 800ºС до максимальной температуры обжига для полнотелого кирпича составляет 100-150 град/ч, а для эффективных изделий – 200-220 град/ч.

       Для выравнивания температуры по сечению  печи и по всей толщине обжигаемого  изделия, а также для обеспечения  прохождения необходимых реакций  изделия выдерживают при конечной температуре обжига. Рекомендуется  нагревать сырец в печи с максимально  допустимой скоростью выгорания  запрессованного топлива, а затем  выдерживать при этой температуре  в окислительной атмосфере до полного выгорания остатков углерода. Дальнейший подъем температуры до максимальной (850-950ºС) обеспечивается за счет сжигания дополнительного топлива, подаваемого  в печь. 4 ч изделия закаливаются.

       После некоторой выдержки при максимальной температуре изделия начинают охлаждать. Начальное охлаждение на 100-150ºС рекомендуется  производить так, чтобы величина температурного перепада по толщине  изделий не превышала 25-35º. Охлаждение от 800 до 650ºС можно значительно интенсифицировать. В этом интервале температур интенсивность  охлаждения полнотелого кирпича  составляет 250-300 град/ч, а эффективных  изделий – 350-400 град/ч. Допустимая величина температурного перепада между поверхностью и центром изделия равна 120 - 125ºС.

       Скорость  охлаждения изделий в интервале 650-500ºС лимитируется модификационными превращениями кварца. При 573ºС α-кварц  переходит в δ-кварц с изменением объема на 0,82%. Допустимая скорость охлаждения на этом участке составляет 200град/ч. Скорость охлаждения ниже 500ºС без ущерба для качества изделий практически  может быть любой и ограничивается лишь условиями внешнего теплообмена. При 276-180ºС α-кристобалит переходит  и объем изделия изменяется на 2,8%. Продолжительность остывания 14 ч. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       3.5 Устройство и принцип работы  туннельных печей.  

       Туннельные  печи представляют собой непрерывно действующие тепловые установки, в  которых изделия движутся по длинному обжигательному каналу навстречу другим газам. Рабочие места садчиков и  выгрузчиков кирпича находятся  вне печного канала, что обеспечивает им нормальные условия работы. Расположение зоны обжига на определенным месте  обжигательного канала печи и перемещение  изделий на подвижных вагонетках вдоль печного канала создают  благоприятные условия для механизации  подачи топлива в зону обжига. Загрузку и выгрузку изделий легко можно  механизировать.

       Туннельные  печи более экономичны в отношении  расхода топлива и потребности  в рабочей силе, чем кольцевые, в них наиболее полно осуществляется автоматизация процесса обжига и  достигается относительно точная его  регулировка. Являясь более современным  по сравнению с кольцевыми тепловым агрегатом, туннельные требуют соблюдения более точной технологии на предыдущих этапах производства.

       Обжиговый канал туннельной печи условно разделяется  по длине на три основные технологические  зоны: подготовки, обжига и охлаждения. В печи сначала происходит досушка  и подогрев изделий отходящими из зоны обжига продуктами горения; затем  вагонетки с изделиями проходят через зону обжига, подвергаясь воздейству высоких температур, после чего поступают  в зону охлаждения. Все печи снабжены приточно-вытяжной вентиляцией. Воздух для охлаждения изделий и вагонеток  нагнетается в печь вентилятором у места выхода вагонеток. После  нагрева за счет тепла остывающей продукции горячий воздух поступает  в зону обжига для горения топлива. Так как количество воздуха, потребное  для охлаждения кирпича и вагонеток, превышает его количество, необходимое  для горения топлива, то часть  подогретого воздуха отбирается из зоны охлаждения печи вентилятором и направляется в сушилку. Продукты горения топлива из зоны обжига поступают  в зону подготовки, где отдают свое тепло на испарение остаточной влаги  из сырца и нагрев его до температуры  обжига. Из зоны подготовки отработанные дымовые газы отбираются вентилятором и выбрасываются в атмосферу  или направляются вместе с горячим  воздухом из зоны охлаждения в сушилку. Для отключения канала печи от окружающей атмосферы во время проталкивания  вагонеток многие туннельные печи снабжены форкамерой с двойным затвором.