Производство лицевого керамического пустотелого кирпича пластичным способом формования

Рисунок 8. Глиномешалка с фильтрующей решеткой СМ-1238А.

1-траверса; 2- гидроцилиндр; 3- манометр; 4- двухвинтовая секция; 5-крышка корпуса;   6- крышка люка;  7 — корпус;  8 – редуктор; 9- зубчатая муфта; 10-раздаточная коробка,  11-валы,;12- гидросистема; 13- электродвигатель; 14-клиноременная передача; 15-вентиль с. электромагнитным клапаном;  16 - электрооборудование.

 

Материал, поступающий  в глиномешалку, подхватывается смесительными лопатками и транспортируется в секцию 4, в конце которой установлена двухсекционная фильтрующая головка. Она состоит из двух рам, жестко соединенных с торцов траверсами. Траверсы соединены с штоками двух гидроцилиндров, перемещающих подвижные рамы в соответствующих направляющих, закрепленных на секции. В гнездах рам размещены фильтрующие решетки, перемещаемые с помощью гидроцилиндров без остановки глиномешалки. Одна решетка постоянно находится в рабочем положении, а

 

 

вторая —  на очистке от загрязнений или в резервном положении. Решетки очищают вручную. Производительность глиномешалки до 25 м³/ч, мощность 55 кВт.

3.3 Особенности производства кирпича-сырца  пластическим способом формования.

 

Для производства этих материалов применяют безвакуумные и вакуумные винтовые ленточные прессы.

Безвакуумные  прессы   преимущественно применяют при формовании полнотелого кирпича и кирпича с технологическими пустотами. В отдельных случаях при использовании высокопластичного сырья на этих прессах формуют пустотелые керамические изделия. Характерная особенность прессов — наличие одного винтового вала и открытой приемной части корпуса пресса.

Вакуумные прессы, как правило, используют для получения пустотелых изделий и кирпича повышенной марочности. Их применение способствует расширению сырьевой базы, так как вакуумированная масса характеризуется повышенными пластичностью и связностью. Прессы отличаются от безвакуумных тем, что в рабочем пространстве машины размещена вакуумная зона, герметичность которой создается с двух сторон зонами уплотненной массы.

Рисунок 9. Вакуумный винтовой ленточный пресс СМК-325.

Глиняная масса лопатками  и лопастями продавливается через кольцевое отверстие между конусом 8 и обоймой 9 в вакуум-камеру 12.На входе в вакуум-камеру масса измельчается вращающимися ножами, жестко закрепленными на валу 26. Вал опирается на две опоры, одна из которых находится на стенке вакуум-камеры, где установлен также упорный подшипник, а другая опора расположена на отдельной стойке 3. Место установки подшипников в вакуум-камере герметично закрыто крышкой. В верхней части вакуум-камеры предусмотрено отверстие, сообщающееся с системой отсоса воздуха. Пресс оснащен преобразователем давления 14, который установлен в головке 15, и системой контроля уровня массы, отключающей привод смесителя при переполнении вакуум-камеры массой выше заданного уровня.

Прессы работают вместе с вакуумной установкой.

 

 

Рисунок 10. Схема вакуумной установки.

1. водосборник; 2- нагнетательный воздухопровод, 3- фильтр, 4- всасывающий воздухопровод, 5- вакуумметр, 6-вакуум-камера пресса, 7- электродвигатель. 8 — вакуум-насос.

 

 

Качественную  продукцию на вакуумных прессах  можно получить при разрежении в вакуум-камере 0,086...0,095 МПа. Чем менее пластично сырье, тем выше должна быть степень вакуумирования.

3.3.1 Формовка кирпича-сырца.

Процесс формования глинистой  массы в брус происходит при взаимодействии винтового вала пресса и формующего инструмента, к которому относятся головка пресса и мундштук. При вращении винтового вала масса выдавливается через головку пресса с неравномерной скоростью. Это обусловлено тем, что в каждой точке сечения потока скорость изменяется в зависимости от угла поворота выпорной лопасти вала. Создается пульсация потока, которая уменьшается с увеличением числа выпорных лопастей.

Чтобы предотвратить  такие дефекты, подбирают головки  определенной длины. Слишком короткая головка дает неравномерный выход бруса, а слишком длинная - повышает расход энергии на формование, так как увеличивается сопротивление выдавливанию глиняного бруса. Чем глина пластичнее, тем короче может быть головка.

Чтобы получить пустотелые кирпичи из вакуумированных  масс, используют мундштуки с пустотообразователями.

Рисунок 11. Мундштук с пустотообразователями.

 

 Мундштук состоит из корпуса 1, скобы 4,, кернодержателей 5, кернов 7 и мундштучной плиты 6. Керны используют для образования в брусе отверстий требуемого размера и формы и регулирования скорости истечения глины из мундштука. Толщина и количество кернодержателей на одной скобе должны быть такими, чтобы между ними было достаточное пространство для течения массы. При большом количестве пустот кернодержатели располагают на нескольких скобах. Диаметр кернодержателей 4... 10 мм. Длину мундштука выбирают в зависимости от пластичности массы. Вакуумированные массы формуют с помощью мундштуков длиной 70... 120 мм.

Отформованный брус режется автоматом резчиком. Современные формовочные линии отличаются высокой производительностью. Цикл формования одного кирпича составляет 0,2...0,3 с, в течение которых резательные устройства должны обеспечить точность реза в пределах 2...4 мм.

Применяют два способа резки бруса - одно- и двустадийный. Первый способ предусматривает резку бруса на отдельные изделия по ходу его движения. При втором способе предварительно отрезается мерная заготовка, равная по длине суммарной толщине заданного количества изделий, а затем заготовка разрезается на отдельные изделия. Для этого ее проталкивают через неподвижную резательную раму, состоящую из заданного количества натянутых струн, либо разрезают неподвижную заготовку перемещающейся на нее резательной рамкой.

После резки  изделие с помощью специального автомата-укладчика помещается на сушильные  вагонетки и происходит процесс  сушки.

3.4 Сушка кирпича.

 

Кирпич-сырец  и керамические камни, изготовленные  пластическим прессованием, содержат влагу, которая должна быть удалена, чтобы придать им механическую прочность и подготовить к обжигу. Сушка полуфабриката является одной из важнейших технологических операций, во многом определяющей качество изделий и технико-экономические показатели

 

производства. В себестоимости кирпича затраты на сушку составляют 8-12%.

Сушкой называется процесс удаления влаги из материалов путем ее испарения. Сушку кирпича-сырца производят только конвективным методом,    т. е. методом, при котором влага испаряется вследствие теплового обмена между изделием и теплоносителем. В качестве теплоносителя используют нагретый воздух или дымовые газы, получаемые от сжигания топлива. Эти теплоносители являются одновременно и влагопоглотителями, так как передают кирпичу-сырцу тепло и поглощают его влагу.

Процесс сушки  характеризуется следующими факторами: изменение температуры полуфабриката, его влагосодержание, изменением скорости сушки, возникновением усадки и усадочных напряжений, продолжительности сушки, свойств. Регулирование интенсивности испарения влаги в различные периоды сушки, усадки полуфабриката и усадочных напряжений, продолжительность сушки, свойств скорости движения теплоносителя

 

достигается соответствующим режимом сушки.

Режим сушки - это комплекс мероприятий, предусматривающий минимальное время, необходимое для сушки изделий с учетом их свойств , формы, размеров и особенностей сушильных устройств, а также рациональный подвод тепла к высушенному изделию с минимальными потерями тепла и изделий.

Процесс сушки  характеризуется тремя периодами: нагревом, постоянной и падающей скоростями  сушки (рис.12).

Первый  период сушки характеризуется ускоренным прогревом массы полуфабриката от начальной температуры до температуры насыщенного теплоносителем (при данном влагосодержании). Влагосодержание сырца изменяется еще не значительно при подогреве. Относительно высокая пористость материала изделия, значительное количество сильно развитых микроскопических пор и наличие влаги, механически связанной частичками глинистых материалов и слабоудерживаемой в толстых гидратных оболочках глинистых частичек, обуславливают возможность интенсивной сушки в первый период, особенно после отдачи первых 3-5 % общего количества имевшейся в сырце влаги. Скорость сушки является функцией разности парциальных давлений водяных паров на поверхности  сырца и в окружающей среде, она скачкообразна возрастает от нуля до четко выраженного перелома на кривой скорости, характеризующей окончание первого периода сушки. Начальная скорость не зависит от количества воды  в изделии, а зависит от температуры влажности и скорости движения теплоносителя. Скорость сушки равна скорости испарения воды с поверхности изделия. К концу периода устанавливается равновесие между количеством тепла, идущего на нагрев массы сырца  и количеством тепла, расходуемого на испарение влаги.

Второй  период сушки характеризуется горизонтальным участком на кривой скорости  сушки, указывающей на то, что скорость численно равна скорости испарения влаги с поверхности полуфабриката, температура последней остается постоянной ( кривая III). Влага перемещается в основном в виде пара и изделие теряет большую часть физико-химической влаги. В связи с этим скорость сушки снижается, что фиксируется на кривой сушки в точке К, указывающей на окончание второго периода сушки. Влажность соответствующая окончанию периода, называется критической для данного материала и при данных параметрах теплоносителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 12 Кривые сушки. I-усадка(влагоотдача); II- скорость сушки (уменьшение массы кг/(м²ч); III- температура материала,⁰С, К- точка критической влажности.

Третий  период характеризуется падающей скоростью сушки и повышением температуры сырца. Интенсивность влагоотдачи в этот период пропорциональна средней влажности материала в интервале от критической до конечной.

Сушка изделия  прекращают тогда, когда влажность(W_к),которая меньше критической(W_кр), но больше или равна равновесной влажности (W_р):

(W_кр >W_к >W_р).

Удаление  влаги из полуфабриката сопровождается воздушной усадкой, достигающей 8-12 %.Изменение влагосодержания полуфабриката  и его усадка вызывают усадочные  напряжения, в результата которых  на полуфабрикате могут появляться трещины, он может коробиться. Величина усадки различных слоев изделия неодинакова виду неравномерного распределения влажности. По мере удаления влаги уменьшается объемная доля воды, заполняющей макро-капилляры и образующее вогнутые мениски на границе «изделие-воздух», поверхностное натяжение оставшейся в капиллярах  воды увеличивается, что приводит к снижению частичек, обуславливающих усадку полуфабриката. Усадка происходит до тех пор, пока частички не придут во взаимное соприкосновение. Возникающее при этом силы трения частичек возрастают, и в момент, когда они превысят силы поверхностного натяжения влаги в капиллярах, усадка прекращается.

Величина  воздушной усадки, зависящей от свойств  массы и определяющей чувствительность ее к сушке должна быть минимальной.

Туннель сушилки представляет собой туннели, в которых движутся вагонетки с сырцом. Туннельные сушилки относятся к сушильным устройствам непрерывного действия. Длина туннеля от 24 до 36 м, шириной 1-1,2 однопутной, 2-2,4 двухпутной, 3-3,6 трехпутной, высота 1,4-1,8 м. Туннель объединен в блоки по 4-20 шт., имеющие общие каналы для подачи и отбора теплоносителя. Сырец в туннельные сушилки поступает по рельсовым путям на вагонетках. Навстречу полуфабрикату движется теплоноситель- топочные или печные газы, поступающие в туннель его выгрузочного конца (рис.12а). Теплоноситель подается в туннель сосредоточено через канал длиной 1,5-2,0 м при помощи вентилятора, отводится также через канал длиной 4-6 м, устроенный в поду туннеля возле загрузочного конца. Температура теплоносителя в центральном подводящем канале сушилки 100-140 ⁰С, давление 58,86-147,15 Па, скорость до 15 м/с.

Температура  теплоносителя, удаляемая из сушилки  – от 30 до 45 ⁰С при относительной влажности 89-93 %. Расход теплоносителя на испарение на испарение 1 кг влаги составляет 80-100кг, а условного топлива при сушке газовоздушной смесью с использованием отходящих газов печей от 90-120 кг на 1000 шт. кирпича.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5 Обжиг кирпича.

Важнейшие физико-технические свойства изделий(прочность, плотность, морозостойкость) приобретаются в результате обжига. При обжиге одновременно протекают процессы тепло- и массообмена, значительно усложненные фазовыми и химическими превращениями.

Температурный режим обжига кирпича условно  разделяется на четыре периода:

- досушка  (до 200 ⁰С),

- подогрев (окура  700-800 ⁰С),

- собственно  обжига   (взвара 900-1050 ⁰С),

- остывание  (охлаждение до 40-50 ⁰С ).

Досушка производится для полного удаления воды затворения и 

 

гигроскопической, а также для равномерного прогрева массы полуфабриката до 100-200 ⁰С. Наиболее интенсивное удаление воды происходит при 80-120 ⁰С , что связано с возможностью растрескивания сырца. Температура впериод досушки повышается медленно, при наличии достаточной тяги, предупреждающей возможность конденсации паров на сырце и его запаривания.

Подогрев  до 800⁰ С т.е до начала упругих деформаций, первоначально производится дымовыми газами и далее при сжигании топлива. В начальной стадии этого периода(300⁰ С), начинается выгорание органических примесей, заканчивающееся при медленном повышении температуры до 450 ⁰С, при быстром около 700-800 ⁰С.Коксовый остаток выгорает к концу второго периода (700-800 ⁰С).

В середине периода  при 500-550 ⁰С интенсивно выделяется конституционная вода, минералы, содержащие железо, например сидерит FeCO₃, диссоциируют  с выделением СО₂. В восстановительной среде, создаваемой сжиганием топлива в массу или при водяном орошении, часть оксида железа (III) восстанавливается до оксида железа (II) с образованием легкоплавких эвтектик, особенно при повышении температуры до 850-900 ⁰С, способствующих уплотнению черепка. При 550⁰С  и наличии восстановительной среды начинается диссоциация сульфидов и сульфатов с выделением SO₂  , а при 700-800⁰ С  - диссоциация карбонатов CaCO₃ и MgCO₃ , заканчивается при 950-1000 ⁰С с выделением СО₂ и повышением пористости изделий. Начиная с 700 ⁰С и выше, щелочи, находящиеся в глине , образуя расплав, количество которого также возрастает с повышением температуры. В процессе формования черепка жидкая фаза (расплав) непрерывно меняется. Количество расплава, образующегося при одной и той же температуре , зависит от химического состава глинистых материалов и добавок, реакционной способности и дисперсности компонентов 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 (700-800⁰ С) кристаллическая решетка глинообразующих минералов разрушается незначительно, поэтому такие физико-механические показатели, кА усадка, прочность, пластическое деформации, модуль упругости, изменяются незначительно