CC BY
13УДК 666.712
Г.Д. АШМАРИН, канд. техн. наук, В.Г. ЛАСТОЧКИН, инженер,
В.И. СИНЯНСКИЙ, канд. техн. наук, ЗАО «ВНИИСТРОМ им. Петра Петровича Будникова» (п. Красково Московской обл.); В.В. ИЛЮХИН, генеральный директор, ОАО «Электроавтомат» (г. Алатырь, Чувашская Республика);
В.В. КУРНОСОВ, канд. физ.-мат. наук, генеральный директор ЗАО «Комас» (Москва)
Сокращение цикла термической обработки в технологии керамического кирпича компрессионного формования
В настоящее время повышаются требования к качеству выпускаемой продукции кирпичных заводов, увеличивается спрос на лицевые изделия различной цветовой гаммы и крупноразмерные пустотно-поризованные блоки с высокими теплозащитными свойствами. Это в свою очередь повышает требования к качеству сырьевых материалов. Очевидной становится проблема запасов глинистого сырья как для действующих, так и для вновь строящихся предприятий. Ресурсы традиционного керамического сырья истощаются, глин и суглинков, которые можно было использовать без корректировки состава в производстве керамических стеновых материалов, становится все меньше.
В связи этим возникла необходимость по вовлечению в технологический процесс нетрадиционных сырьевых материалов, в частности кремнеземистого [1] и техногенного сырья, — отходов добычи и обогащения углей [2], зол ТЭЦ, шлаков [3] и некоторых отходов сельскохозяйственного производства.Комплексное использование данных сырьевых ресурсов при производстве керамических изделий наиболее целесообразно методом компрессионного формования [4]. Опыт показывает, что использование кремнистых и глинистых пород в смеси с углеро-досодержащими отходами позволяет значительно улучшить физико-механические свойства керамики за счет создания в процессе обжига восстановительной среды и перехода трехвалентного железа в более легкоплавкое двухвалентное, что обеспечивает более интенсивное спекание при снижении температуры на 100—150оС.
Переход от пластических керамических масс к полусухим порошкам определяет различие технологических процессов производства изделий. Результаты исследований П.А. Ребиндера [5], С.П. Ничипоренко [6] и др. авторов показали, что изделия компрессионного формования имеют более совершенную структуру, чем изделия пластического формования. На основании анализа литературных данных и результатов работ ряда институтов в этой области можно сделать заключение, что только эффективные керамические изделия пластического формования пустотностью 25% и выше приближаются по совершенству кристаллической структуры к соответствующим изделиям компрессионного формования.
Совершенная структура изделия компрессионного формования может быть достигнута при разработке и строгом соблюдении основных технологических процессов производства, таких как получение пресс-порошка заданного гранулометрического состава с равной или близко к равной пофракционной влажностью, обеспечение наиболее рационального режима прессования и создание эффективной строго регламентированной тепловой обработки изделий. Формование пресс-порошков влажностью ниже критической на 2—3%, при которой кирпич-сырец не имеет усадки при последующей тепловой обработке, позволяет значительно ускорить процесс
производства. То есть появляется возможность значительно форсировать режим тепловой обработки и существенно сократить тепловые потери. Получение пресс-порошка заданного гранулометрического состава и влажности обеспечивается путем возврата крупной фракции пресс-порошка на вторичную переработку.
Принципиальная схема технологической линии [7] для производства керамических строительных изделий методом компрессионного формования представлена на рис. 1.
Важнейшим фактором в технологии компрессионного формования является создание эффективной тепловой обработки изделий. Чтобы создать технологические линии, конкурентоспособные по сравнению с линиями пластического формования большой мощности, необходимо использовать преимущества разработанной авторами технологии компрессионного формования. Таким преимуществом является прессование изделий при влажности сырца ниже критической (влажность в момент прекращения усадки), позволяющая осуществлять садку их после формования непосредственно на печные вагонетки и вести обжиг в одном тепловом агрегате печи-сушилке [8].
Для этой цели нами разработана туннельная печь-сушилка мощностью 30—60 млн шт. кирпича в год, позволяющая значительно упростить систему спецтран-
Рис. 1. Принципиальная технологическая схема производства кирпича методом компрессионного формования
10 9 8 7 4 5 6 3 2 1
42
научно-технический и производственный журнал
апрель 2013
спорта современного завода и сократить издержки производства.
Печь-сушилка (рис. 2) представляет собой противо-точный туннель, состоящий из рабочего канала 1; вентилятора подачи атмосферного воздуха в конец зоны охлаждения 2; вентилятора подачи атмосферного воздуха в начало зоны охлаждения 3; вентилятора отбора горячего воздуха 4 из зоны охлаждения и подачи его между зоной предварительного нагрева и зоной подготовки; отопительной системы 5 зоны обжига со скоростными горелками 6; рекуперативных скоростных горелок 7; вентилятора отбора дымовых газов из рекуперативных скоростных горелок 8; системы рециркуляции 9; воздухонагревателя 10.
Для улучшения тепловой работы обжиговой печи предлагается установка системы отопления, использующей рекуперативные горелки, применение которых приводит к распределенному отбору дымовых газов по длине обжигового канала в отличие от сосредоточенного при традиционном способе отопления. Этот способ отопления печи позволяет снизить неконтролируемые подсосы из внепечного пространства, повысив качество нагрева изделий и энергоэффективность работы печи.
При традиционной схеме отопления обжиговой печи для увеличения срока службы дымососа и дымовой трубы температуру отходящих дымовых газов поддерживают на уровне 150—180оС. Коэффициент избытка воздуха при этом составляет 5—10. Таким образом, потери теплоты с уходящими дымовыми газами составляют 35—60%. При использовании системы отопления с рекуперативными горелками удается снизить эти потери до 20—25%. При высокой степени рекуперации температура отходящих дымовых газов будет составлять 250—300оС при коэффициенте избытка воздуха в пределах 1,5—2.
Использование в предлагаемом техническом решении системы рециркуляции, оснащенной воздухонагревателем, размещенной в зоне предварительного нагрева, и установленных в зоне подготовки рекуперативных скоростных горелок, выходы которых соединены с вентилятором отбора дымовых газов, позволяет ликвидировать высолы и повысить качество готовых изделий; при этом достигается экономия топливных ресурсов на 25—30%, т. е. на 30—40 кг усл. топлива на 1 т изделий.
Использование комбинированного теплового агрегата печи-сушилки позволяет значительно сократить сроки тепловой обработки изделий за счет исключения сложной и громоздкой операции укладки изделий на сушильную вагонетку и перекладки с сушильной на печную вагонетку. Проведенные опытно-промышленные испытания подтвердили возможность сокращения полного цикла термической обработки кирпича-сырца до 28—30 ч при однорядной кладке кирпича на печную вагонетку на тычок.
В настоящее время разрабатывается проект завода компрессионного формования мощностью 60 млн шт. кирпича в год в Алатырском районе Республики Чувашия. Расчеты показывают, что по сравнению с пластическим способом стоимость формовочного и сушильного оборудования проектируемого завода снижается на 180 млн р.
Приведенные данные свидетельствуют о больших возможностях использования метода компрессионного формования. При этом можно снизить объем капиталовложений из расчета на единицу продукции минимум в 1,5 раза за счет сокращения как производственных площадей, так и набора технологического оборудования. Это окажет существенное влияние на снижение себестоимости продукции.
Ключевые слова: полусухое прессование, компрессионное формование, кремнеземистое сырье, техногенные отходы, печь-сушилка, расход топлива, энергоэффективность, потери тепла.
Список литературы
1. Котляр В.Д. Классификация кремнистых опоковид-ных пород как сырья для производства стеновой керамики // Строительные материалы. 2009. № 3. С. 36-39.
2. Столбоушкин А.Ю., Стороженко Г.И. Отходы углеобогащения как сырьевая база заводов керамических стеновых материалов // Строительные материалы. 2011. № 4. С. 43-46.
3. Малькова М.Ю. Керамические материалы на основе доменных шлаков // Строительные материалы. 2005. № 11 / Technology. С. 12-13.
4. Ашмарин Т.Д., Ласточкин В.Г., Курносое В.В. Теоретические основы и пути совершенствования технологии компрессионного формования керамических стеновых материалов // Строительные материалы.
2009. № 4. С. 26-29.
5. Ребиндер П.А. Избранные труды. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико-химическая механика. М.: Наука, 1979. 384 с.
6. Ничипоренко С.П. Структурообразование в дисперсных слоистых силикатах. Киев: Наукова думка, 1978. 204 с.
7. Ашмарин Т.Д., Курносое В.В, Ласточкин В.Г. Технологическая линия для производства керамических строительных изделий методом компрессионного формования. Патент № 2397068 // Опубл. 20.08.2010 БИ № 23.
8. Ашмарин Т.Д., Беляев С.Е., Курносое В.В., Ласточкин В.Г. Туннельная печь-сушилка. Патент № 2406049 // Опубл. 10.12.2010 БИ № 34.
9. Ашмарин Т.Д., Курносое В.В., Ласточкин В.Г. Энерго-и ресурсосберегающая технология керамических стеновых материалов // Строительные материалы.
2010. № 4. С. 24-27.
rj научно-технический и производственный журнал
J^J ® апрель 2013 43~
