Наращивание темпов строительства и конкуренция между производителями строительных материалов на рынке Узбекистана вызывает необходимость увеличения количества и улучшения качества строительного кирпича. Решению этой задачи можно достичь путем усовершенствования системы управления технологическими процессами сушки, обжига, производственного цикла получения кирпича. Именно во время прохождения обжига и сушки формируются свойства продукции, которые определяют качество продукции. Оно включает в себя как измеряемые механические и гидрофизические показатели (прочность, морозостойкость и водопоглощение), так и визуальные дефекты (трещины, оплавление, пережог). Обжиг и сушку следует рассматривать как многостадийных тепло и массообменных процессов, которые сопровождаются фазовыми и химическими превращениями сырья.
Технологических процесс, получения кирпича проводят преимущественно в туннельных печах, характеризуется распределением температуры газовой среды (температурное поле) и садки изделий, нестабильностью свойств полуфабриката, а также невозможностью контроля свойств керамического материала в период его длительного (до 120 часов) пребывания в печи, в режиме реального времени. Отсутствие обоснованных рекомендаций для выбора оптимального температурного поля с учетом качественных показателей готовой продукции, изменения свойств входных материальных потоков, состояния технологического оборудования обуславливают необходимость создание математической модели процесса, её оптимизации и совершенствование автоматизированной системы управления.
Создание системы управления процессом обжига керамического кирпича в туннельной печи, которая содействует повышению качества готовой продукции путем предупреждения возникновения аварийных ситуаций, внесения упреждающих воздействий, полученных в результате прогнозирования характеристик изделий и определения оптимального температурного поля в условиях нестабильности полуфабриката.
Туннельная печь — это тепловая установкой непрерывного действия, в которой садка изделий передвигается по длинному прямолинейному обжиговому каналу навстречу теплоносителю. Движение изделий по печи происходит за счет проталкивания в обжиговый канал нового вагона через определенное время, которое называется интервалом проталкивания. Механизм, толкающий вагоны называют толкателем. На входе и выходе печь оборудована механическими шторами для устранения подсоса воздуха в обжиговый канал. Между входной шторой и зоной нагревания находится форкамера длиной в один вагон. Эта конструктивная особенность печи предназначена для предотвращения нарушения температурного режима печи при заталкивании новых изделий. Вагон сначала заталкивают в форкамеру, при этом штора между ней и зоной нагревания опущена. После закрытия входного отверстия, выходную штору форкамеры поднимают и проталкивают вагон уже непосредственно в печной канал.
Канал печи условно делится на позиции, длина которых равняется длине печного вагона, то есть количество позиций равно числу вагонов, находящихся на обжиге.
При выборе типа садки учитывают конструкцию и размер обжигового канала, типа изделий, топлива и метода его сжигания, конструкцию горелочного оборудования.
Структурную схему производство керамического кирпича, можно представить в виде цепью взаимосвязанных технологических процессов (стадий). [1] Рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема производства керамического кирпича
Компоновка шихты. Сырьевые компоненты шихты (смеси глин и примесей, смешанных в определенных соотношениях) доставляются в глинозапасник, откуда грейферным краном перемещаются в бункера отдельных ящичных питателей, которые осуществляют равномерную подачу и объемное дозирование компонентов шихты. Дозирование регулируется высотой подъема шиберов и скоростью лент питателей, которые определенным образом рассчитываются.
Отдозированные компоненты шихты подаются в ножевую дробилку, где осуществляется их предварительное измельчение. Далее шихта проходит стадию переработки, которая проходит в соответствующем цеху. В нем расположены бегуны мокрого помола, вальцовые мельницы грубого и тонкого помола, глиномес. В бегунах мокрого помола происходит измельчение, смешивание, растирание, увлажнение шихты водой, раздавливание и продавливание ее сквозь плиты с отверстиями, установленными в зоне измельчения. Максимальный размер частиц шихты после бегунов составляет 50мм. Тарельчатый смеситель, установленный под бегунами подает шихту на ленточный транспортер, доставляющий ее в вальцовую мельницу. В нем осуществляется первичный помол и растирание шихты. В результате этой переработки размер частиц не превышает 3–5 мм. После первичного помола шихта ленточным транспортером подается на вторую вальцовую мельницу. Проходящие в нем процессы аналогичны проходившим в предыдущем аппарате, но максимальный размер частичек шихты составляет уже 1мм. [2]
После такой переработки шихта поступает в глиномес. Здесь проходит интенсивное перемешивание, усреднение и дополнительное увлажнение шихты до заданной формовочной влажности. В зимний период, при необходимости, проводится подогревание керамической массы паром. В камере глиномеса шихта уплотняется и продавливается сквозь отверстия решетки. Далее она подается в питатель, а оттуда — на формовку в червячный вакуум-пресс.
Формовка. Керамическая масса перемещается в корыто блока, в котором пропаривается и лопастями проталкивается в переходную часть. В ней лопасти, замененные на систему червяков, проталкивают подготовленную массу сквозь конусные выходные отверстия. Ножи разрезают массу на пластинки, которые подаются в вакуум-камеру для деаэрации. Оттуда они, сквозь питательные валки, поступают в червячную камеру, где набором червяков продавливаются сквозь мундштук, установленный на головке пресса. Таким образом, получают брус в виде непрерывной ленты. [3]
Нарезание. Внутри мундштука на специальной скобе монтируют керны, которые образовывают сквозные отверстия в брусе. Непрерывная лента бруса нарезается на сырец — изделия, укладываемые на сушильные вагонетки и поступающие в туннельные сушилки.
Сушка. Теплоносителем служит воздух, поступающий из зоны охлаждения туннельной печи. Продольная циркуляция теплоносителя в системах сушилки обеспечивается вытяжными вентиляторами, отводящими отработанный теплоноситель. Регулирование его количества осуществляется с помощью вмонтированных у перекрытия сушилки заслонок. Часть теплоносителя из сушилки отбирается передвижными вентиляторами, обеспечивающими его циркуляцию в поперечном направлении каналов агрегата, равномерно обдувая сырец. Сушка предназначена для удаления излишка влаги из сырца, показателем чего выступает относительная остаточная влажность сырца на выходе из агрегата. Согласно технологическому регламенту производства, значение этой переменной находиться в пределах 1,5–3 %. [4]
Вагонетки с высушенным сырцом вытягиваются из сушилки и направляются на перегрузочную базу. Здесь происходит перекладывание сырца на печные вагоны. Конструкция, которая получается вследствие этой операции, называется садкой кирпича. Загруженные вагоны перемещают к печи, где они проходят обжиг.
Процесс обжиг последний и самый ответственный в производстве кирпича, так как именно во время него окончательно формируются свойства изделий, определяющие понятие «качество». Оно включает как измеряемые механические и гидрофизические показатели (прочность, морозостойкость и водопоглощение и т. п.), так и визуальные дефекты (трещины, оплавление, пережог и др.).
Цикл обжига состоит из периодов нагревания, выдерживания в области высокой температуры (спекания) и охлаждения, каждый из этих периодов характеризуется определенными физико-химическими процессами, которые проходят в керамической массе. Конечные свойства изделий зависят от правильности протекания этих процессов, для чего необходимо придерживаться четких требований к температурному режиму и продолжительности обжига на каждой позиции печи.
Таким образом, туннельная печь условно делится на 3 зоны: нагревания, обжига и охлаждения. Зона нагревания предназначена для окончательного высушивания изделий и нагревания их до температуры газовой среды зоны обжига. Зона нагревания состоит из трех участков. На первом, расположенном после форкамеры, начинается сушка сырца на только что введенных печных вагонах теплом отработанных дымовых газов, которые уже прошли другие участки этой зоны (рис. 1.). На втором участке с обеих сторон канала расположены отверстия для вывода из печи дымовых газов. На третьем — происходит нагревание изделий дымовыми газами и продуктами сжигания топлива, которые поступают из зоны обжига.
Зона обжига делится на два участка: малого и большого огня. На участке малого огня происходит интенсивное нагревание полуфабриката теплом дымовых газов, которые поступают от участка большого огня, а также теплом топлива, сжигаемого в горелках этого участка. Горелки объединены в горелочные группы, расположенные на каждой позиции зоны обжига. В зоне большого огня изделия выдерживаются при максимальной температуре.
Зона охлаждения условно делится на зоны быстрого и окончательного охлаждения. Внешний воздух в зону охлаждения подается через отверстие в своде и каналы в выходе печи специально установленным вентилятором. Воздух, подаваемый в туннель из окружающей среды, двигается вдоль него, охлаждая кирпич. В обеих стенах зоны охлаждения сделаны отверстия, через которые нагретый воздух выводится из канала обжига в канал нагревания, и нагнетается в сушилку.
Литература:
- Ладанюк А. П., Трегуб В. Г., Кишенько В. Д. Управление технологическими комплексами в компьютерно-интегрированных системах // Проблемы управления и информатики. – 2002. – № 2.
- Ярощук И. В., Остапенко Ю. А. Экспериментальное исследование обжига кирпича в туннельной печи для создания математического обеспечения системы управления // Сб. трудов VIII междун. научно-технич. конф. «Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века». – Том З. – Донецк: ДонГТУ, 2001.
- Технологический регламент производства керамических камней и кирпича на заводе керамических стеновых материалов. Утв. директором комбината строительных материалов. — К., 1994. – 63 с.
- Машиностроительная керамика / Гаршин А. П., Гропянов В. М., Зайцев Г. П., Семенов С. С. — СПб: ГТУ, 1997. — 726 с.
