Особенности теплотехнологии работы высокотемпературных теплотехнологических установок при производстве строительного кирпича

В истории, пожалуй, останется загадкой, кто первый придумал обжигать глину, чтобы получить кирпич. Кирпич как стеновой материал занимает доминирующее положение благодаря доступности сырья, отсутствию необходимости в металле, долговечности возводимых из него зданий и их архитектурной выразительности, а также комфортности жилья. До 19 века техника производства кирпича оставалась примитивной и трудоемкой. Формовали кирпич вручную, сушили только летом, обжигали в напольных печах — времянках, выложенных из высушенного кирпича-сырца. В середине 19 века построены кольцевая обжиговая печь и ленточный пресс, обусловившие переворот в технике производства кирпича. В это время появились глинообрабатывающие машины бегуны, вальцы, глиномялки. В наше время более 80 % всего кирпича производят предприятия круглогодичного действия, среди которых имеются крупные механизированные заводы, производительностью свыше 200 млн. шт. в год. На сегодняшний день существуют две основные технологии производства этого стройматериала. Первая основана на обжиге глины, а вторая осуществляется без него.

При небольших производствах разработку глины производят вручную, а при больших часто применяют экскаваторы и механические лопаты, что также зависит от свойства глины, характера её залегания и т. д. Разработку очень плотных залежей глины производят взрывным способом.

На разработке глины получили распространение одноковшовые и многоковшовые экскаваторы. При некаменистых, но очень плотных глинах применяют экскаваторы с определённо направленными ковшевыми цепями. Эти машины имеют более сильные двигатели, но изнашиваются скорее. Производительность экскаватора зависит от характера глины, глубины её залегания, типа экскаватора и мощности двигателя и составляет от 15 до 60 м3/час (от 4800 до 19200 кирпичей).

Теплотехнологический процесс (ТТП) — элемент теплотехнологии, включающий в себя совокупность элементарных, теплофизических, механических, химических процессов, обеспечивающих конкретное, технологически регламентированное, воздействие на сырьё, материалы, полуфабрикаты на отдельных этапах производства. При производстве строительного кирпича подготовка глины производится одним из следующих способов. В технологии безобжигового кирпича применяется гипер- или трибо-прессование. Это технология сварки минеральных сыпучих материалов под воздействием высокого давления в присутствии вяжущих компонентов и воды, завершающаяся выдержкой на складе в течение 3–5 суток до созревания. На первой стадии исходное сырье дробится до фракции 3–5 мм, после чего поступает в приемный бункер. Затем, пройдя по ленточному транспортеру через расходный бункер и питательный дозатор, материал попадает в бетоносмеситель. Там происходит его смешивание с цементом до получения однородной массы. На второй стадии осуществляется поставка готового материала по ленточному конвейеру через двухрукавную течку на установку формования. После прессования кирпич можно сразу помещать на технологические поддоны. На них он и размещается на складе, где происходит естественная выдержка в течение 3–7 суток. После этого производится отгрузка готового кирпича потребителю [1. с. 41–49]. Во многих случаях качество глины таково, что она может непосредственно поступать в ящичный питатель (бешикер), состоящий из 2–4 отделений, в зависимости от числа смешиваемых сортов глины (жирной и тощей). У выходного отверстия питателя помещается вращающийся вал с насаженными на него кулаками или подвижная грабля, которые подают подошедшую к выходному отверстию питателя глину, частично разбивают попадающиеся на пути куски и сбрасывают глину под бегуны. Под бегунами глина хорошо размалывается и продавливается через дырчатую тарелку бегунов (величина отверстий около 3 мм). В бегуны нередко попадает бракованный сырец. Иногда между питателем и бегунами (большей частью при производстве черепицы) устанавливается увлажняющий шнек, куда поступает необходимое количество воды. Добавка воды к массе часто производится во время обработки её бегунами. В этом случае применяют так называемые мокрые бегуны. В технологии обжигового кирпича — подготовка материала для будущего кирпича может быть произведена следующим способом. Глина, извлеченная из карьера, помещается в бетонированные творильные ямы, в которых ее разравнивают и заливают водой. В таком состоянии материал оставляют на 3–4 дня. Только после этого глина доставляется на завод для произведения машинной переработки.

Для удаления из глинистой массы камней обычно применяются специальные камневыделительные вальцы. Эти вальцы одновременно перерабатывают глину как гладкие вальцы. Камни подводятся к одному концу вальцов спиралями и по желобу выбрасываются. После проведения этой процедуры глина поступает в ящичный питатель. У выходного отверстия этой машины размещаются подвижные грабли, которые частично разбивают куски и выталкивают глину на бегуны. Здесь глина хорошо размалывается. Затем материал проходит через одну или две пары гибких вальцов и поступает в ленточный пресс, соединенный с резательным аппаратом. Кирпич отрезается от глиняной ленты и попадает на подкладочные деревянные рамы. После такой расфасовки материал помещается в сушильную камеру. Когда камера полностью заполняется, ее запирают и разогревают. При сушки изделий должна удаляться вся влага, как полученная им с сырьем, так и специально введенная при формовании. Однако, практически вся формовочная влажность никогда не удаляется, что видно из следующих данных (таблица 1) [4. с.17–21].

Таблица 1

Таким образом, в сушке удаляется в среднем 70 % влаги, а в обжиге — остальные 30 %. Между тем затраты на частичное удаление влаги при сушке кирпича по сравнению с затратами на весь обжиг очень велик. Сушка кирпича производится в сушилах следующих типов с естественной сушкой, с искусственной и комбинированной. Естественные способы применяются главным образом, при небольшой производительности завода. Естественная сушка довольно продолжительна и при большом объёме производства не вполне рентабельна, так как требуется много складского пространства и успех работы в значительной степени зависит от погоды. Сушка кирпича при обжиговой технологии чаще всего производится искусственным способом, где применяют тепло отработанного пара, остывающего обожженного кирпича, а в некоторых случаях тепло дымовых газов. В результате постепенного подъема температуры в сушильной камере образуются водяные испарения без движения воздушных потоков. Это благоприятно влияет на сушку кирпича. Кирпич во влажном воздухе нагревается, что обеспечивает равномерное высыхание всей массы. Высушенный кирпич поступает в кольцевую или туннельную печь для обжига. Эта операция происходит при температуре 1000^°. Обжиг длится до начала спекания. Особенности теплотехнологии при сушке в процессе производства строительного кирпича различаются: по ремонту работы (периодического, непериодического действия); по общему направлению движения теплоносителя (вертикальное, горизонтальное, переменное); по направлению движения теплоносителя относительно высушиваемых изделий (одностороннее, реверсивное движение с прямотоком и противотоком); по способу подвода и отвода теплоносителя (сосредоточенный и распределенный); по кратности использования теплоносителя с многократной и однократной циркуляцией газов; по методу подогрева теплоносителя (с центральным и местным подогревом) [7. с. 31–34]. В зависимости от состава глины и часто от степени обжига изделия получают различную окраску: при нормальном обжиге — красную, при слабом — розовую, при сильном — темно-красную. Имеются также глины, богатые известью, придающие кирпичу желтую или розово — желтую окраску. Хороший стеновой кирпич должен иметь матовую поверхность (не стекловидную), при ударе давать звонкий, ясный звук, не иметь трещин на лицевых сторонах (ложковой и тычковой), раковин и внутренних пустот. Он должен иметь однородный излом, быть достаточно пористым и лёгким. Согласно ОСТ 90035–39 в зависимости от прочности и других показателей кирпич делится на сорта: марка 150, марка 100, марка 75. Качественный кирпич должен иметь матовую поверхность, и при ударе давать звонкий звук. Кирпич считается бракованным, если в нем есть внутренние пустоты и трещины на внешней стороне. До недавнего времени основное количество кирпича производилось методом пластического формирования. Но этот метод имеет недостатки, в том, что необходимо сушить отформованный кирпич. Для достижения качественной поверхности кирпича, необходимо, чтобы процесс сушки происходил медленно. Вследствие этого сушка происходит три дня, а иногда и несколько недель. Многие заводы для того, чтобы добиться уменьшения растрескивания кирпича в процессе сушки, в глину вводят большой комплекс элементов (опилки, уголь, шмот и др.) и все равно добиться этого удается не многим. Руководители заводов стоят перед выбором: или производить менее качественный кирпич, что требует увеличения срока сушки кирпича или увеличить количество добавок в шихте. Первое ведет к увеличению потребления энергоносителей в 1,5–2 раза, второе — к удорожанию стоимости готового кирпича, так как добавка стоит значительно дороже глины. Другим недостатком является то, что для получения качественного кирпича глину необходимо тщательно готовить и переработать, но это требует увеличения расхода электроэнергии. Поэтому многие предприятия используют минимальный комплект вспомогательного оборудования, что снижает качество кирпича. Следовательно, чтобы кирпич был более высокого качества, необходимо при его производстве использовать и готовить качественное сырье. Для снижения его стоимости нужно использовать более современную теплотехнологии оборудование, таких фирм как Келлер, Морандо, что позволяет частично избавиться от этих недостатков. Но это оборудование более дорогостоящее и не найдет своего применения в России [2. с. 13–24]. Возможно так же использования метода полусухого формования. Данный метод предусматривает подсушку глины в сушильном барабане в течение 10–15 минут, после чего глина измельчается стержневым смесителем в порошок с фракцией 0,5–5 минут и формуется в кирпич колено –рычажными прессами. Так как формование происходит при влажности порошка 8 %, то отформованный кирпич не требует сушки и подается сразу после формовки в печь, что имеет ряд положительных сторон: нет затрат на энергоносители для сушки; не нужны добавки в глину для улучшения сушильных свойств; более простое и дешевое технологическое оборудование; меньшие затраты на электроэнергию; себестоимость кирпича в два раза ниже, что позволит получить прибыль. Строительный кирпич был в прошлом и остается в настоящем предпочтительным материалом в строительстве жилья. Наряду с физико-техническими и экономическими аспектами при производстве строительного кирпича, существенным критерием становится экологическая оценка. Техническое состояние, уровень средств и технологии тепловой обработки сырьевых материалов не отвечает современным требованиям достижения низкого удельного расхода топлива. Вследствие чего при их работе происходит повышенное загрязнение воздушной атмосферы продуктами сгорания топлива и актуальна модернизация существующих теплотехнологических установок с широким внедрением энергоресурсов.. Поэтому важным является сохранность окружающей среды, экологически благоприятные для жизни человека свойства используемого исходного сырья и материалов. [6. с. 23–44].

Литература:

1.                  Артюков В. А., Старк С. Б. Металлургическая теплотехника. — М.: Издательство МЭИ, 1979 г.

2.                  Васильев А. В., Энно И. К. Проектирование и эксплуатация огнетехнических установок. М.: Энергоатомиздат, 1988.

3.                  Г. П. Долотов, Е. А. Кондаков Конструкция и расчет заводских печей и сушил. — Киев: 1986.

4.                  В. В. Крапухин. Печи вторичной цветной металлургии. М. Металлургия, 1984.

5.                  И. С. Кашкаев. Производство глиняного кирпича. М.: Высшая школа, 1978.