книги из ГПНТБ / Жуков Д.В. Основы теории и техника сушки теплоизоляционных изделий

лия около 25—35%- Из этих опытов следует также, что усадка у тяжелых изделий меньше, чем у легких, и что последние при одинаковых условиях сохнут значительно быстрее, чем первые. Однако, поскольку чувствитель­ ность к сушке изделий .с повышенным объемным весом значительно ниже, чем легких изделий, режим сушки тяжелых изделий может быть значительно более форси­ рованным.

Опыты при постоянном режиме показали, что ско­ рость сушки находится примерно в линейной зависимос­ ти от температуры воздуха. Влияние же скорости дви­ жения воздуха на скорость сушки незначительно. Опы­ тами установлено, что при сушке в летних условиях (^о—20-f-30° С) чувствительность изделий к сушке по­ нижается, а это значит, что если материал подогрет, то процесс сушки можно провести быстрее, чем если он хо­ лодный. Установлено, кроме того, что чувствительность изделий к сушке резко изменяется в сравнительно не­ большом интервале изменения объемного веса. Так, при 7=500 кг/м3 продолжительность сушки при высоком ка­ честве изделий не превышает 24 ч, а при у=380-ь -f-400 кг/м3 должна быть не менее 40 ч. Параметры ре­ жима сушки пенодиатомового кирпича при у=550 кг/м3 приводятся на рис. 44. Рассматривая рисунок, можно за­ метить, что температура в нижней части изделия выше, чем на поверхности. Это, как уже указывалось, объяс­ няется влиянием металлической формы и испарением влаги только с поверхности.

Оптимальный режим сушки пенодиатомового кирпи­ ча при 7=400^-450 кг/м3 характеризуется следующими

В заключение следует отметить, что при сушке скор­ луп, сегментов и крупных блоков положительных резуль­ татов не было получено. Эти изделия растрескивались даже при самой медленной сушке. Трудности при про­ ведении лабораторных опытов зависели от того, что ем­ кость для приготовления рабочей массы была мала (Зл) и колебания в составе изделий по отдельным опытам были значительными. Поэтому дальнейшие исследования были перенесены в производственные условия Инзенского комбината.

Производственные исследованияВо время проведе-

ния опытов на комбинате строили новый завод по про­ изводству высокоэффективных пенодиатомовых тепло­ изоляционных изделий. Поэтому проведенные нами1 совместно с комбинатом опыты были направлены на установление рабочих составов пенодиатомовой массы, типа пенообразователя, параметров режимов сушки, об­ жига и размеров форм.

В качестве пенообразователей были приняты два: смолосапониновый и казеино-канифольный. После при­ готовления пенодпатомовую массу разливали в металли­ ческие двухъячейковые формы размером, соответствую­ щим стандартному кирпичу. Формы предварительно сма­ зывали мазутом. Сушили изделия на сушильных вагонетках в одном из туннелей сушилки, основные ха­ рактеристики которой приведены иа стр. 57. Параметры режима сушки были приняты следующими:

опилочно-диатомовым кирпичом. Брака продукции при обжиге не было. Средние характеристики пенодиатомо­ вых изделий после обжига и сушки приведены в табл. 10. Как видно из таблицы, изделия и на смолосапониновом, и на казеино-канифольном пенообразователях имеют высокое качество. При этом можно выпускать изделия с прочностью на сжатие 6 кгс/см2 при объемном весе 350 кг/м3. С увеличением объемного веса прочность из­ делий резко возрастает. Полученные данные были при­ няты комбинатом для внедрения в производство иа но­ вом заводе.

На заводе построен блок сушилок, состоящих из 16 противоточных туннелей размером 34X1,2X1,7 м. Коли­ чество вагонеток в туннеле 23. Кирпичи поступают на сушку в металлических формах (по четыре на форму). Количество кирпичей на вагонетке 240 шт. Емкость ва-

1 Технологическую часть исследований проводили под руковод­ ством канд. техн. наук А. С. Панина.

82

Т а б л и ц а 10. Физико-механические свойства пенодиатомовых изделий

гонетки 0,49 м3 изделий. Живое сечение туннеля 0,79 м2. Топливо — высокосернистый мазут. Теплоноситель тем­ пературой 110° С подают в туннели два вентилятора низ­

два таких же вентилятора через вытяжные каналы, под­ ключенные к восьми туннелям каждый. Производитель­ ность этих вентиляторов составляет 90 000 м3/ч. При та­ ком режиме продолжительность сушки кирпича вели­ к а — 56 ч\ имеется недопустимая неравномерность сушки изделий на вагонетках с колебанием влажности их после сушки 2—40%; наблюдается очень сильная загазован­ ность сушильного и формовочного отделений.

При анализе работы туннелей установлено, что ос­ новной причиной их неудовлетворительной работы явля­ ется недостаточная скорость движения теплоносителя в туннелях. В самом деле, при подаче в туннели тепло­ носителя в количестве 85000 м3/ч, живом сечении тунне­ ля 0,79 м2 скорость движения теплоносителя равна:

85 000

1,8 м/сек.

16-0,79-3600

Распределение температур по длине туннеля (рис. 45) показывает, что на большей части длины туннеля име­ ются пониженные температуры и только на последних этапах сушки наблюдается температурный пик. Такой характер кривых доказывает, что количество теплоноси-

'геля, проходящего по туннелям, недостаточно и что по­ вышенная продолжительность и неравномерность сушки изделий при таких условиях является закономерной. Загазованность цеха объясняется следующими причина­ ми. При обслуживании нескольких туннелей одним вы-

Рнс. 45. Изменение температуры в туннелях сушилки Инзенского завода при сушке пеноднатомового кирпича

I — верх туннеля; 2 — середина туннеля; 3 — в момент загрузки вагонетки

тяжным вентилятором в момент загрузки одного из туннелей нарушается аэродинамический режим всего блока. Через открытую дверь загружаемого туннеля, т. е. по

з р

Рис. 46. Тепловая схема работы туннелей после реконструкции

пути наименьшего сопротивления, засасываются в вьь тяжной канал блока большие массы холодного воздуха из цеха. Разрежение в этом канале резко падает, отсос уходящих газов из всех туннелей не менее резко сни­ жается, а так как подача свежего теплоносителя в тун­ нели не прекращается, то из всех туннелей с выгрузоч­ ной стороны в цех начинают сильно выбиваться газы.

Совершенно другая картина получается, если блок, предположим, из восьми туннелей разбит на две груп­

84

пы и в каждой группе установлен свой вытяжной венти­ лятор. При загрузке вагонетки в какой-либо туннель аэродинамический режим нарушается только в четырех туннелях и в значительно меньшей степени. Следова­ тельно, количество газов, выбрасываемых в цех, снижа­ ется во много раз. Надо еЩе иметь в виду, что при груп­ повом отборе теплоносителя из туннелей намного рав­ номернее распределяется теплоноситель по отдельным туннелям. Для устранения указанных недостатков в ра­ боте туннели реконструируют согласно схеме, приве­ денной на рис. 46.

Перлитокерамические изделия 1

В качестве образцов использовали стандартные скор­ лупы длиной 500, внутренним диаметром 90 и толщиной' стенки 40—55 мм и плиты размером 500X250X50 мм:. Для изготовления образцов использовали вспученный, перлитовый песок у = 8 0 кг/м3 из перлитов Арагацкого. месторождения и часовярскую глину в соотношении по? весу 9:1, пластификатор — винсол и воду. На 1 л пер­ лита вводили 3 см3 винсола. Количество воды обуслов­ ливалось необходимостью получать изделия после об­ жига объемным весом 250 кг/м3 и составляло перед сушкой изделий 180—190%.

Глину замачивали водой за несколько суток до ее применения. Шликер из глины смешивали в лопастной мешалке с перлитовым песком. Туда же вводили доба­ вочное количество воды и винсол. Формовали изделия на конвейере. Сырые изделия на поддонах соответствую­ щей формы поступали в сушилку. Первые серии опытов проводили в зимних условиях при температуре рабочей массы 10—15° С. При этом был установлен режим суш­ ки с начальной температурой теплоносителя 20—25°С при относительной влажности 80—85% и продолжитель­ ности сушки не менее 24 ч. При реализации такого ре­ жима в летних условиях возникали затруднения: потре­ бовалось в первой зоне установить охлаждающие пане­ ли и подавать в нее сторонний пар. При этом скорость движения теплоносителя не должна была превышать

2м/сек.

1Технология изделий из перлита на различных связующих раз­ работана под руководством канд. техн. наук С. П. Каменецкого.

85.

Следует отметить, что присутствие в рабочей массе перлитового песка, являющегося достаточно упругим заполнителем, вызывает остаточные напряжения в изде­ лиях после их формования под пригрузом. Если эти на­ пряжения не релаксируются до сушки, то они могут при­ вести к растрескиванию изделий в начале сушки вслед­ ствие падения вязкости рабочей массы при нагревании. Следовательно, при подогретой рабочей массе эти на­ пряжения будут устранены. Кроме того, как уже указы­ валось выше, основным обстоятельством, ограничиваю­ щим сроки сушки изделий, является их растрескивание в процессе сушки. Различного рода трещины появляют­ ся на изделиях из-за неравномерной усадки отдельных слоев или участков изделий, сопровождающейся возник­ новением предельных напряжений. Неравномерная усад­ ка, в свою очередь, обусловливается неравномерным распределением влажности внутри изделий. Перепады влажности по сечению изделий необходимы для протека­ ния процесса сушки, а неравномерная влажность отдель­ ных участков поверхности изделий является неизбеж­ ной вследствие различных условий обтекания их тепло­ носителем.

Величины перепадов влажности между наружными и внутренними слоями изделий и неравномерность суш­ ки отдельных участков уменьшаются при повышении влагопроводности изделий, а последняя резко возраста­ ет с повышением их температуры. Например, по уста­ новленным выше данным (стр. 75), при повышении тем­ пературы диатомовых изделий с 19 до 40° С коэффициент влагопроводности керамической массы возрастает в три раза и, следовательно, возможная продолжительность сушки изделий резко сокращается. Температура изделия при сушке в период усадки, т. е. в период возможного образования трещин, равна температуре мокрого тер­ мометра; высокая же температура мокрого термометра может быть получена только при повышенной темпера­ туре и высокой относительной влажности теплоноси­ теля.

Таким образом, при повышенной температуре и вы­ сокой относительной влажности теплоносителя с самого начала процесса сушки окажутся высокими температу­ ра и влагопроводность изделий. Этим самым создаются условия для быстрой их сушки при наименьших перепа­ дах влажности в изделиях и при наименьшей неравно­

86

мерности усадки, а также уменьшаются возможности образования трещин. Учитывая эти соображения и за­ кономерности, опыты по установлению режима сушки перлитокерамических изделий (чувствительных к сушке) производили при температуре рабочей массы 30—35°С за счет затворения ее горячей водой и при повышенной температуре и влажности воздуха с самого начала про­ цесса сушки.

Вначале была проведена серия поисковых опытов при различных режимах: с очень низкой скоростью суш­ ки, со средней и высокой интенсивностью сушки и с вариацией температуры, относительной влажности и ско­ рости воздуха. Во всех этих опытах изделия растрескива­ лись: на скорлупах образовывались продольные трещи­ ны (в замке), на плитах — поперечные (ровно посреди­ не плиты).

При наблюдении за процессом сушки легко было ус­ тановить, что изделия растрескиваются из-за недопущенной усадки, вызванной прилипанием нижней их плос­ кости к поддонам. Поддоны были ржавые, перед уклад­ кой изделий на них посыпали слой перлитового песка, это, однако, не останавливало процесса коррозии поддо­ нов. После перехода на гладкие, очищенные и смазан­ ные петролатумом поддоны растрескивание изделий при правильных параметрах режима сушки прекратилось. Следует отметить, что избыточное количество петролату­ ма на поддонах также приводит к браку изделий при сушке, поэтому петролатум следует наносить тонким слоем на подогретые поддоны.

Как видно из рис. 47, в процессе сушки четко выра­ жен период постоянной скорости сушки до шк= 60% , а затем идет период падающей скорости. Характер тем­ пературных кривых 2—4 также подтверждает наличие периода постоянной скорости сушки: температура мате­ риала близка к температуре мокрого термометра; хотя в этот период и наблюдается некоторый рост температур во времени, температура в слоях образца, прилегающих к поддону (кривая 2), выше температуры слоев, распо­ ложенных у поверхности образца. Эта особенность тем­ пературного поля в изделиях, как уже указывалось вы­ ше, объясняется односторонним испарением влаги из изделия и может играть различную роль в зависимости от свойств изделий. Так, при сушке перлитокерамиче­ ских изделий, имеющих усадку, одностороннее испаре-

57

пне влаги вызывает неравномерность сушки по толщине изделий, появление связанных с этим усадочных напря­ жений п, следовательно, ограничивает скорость сушки. Для увеличения скорости сушки и сохранения качества изделий сушить пх следует на поддонах с перфорацией до 50% .

Усадка изделий (кривая 5) не превышает 2% и за­ канчивается в основном в первом периоде сушки. Сле­ довательно, по достижении материалом wK скорость сушки изделий можно увеличить. Перлитокерамические изделия после формования имеют нулевую прочность. Кривая 6 показывает, что прочность изделий начинает расти только спустя 18 ч от начала процесса сушки, ког­ да. влажность изделий становится ниже 40%,

Средние данные из опытов по определению влияния скорости движения воздуха на процесс сушки изделий приведены на рис. 48. Из анализа этих данных следует, что скорость движения воздуха оказывает существенное

88

влияние на продолжительность сушки изделий. Так, продолжителыюсть сушки до влажности изделий, равной

увеличении скорости воздуха равномерность сушки из­ делий по длине также возрастает. Здесь надо иметь в виду и тот общеизвестный фактор, что с повышением скорости воздуха резко снижается неравномерность суш­ ки по поперечному сечению сушилки.

Влияние температуры воздуха на динамику процесса и продолжительность сушки видна из кривых, приведен­ ных на рис, 49. Как показано выше, интенсивность теп­ лообмена и испарения во время сушки материалов при

Следовательно, при увеличении потенциала сушки в два раза продолжительность сушки сокращается во столь­ ко же раз. Таким образом, температура воздуха являет­ ся основным фактором, интенсифицирующим процесс сушки изделий.

Повышение относительной влажности воздуха резко увеличивает продолжительность сушки. Вместе с тем использование низкой относительной влажности воздуха при высокой скорости движения приводит к растрески­ ванию изделий и, кроме того, увеличивает расходы теп­ лоносителя на сушку. Поэтому для подбора переменных режимов нами была принята относительная влажность воздуха 60—65% при ^с=55°С . В этом случае темпера­ тура мокрого термометра была равна 40—45° С, что, как уже упоминалось, обусловливает высокий коэффици­ ент влагопроводности материала.

Учитывая установленные выше зависимости при по­ стоянных режимах сушки, дальнейшие опыты мы на­ правили на подбор оптимальных параметров перемен­ ных (производственных) режимов сушки. Конечные ре­ зультаты этих опытов приведены на рис. 50. Данные рис. 50 свидетельствуют о том, что установленные режи-

89

мы сушки перлитокерамических изделий являются вы­ сокоэффективными: продолжительность сушки плит до ву2=10% не превышает 16 ч, скорлуп 11 ч; начальная температура теплоносителя 45—50° С, а конечная 200° С. Здесь считаем необходимым отметить, что разработан­ ные режимы сушки перлитокерамических изделий, атак-

же и других теплоизоляционных изделий дают желаемую эффективность, если обеспечена постоянная управ­ ляемая технология на всех предшествующих сушке опе­ рациях. Непостоянство фракционного состава рабочей массы и соотношений между компонентами, свойств и количества связующего, условий формования приведет к резкому снижению качества изделий после сушки.

Вермикулитокерамические изделия

В состав рабочей массы изделий входит в % по весу часовярской глины 42—48, вермикулита 58—52 (Пота­ нинского и Ковдорского месторождений). Компоненты массы перемешивают в лопастной мешалке с водой и до­

90