книги / Технология строительной керамики

Сушка, помол и рассев глинистых материалов. При подготовке масс (пресс-порошков) полусухим способом сушке глинистого сырья предшествует предварительное измельчение его на дробильно-помоль­ ном оборудовании.

В зависимости от объемов производства для сушки глины обычно применяют прямоточные сушильные барабаны длиной от 8 до 14 м и диаметром от 0,8 до 2,8 м (СМ-45А, СМ-147А и др.). Барабаны уста­ навливают на опорных роликах под углом 3—5° к горизонту. Топочные

700

I£б00

§•

Щ500

т

зоо

200

100

газы перед подачей в сушильный барабан разбавляются в камере сме­ шения холодным воздухом до 650—800° С. Температура отходящих газов ПО— 140° С, а скорость 1,5—2,0 м/с. Резкое снижение темпера­ туры теплоносителя в начале барабана связано с обогревом холодной глины и потерями в окружающую среду (рис. 27). Удельный расход тепла — 4145 кДж/кг испаренной влаги. Частичное использование отходящих газов — возврат в камеру смешения (рециркуляция) снижа­ ет расход тепла на 16— 18%. Температура глины после сушки— не более 60—80° С.

Основной недостаток в работе сушильного барабана — большой перепад по влажности из-за неравномерной сушки, достигающий 15%, так как за время нахождения глины в барабане (20—30 мин) мелкие частицы пересушиваются, а крупные — не досушиваются. Равномер­ ность сушки регулируют степенью заполнения барабана материалом (около 5%) и скоростью вращения (3—6 об/мин).

Съем глины с 1 м3 объема барабана составляет ПО— 135 кг/ч, а ко­ личество испаряемой влаги — 50—60 кг. Расход условного топлива

на 1000 шт. кирпича — 70—90 кг, электроэнергии — 3—4 кВт/ч. Затрата рабочей силы на 1 т высушенной глины — 0,20—0,25 чел/ч.

Для повышения производительности, улучшения качества сушки и увеличения выхода мелких фракций в сушильных барабанах уста­ навливают цепные завесы. К внутренней поверхности барабана поего окружности на расстоянии 0,2—0,35 м друг от друга в шахматном по­ рядке крепятся цепи длиной 1—2 м, по 20—25 цепей в ряду. Таких цепных завес две: первая на участке длиной 1—2 м, вторая — 1,4 м. Вторая завеса расположена на расстоянии 0,4 м от выходного конца

Рис. 28. Схема помольно-сушиль­ ного агрегата FZS:

1 — ножевой барабан; 2 — гладкие вальцы; 3 — разгребающий барабан;

барабана. Цепи первой завесы (200—250 шт.) разбивают комья глины, чем уменьшают неравномерность сушки и ускоряют ее. Цепи второй завесы (140— 175 шт.) измельчают подсушенную глину, превращая час­ тично сушильный барабан в помольный агрегат. Оборудование сушиль­ ного барабана цепными завесами увеличивает производительность в 2—2,3 раза и выход фракций меньше 5 мм в 12— 15 раз, при этом сни­ жается неравномерность пофракционной влажности.

Сушка глинистых материалов возможна также в скоростных бараба­ нах, башенных и фонтанных сушилках, путем совмещения процессов сушки и помола в аэробильных (шахтных) мельницах, в сушилках ки­ пящего слоя и др. Обезвоживание суспензий проводят в распылитель­ ных сушилках. Если продолжительность сушки глины в сушильном барабане составляет 20—30 мин, то в аэробильных мельницах — 1—2 с, в кипящем слое — 10—20 с.

Наиболее простая схема совмещения сушки и помола глины в од­ ном агрегате достигается тогда, когда молотковая (роторная) мельница работает по замкнутому циклу с воздушным сепаратором, Материал

Рис. 29. Схемы включения помольно-су­ шильного агрегата:

а — открытый цикл работы; б — закрытый цикл работы с шаровой мельницей; о — закры­ тый цикл работы при двух материалах с раз­ ной влажностью (/ — помольно-сушильный агрегат; 2 — подача влажного материала; 3 — резерпиый подтопок; 4 — выход готового про­ дукта; 5 — электрофильтр; 6 — циклон; 7 — сепаратор; 8 — шаровая мельница; 9 — пода­ ча сухого материала; 10 — дробилка). Сплош­ ной линией указано движение материала, штриховой — теплоносителя.

поступает через тарельчатый пита­ тель на мельницу, измельчается, выносится воздушным потоком в сепаратор или пылеосадительную камеру, откуда поступает в бункер. Крупные частицы из сепаратора возвращаются на домол в мельницу. Горячий воздух или газы при 500— 600° С подаются в мельницу и вы­ сушивают материал, находящийся во взвешенном состоянии в момент измельчения.

Наибольшие трудности встре­ чаются при необходимости тонкого помола влажных вязких материа­ лов (глины с влажностью до 30%). Помол таких материалов на обыч­ ном оборудовании невозможен изза налипания, а организация пред­ варительной сушки не' всегда возможна и дорого стоит. В этом случае применяются помольно-су­ шильные агрегаты, специально со­ зданные для тонкого помола влаж­ ного вязкого глинистого сырья.

Агрегат (рис. 28) включает мо­ лотковую мельницу с барабаном, расположенным над полукруглым дном. Специальный питатель подает

вмельницу материал, предваритель­ но подсушиваемый горячими газами

всмесительной камере. После из­ мельчения и дополнительной под­

сушки в процессе помола материал поступает в систему сепарации и вы­ ходит из агрегата с заданной степенью помола — до 1 мм и влаж­ ностью до 1 % .

Тепло, Необходимое для сушки, поступает в виде горячих газов из "печи или от специальной резервной топки, которая используется

при более высокой влажности сырья. Окружная скорость барабана молотковой мельницы составляет 25—35 м/с. Температура подаваемо­ го теплоносителя около 400° С. При высокой влажности сырья (более 30%) теплоноситель имеет температуру до 800° С и подается из спе­ циального резервного подтопка.

Расход тепла на испарение 1 кг влаги — около 3780 кДж. Рабочие детали выполнены из износостойкого материала и работают до полного износа.

В зависимости от условий помольно-сушильный агрегат может быть включен в схему с открытым циклом работы (рис. 29, а ) , в схему,

работающую по закрытому циклу с домолом крупной фракции (1 мм)

вшаровой мельнице (рис. 29, б), и в схему обработки двух материалов

сразной влажностью (влажного «А» и сырого «Б»), рис. 29, в .

Высушенную в сушильном барабане глину мелют в дезинтеграто­

рах, молотковых или ротационных мельницах. Дезинтегратор обес­ печивает тонкий помол глины, %: более 3 мм — 10— 15; 2—3 мм — 15—20; 1—2 мм — 25—30; менее 1 мм — 40—45. Производительность дезинтеграторов 4—35 м3/ч. Для нормальной работы дезинтегратора размер загружаемых кусков не должен превышать 30—50 мм, а влаж­ ность — 8— 10%.

На молотковых мельницах выход фракций размером до 0,5 мм со­ ставляет около 70%, а на ротационных, работающих по замкнутому циклу,—около 80% зерен размером меньше 200 мкм при максимальном размере остальных зерен не более 800 мкм. Влажность порошка 4,5%.

Для помола глины также применяются бегуны сухого помола, смесительные или помольно-смесительные (СМ-568). Производитель­ ность бегунов 20— 14 т/ч.

На фракции измельчаемый материал разделяют просеиванием на специальном оборудовании (сита струнные, плоские и барабанные, качающиеся, вибрационные). Производительность сит повышается, если применяется электрообогрев, вибрация.

Подготовка и ввод добавочных материалов. Песок просеивают на сите с отверстиями 3 мм для удаления крупных включений.

Опилки поступают в сито-бурат с отверстиями 10 мм. Из бункеров просеянные опилки через ящичный подаватель поступают на ленточ­ ный конвейер и далее в производство.

Шамот приготовляют из боя изделий по той же схеме, что и топлив­ ные добавки. Первичное дробление осуществляют на щековой или молот­ ковой дробилках, более тонкий помол — на двухвалковых дробилках.

При централизованной подготовке выгорающих добавок с сов­ местным помолом опилок и угля существует такая схема (см. стр. 75).

Оптимальный гранулометрический состав выгорающих добавок, % : фракции менее 1 мм — 40; 1—2 мм — 30; 2—3 мм — не более 30. Количество вводимой в массу добавки — 10—30%. Ввод в массу от­ ходов углеобогащения заменяет более дефицитные добавки — уголь, опилки, шамот и др.

Подготовка дегидратированной глины заключается в предваритель­ ном дроблении (глинорыхлнтель СМ-1031А, вальцы СМ-1198 и т. д.) и нагреве ее во вращающихся печах 2,0 X 22 м с последующим помо-

Элеватор

I

I

Расходный бункер

лом на щековой С-1826 и вальцевой ДВГ-2М 40 X 25 дробилках и др. Обжигать глину можно также на спекательных (агломерационных)

решетках и в печах кипящего слоя.

Технологическая схема подготовки дегидратированной глины при­ ведена ниже:

Пресс оборудован перфорированной решеткой (350 отверстий диа­ метром 8— 10 мм). Угол наклона вращающейся печи — 3°, скорость вращения — 2 об/мин. Продолжительность термической обработки гранул — 20 мин, а давление во вращающейся печи 30—40 Па, тем­ пература теплоносителя 500—600° С, производительность установки — 45 т/ч, расход условного топлива на 1 т дегидратированной глины — 40—50 кг, себестоимость 1 т дегидратированной глины — 0,9—1 руб.

Увлажнение и гомогенизация масс. Каждой массе соответствует оптимальная влажность, при которой она обладает наибольшим сцеп­ лением, характеризуемым предельным напряжением сдвига. При этой влажности наиболее полно развиваются гидратные оболочки и адсорби­ рованные пленки воды на глинистых частичках, максимально прояв­ ляют свое влияние вандерваальсовские силы молекулярного взаимодей­ ствия, завершается процесс диспергирования. Масса приобретает улуч­ шенные деформационные свойства. Полуфабрикат из таких МйСс имеет

максимальную прочность в высушенном состоянии, переносит сушку и. обжиг с наименьшими деформациями, а изделия характеризуются максимальной прочностью.

Сланцевые и лессовые глины с влажностью 8— 12% требуют зна­ чительного количества воды для получения пригодной к формованию массы. Обычные глины, суглинки и супеси имеют влажность до 18% и требуют добавочного увлажнения на 2—8%, в то время как зыбкие глины влажностью до 35% требуют разувлажнения.

Компоненты глинистых материалов по-разному реагируют на увлажнение и процесс гидратации. Каолинит глины малопроницаем для воды и мало набухает, монтмориллонит хорошо гидратируется и на­ бухает в значительной степени, иллиты занимают промежуточное по­ ложение, а в зерна песка вода не проникает. Неодинаковая проницае­ мость воды в минералы является причиной гетерогенного распределения ее в глине или массе, что ухудшает формовочные свойства массы и вы­ зывает брак при сушке и обжиге.

Процесс формования (прессования) протекает нормально, если достигнута влажность массы, позволяющая образовать на твердых частичках гидратные прослойки, которые по толщине равны двум мо­ лекулам воды. Возможность образования коагуляционного контакта в предельно концентрированной дисперсии возникает при сближении частичек на расстоянии от поверхности 2000 мкм, т. е. в условиях, когда свободная энергия системы приближается к минимуму, а рас­ клинивающее давление становится отрицательным (преобладают силы сцепления). Образование коагуляционной структуры начинается при влажности массы 4—6%.

При увеличении влажности число контактов возрастает, повыша­ ются модули сдвига быстрой и медленной эластических деформаций, условный" статический предел текучести, наибольшая пластическая вязкость; прочность структуры возрастает.

При влажности 6,5—9% число контактов с минимальной толщиной гидратной пленки достигает максимально возможного значения, вслед­ ствие чего структурно-механические контакты и условный модуль деформации становятся наибольшими. Дальнейшее повышение влаж­ ности приводит к росту толщины гидратных слоев между частичками глины, что ослабляет силы молекулярного взаимодействия (силы от­ талкивания, вызываемые зарядами ионов, действуют на расстоянии до 20 000 мкм).

Увлажнение пластичной массы в два приема (в начале переработки и перед формованием) более эффективно, чем однократное.

Тонкомолотая глина впитывает воду в 5—6 раз быстрее кусковой. Учитывая, что процесс набухания длится 0,5—4 ч и более, массу лучше '.уйлажнять горячей водой (60—70° С) или паром. Проникая в поры, Щ ‘гайжё’в Места с дефектами структуры глинистых частичек, горячая ‘вйдУйЛи Нар легче образуют гидратные оболочки, а расклинивающее 'Й.ёййЬ^'Ьоды>проявляется сильнее. Масса, прогретая Паром, лучше '^рЙ^етМ .'при пониженной влажности, расход мощности при формЬваний^нижается на 20—25%., производительность прессов повы­ шается " Н а 10%, срок сушки сокращается на 40—50%. Перепад

влаги по слоям в полуфабрикате из прогретой массы уменьшается в 2—3 раза, что снижает напряжение и усадку в сырце при сушке. В ре­ зультате снижается брак и повышается прочность высушенного сырца

зывает, что расход пара составляет 40—50 г на 1 кг глины.

На заводах, для смешения компонентов массы и увлажнения ее используют смесители.

В одновальных (СМ-220, СМ-239) и двухвальных (СМ-27, СМ-147А, СМ-246, СМК-124, СМК-125, СМК-126) смесителях материал переме­ шивается (гомогенизируется) лопастями, насаженными на вал, со скоростью до 35 об/мин. Регулированием угла наклона лопастей изме­ няется скорость движения материала и время пребывания его в сме­ сителе, которое обычно составляет 2—3 мин. Скорость перемещения составляет 1,3—-1,4 м/с. Производительность двухвальных смесителей 18—35 м3/ч. Наиболее эффективно используются смесители с паропрогревом СМК-18 (СМК-246), если они устанавливаются в начале техно­ логической линии — перед глинозапасником. Вторичная обработка массы с паропрогревом необходима в смесителях, устанавливаемых перед вальцами тонкого помола или перед прессом.

Харьковским ЦКБ «Строммашина» разработана конструкция сме­ сителя (СМ-1238) с фильтрующе-протирочной головкой. Это сблоки­ рованный с двумя шнековыми секциями двухвальный смеситель. К вы­ ходной секции примыкают две подвижные рамы со сменными решет­ ками, перемещающиеся в направляющих, закрепленных на торцевой плоскости выходной секции. Рамы передвигаются перпендикулярно движению массы с помощью двух гидравлических цилиндров. Диаметр отверстий сменных решеток 15, 20 и 25 мм. В корпусе смесителя враща­ ются два вала, оснащенные лопатками, которые перемешивают массу и подают ее в шнековые секции, а также расположена система пароувлажнения щелевого типа, способствующая равномерному и интенсив­ ному прогреву й увлажнению массы. __

Эксплуатация смесителя показала, что в нем не только улучшается переработка массы, но происходит еще удаление инородных включе­ ний. Производительность смесителя до 25 м3/ч. ВНИИСтром разра­ ботал конструкцию агрегата СН-400, заменяющего бегуны, вальцы и смеситель. Агрегат работает по принципу перетирания глины двумя противоположно вращающимися шнеками.

к* Увлажнение сухих порошковых глин или масс имеет свои особен­ ности, так как оно незначительно (на 2—3%). При увлажнении водой в двухвальных горизонтальных смесителях глина в местах переувлаж­ нения может комковаться. Чтобы не допустить этого, воду,1 пода­ ваемую на увлажнение шихты, сильно распыляют. В результате обра­ ботки глиняного порошка паром влажность его возрастает до 10— 14%, а температура — до 50—60° С. Расход пара — 140—150 кг на 1000 шт, кирпича-сырца.

Вылеживание массы. После вылеживания предварительно пе­ реработанной и увлажненной тлины почти на 20% повышается

производительность глиноперерабатывающего оборудования, улучша­ ются сушильные свойства глины, повышается прочность изделий не менее чем на 20—30%. Продолжительность вылеживания определяет­ ся с учетом химико-минералогического состава исходного сырья и видом изделий.

На заводах, потребляющих глинистое сырье в большом количестве и выпускающих эффективные керамические изделия, вылеживание целесообразно на двух стадиях подготовки массы: длительное — в карьере, на месте добычи, и кратковременное — в цехе подготовки массы, в специальных глинозапасниках ямного (66 X .18 м) или башен­

ного типа (рис. 30), бункерах и других механизированных емкостях. Промежуточные ем­ кости (силосы) от 25 до 350 м1 обеспечивают вылеживание переработанной и увлажнен­ ной массы от 5—6 ч до 24 ч. На отечественных заводах ис­ пользуют башни-силосы типа СМК-178 емкостью 150 м3. Производительность башни — 25м3/ч, установленная мощ­ ность электродвигателей — 42 кВт.

замедляет смачивание их водой, препятствует равномерному уплот­ нению массы, способствует расширению бруса при выходе из мунд­ штука, образуя тем самым микротрещины, выявляющиеся при сушке и обжиге изделий. Кроме того, воздух препятствует проникно­ вению влаги в поры глины, разъединяет частички глины друг от дру­ га, т. е. действует в массе как отощитель, что особенно снижает фор­ мовочную способность глиняных масс. Количество воздуха в глинах средней пластичности 2—3% по объему, у тощих — 3—4%. Сланце­ вые глины содержат незначительное количество воздуха, поэтому ва­ куумирование их нецелесообразно. После вакуумирования в глиняной массе остается до 0,5% воздуха.

Разрежение создается вакуумными насосами СМ-293, СМ-494, РМК или ВН-6 в вакуум-камере. Для большинства глин оно составляет 84—96 кПа.

Плотность сырца из вакуумированной массы повышается на 6—8%, коэффициент влагопрозодности уменьшается в 1,5—3 раза, что удли­ няет срок сушки, особенно сырца из пластичных глин. Но это частично компенсируется возможностью увеличения (до 50%) количества отощающих материалов, снижением формовочной влажности на 2—3%, что, в свою очередь, позволяет осуществить более форсированную

сушку, так как воздушная усадка сырца из вакуумированнои массы снижается на 2,5—3,5%. Прочность сырца возрастает с увеличением вакуума (рис. 31), причем одновременно уменьшаются пределы на­ грузок, вызывающих деформации

выше, чем у кирпича из невакуумированной массы. Прочность высу­ шенного сырца из вакуумированной массы в 1,6 раза выше, чем из не­ вакуумированной. Объемная масса обожженных изделий увеличивает­ ся на 3—4%. Водопоглощение понижается на 10— 15%, а прочность увеличивается почти в два раза.

§ 4. ПЛАСТИЧЕСКОЕ ФОРМОВАНИЕ

Назначение формования — придать форму, размер, плотность и необ­ ходимую прочность полуфабрикату. Пластическое формование кирпи­ ча и керамических камней выполняется машинным способом.

Условия формования. Непременным условием пластического фор­ мования изделий является использование достаточно вязких масс, у которых сумма сил внутреннего сцепления (когезия) больше сцеп­ ления с рабочей поверхностью формующего оборудования (адгезия), а коэффициент внутреннего трения больше коэффициента внешнего трения.

При использовании высоковязких «жестких» масс требуются боль­ шие затраты энергии на формование и усиление конструктивных