Кирпичные заводы полусухого прессования нового поколения // Доклад с 11-ой Международная конференция огнеупорщиков и металлургов.
Авторы :
Рукавицын А.В.- зам. директора;
Мирошников В.Е.- зам. директора;
Туров М.Г.- зам. директора Института новых технологий и автоматизации промышленности строительных материалов (ООО «ИНТА-СТРОЙ», г. Омск ).
Кирпичные заводы полусухого прессования нового поколения
Мировой опыт показывает : диверсификация бизнеса является основой выживания в рыночных условиях. Промышленность огнеупорных материалов имеет много общего с производством керамического кирпича методом полусухого прессования. Технология, оборудование, да и сам конечный продукт — похожи. В условиях дефицита качественного сырья низкосортные и малопригодные для огнеупорных изделий глинистые материалы вполне подходят для грубой строительной керамики. Все это говорит о возможности в любом регионе России на базе огнеупорных заводов иметь производство по выпуску полнотелого керамического кирпича, который по прежнему является одним из основных конструкционных материалов, а иногда и просто незаменимым.
Современная строительная индустрия диктует свои требования к таким показателям, как качество кирпича и его себестоимость, достижение которых становится невозможным без глобальной модернизации устаревших производств.
Для решения этой проблемы коллективом института проделана огромная работа, результаты которой воплотились в проекте современного завода по выпуску керамического кирпича методом полусухого прессования. Все инновационные идеи и технические решения, заложенные в проект, проверялись на практике, на специально созданном для этих целей прототипе завода, который работает на базе института. Основные принципы предложенной технологии — полусухое прессование с последующим обжигом в шахтных печах опробованы еще раньше. Конструкторам и технологам необходимо было выполнить порой взаимоисключающие друг друга требования и решить сложные задачи. Полученные на практике положительные результаты легли в основу проекта.
Сегодня можно сказать,что при всех равных условиях, предлагаемый завод имеет ряд преимуществ, которые делают его продукцию конкурентоспособной на рынке строительных материалов.
Подготовка сырья
Одна из важнейших задач в технологии производства кирпича — обеспечить достаточную переработку при минимальных затратах. В итоге нужно получить однородный пресс-порошок , стабильный по влажности и гранулометрическому составу. Качество подготовки сырья значительно влияет на качество продукции. Изучив достоинства и недостатки существующих технологий инженеры института предложили свою схему глиноподготовки.
В агрегате загрузки сырья (рис.1) происходит первичное рыхление глины и дозированная подача в линию. Сырье попадает в установку «Каскад» (рис.2), где гомогенизируется, перемешивается и гранулируется. В итоге получаются относительно ровные по размерам и однородные по составу гранулы, которые направляются в сушильный барабан (рис.3). Сушка гранул осуществляется противотоком в среде топочных газов с частичным возвратом рециркулята. Это компенсирует перепады по влажности исходного сырья и дает на выходе стабильный результат. Подсушенные гранулы попадают в стержневой смеситель (рис.4), где растираются в пресс-порошок. Далее, постоянный по влажности (~ 10%) и гранулометрическому составу пресс-порошок отправляется в бункер-накопитель, где вылеживается перед прессованием.
Рис.1 Агрегате загрузки сырья
Рис.2 Установка "Каскад"
Рис. 3 Сушильный барабан
Рис. 4 Стержневой смеситель
Применение установки «Каскад» в сочетании с мягким режимом сушки делает процесс подготовки сырья прогнозируемым и управляемым . Появляется возможность вводить различные добавки, с целью повышения качества кирпича или для объемного окрашивания. Настроив оборудование на требуемую производительность для стабильной работы линии достаточно контролировать исходные параметры сырья. Все остальное автоматизировано.
Исключая необходимость просеивания пресс-порошка через сито, решается еще одна проблема технологии полусухого прессования - высокое пылеобразование. Гранулирование сырья, использование шнековых транспортеров, поддержание разряжения внутри сушильно-помольного оборудования, герметизация мест пересыпок , применение мокрых процессов очистки в аспирационном оборудовании, наряду с оригинальными конструкторскими решениями — вот неполный перечень реализованных в проекте мер по борьбе за экологию производства.
Прессование
Считается, что технология полусухого прессования имеет недостаток - низкую плотность сырца и связанную с этим низкую прочность и морозостойкость.
Причина этого, на наш взгляд, кроется в многопозиционных прессах. Сложность точной дозировки пресс-порошка в каждую из форм при жёстком ходе общего ползуна, делает невозможным обеспечение необходимого и равного давления прессования.
Специалистами института был разработан и испытан однопозиционный пресс высокой производительности (1400 шт/час) (рис.5) , в котором кинематика поддерживает заданное давление внутри камеры прессования (40,0 Мпа), а система автоматизации следит за толщиной кирпича-сырца (± 0,5 мм) и, при необходимости, корректирует объём засыпаемого в рабочую камеру пресс-порошка. Таким образом, все отпрессованные кирпичи имеют одинаковую плотность и высокие прочностные характеристики, соответствующие марке М 300. Жесткие требования к толщине кирпича продиктованы технологией обжига в вертикальной шахтной печи (рис.6).
Рис. 5 Однопозиционный пресс
Рис. 6 Вертикальной шахтной печи
Сушка
Несмотря на значительно более короткий срок сушки кирпича-сырца, полученного методом полусухого прессования к этому процессу следует относится также внимательно, как и к сушке при пластическом формовании. Вздутия, образование трещин, изменение геометрии, кислородные пятна на поверхности и разломах напрямую связаны с нарушением режимов сушки и обжига кирпича. Экспериментально установлено, что для оптимизации процесса сушки применимы те же способы, что и при пластическом формовании: введение отощителей в шихту, обеспечение мягких режимов сушки в начале и более жестких в конце, организация потоков теплоносителя и так далее. Для получения качественного лицевого кирпича , влажность поступающего на обжиг сырца должна быть не более 3%. По этой причине в состав обжигового комплекса завода вошли вертикальные сушильные камеры (фото №7) .
Отпрессованный кирпич-сырец манипулятором укладывают в кассеты (фото №8) и отправляют в герметичные сушильные камеры. Тепло отбирают от печных газов через систему теплообменников и вентиляторов. Согласно графика сушки система автоматики поддерживает заданную температуру и влажность теплоносителя в каждой камере.
Рис. 7 Вертикальные сушильные камеры
Рис. 8 Укладка манипулятором кассет
Высушенный сырец в тех же кассетах накапливается в вертикальной шахте вблизи печи и по мере необходимости, подаётся на обжиг. Весь процесс занимает 19 часов. Правильно выбранный режим сушки позволяет увеличить скорость обжига , а следовательно поднять производительность вертикальной шахтной печи.
Обжиг
Современные кирпичные заводы ориентируются на обжиг в туннельных печах. Эти печи появились в 19 веке, длительное время совершенствовались, но в настоящее время уже не отвечают современным требованиям. К недостаткам таких печей можно отнести:
-
необходимость иметь парк вагонеток с теплоизоляционным подом, которые, не смотря на все принимаемые меры, подвергаются механическому и тепловому воздействию и требуют постоянного ремонта;
-
наблюдается расслоение теплового поля по высоте туннеля. Перепад достигает 300°С. В связи с этим, приходится ставить целый ряд высокотемпературных и дорогостоящих перемешивающих вентиляторов;
-
тепловые зоны нагрева, обжига и охлаждения в таких печах создаются и поддерживаются вентиляторами.
-
необходимость продувных каналов и зон обслуживания под печью увеличивает глубину фундаментов (иногда до 3 метров);
-
туннельные печи занимают значительные цеховые площади, что удорожает строительство завода;
-
нагрев свода печи и парка вагонеток ведёт к дополнительному расходу теплоносителя;
Изучая современные методы обжига , выбор пал на конструкцию вертикальной шахтной печи. Подобные печи широко используются при обжиге известняка. Основное преимущество этого способа кроется в эффективном теплообмене между материалом и газовой средой. Шахтные печи лишены недостатков, свойственных туннельным печам: нет перемешивающих вентиляторов, нет парка вагонеток, нет расслоения теплового поля по сечению канала. Воздух, самостоятельно поднимаясь снизу вверх, охлаждает обжигаемый материал, постепенно нагревается сам, и пройдя зону обжига, отдает тепло, нагревая вновь загружаемый холодный сырец.
Конструкция шахтной печи (рис.9) имеет: вертикальный рабочий канал, футерованный шамотным кирпичом с теплоизоляцией, загрузочную горловину сверху и разгрузочную внизу. В средней части установлены газовые горелки, которые создают необходимую температуру обжига (1000°С). В рабочем режиме всё пространство печи заполнено садкой, состоящей из слоев кирпича, уложенного в определенном порядке. Продвижение садки сверху вниз осуществляется периодически, посредством извлечения нижних обожжённых слоёв.
После сушки, манипулятор разгружает кассеты с сырцом, формируя над печью слой садки. Затем открывается крышка над рабочим каналом печи и новый слой укладывают на садку. Пустые кассеты возвращаются в шахту-накопитель и поочередно подаются на загрузку свежеотпрессованным кирпичом-сырцом. Выемку обожженного кирпича из печи осуществляет устройство «снижатель», на котором стоит садка. Он отсекает от садки нижний слой и удаляет его из печи, после чего опускает весь столб кирпича на высоту извлечённого слоя. Кирпич, пройдя все стадии, нагрев, обжиг, охлаждение, попадает на участок упаковки и далее на склад готовой продукции (рис.10).
Система автоматики контролирует все процессы работы завода и выводит данные на монитор оператора (рис. 11).
Рис. 9 Конструкция шахтной печи
Рис. 10 Готовая продукция
Рис. 11 Монитор оператора
Применение шахтных печей в кирпичной промышленности позволяет :
-
снизить общие расходы (на топливо, на строительство)
-
полностью автоматизировать производство, исключив человеческий фактор
-
работать с высокой производительностью, получая качественную продукцию.
