Новый комплекс ШЛ 400 для производства церковного кирпича // Строительные материалы. 2009. № 4

Авторы: Шлегель И.Ф., канд. техн. наук., профессор РАЕН, генеральный директор;
Шаевич Г.Я., исполнительный директор;
Михайлец С.Н., канд. техн. наук., зам. исполнительного директора по науке;
Андрианов А.В., нач. комплексного отдела;
Астафьев В.А., нач. отдела смесительного оборудования;
Бахта А.О., нач. отдела прессов;
Иванов В.Г., нач. отдела теплотехники;
Макаров С.Г., нач. отдела мельниц;
Мирошников В.Е., нач. отдела печей;
Носков А.В., нач. технологического отдела;
Титов Г.В., нач. отдела электроавтоматики Института Новых Технологий и Автоматизации промышленности строительных материалов (ООО «ИНТА – СТРОЙ», г. Омск)


Современные требования к архитектуре в повышении выразительности зданий диктуют применение кирпича различных размеров, форм, цвета. 

Зарубежные производители кирпича уже давно наладили выпуск керамических изделий различного формата и цвета. Нами был предложен в 2002 году типоразмерный ряд кирпича, блоков, брусков и плинфы [1], однако российские кирпичники не спешат перестраиваться. 

В Омске появился в продаже кирпич немецкого производства с размерами 140х90х40 мм по цене 49 рублей за штуку, однако при такой стоимости он не пользуется большим спросом. 

А потребность в таком кирпиче есть, сейчас многие используют его при устройстве каминов, садовых дорожек, да и отдельные элементы зданий хочется сделать необычными. 

Тем более, что в старину такой кирпич выпускался в России (экземпляр есть в нашем музее) и назывался церковным (рис. 1).

Рис 1.

Рис 1. 1- Кирпич по ГОСТ 530, 2 - кирпичи церковного формата: кон. 19в., 3 - современные - производства Германии, 4 - производства ООО «ИНТА–СТРОЙ»


Пять лет назад нами было принято решение сделать свой завод для выпуска церковного кирпича, который необходимо было разместить на участке 18х26 м (468 м2).

Технологическую схему комплекса ШЛ 400 приняли аналогичной большому заводу ШЛ 300Б, о котором мы уже писали [2]. Этим решается и вторая задача – отработка технологии и оборудования, примененного в комплексе ШЛ 300Б, который мы рекомендовали для широкого внедрения на кирпичных заводах.

Комплекс ШЛ 400 – это минизавод с годовым выпуском 2 млн. шт. кирпича уменьшенного формата. Если брать для расчетов цену импортного кирпича, то такой завод окупается меньше чем за год, а при реальной цене 10 – 20 рублей срок окупаемости составит не более 5 – 2,5 лет соответственно. При проектировании, исследованиях и наладке был приобретен ценный опыт и сделаны определенные выводы, которые будут интересны читателю.

Технологическая схема ШЛ 400 представлена на рис. 2.

Рис. 2. Технологическая схема эксперементального кирпичного участка ШЛ 400

Рис. 2. Технологическая схема эксперементального кирпичного участка ШЛ 400: 1 - глинозапасник; 2 - кран мостовой грейферный; 3 - агрегат загрузки сырья ШЛ 401; 4 - теплообменник ШЛ 400.07; 5 - агрегат подготовки сырья ШЛ 402; 6 - транспортеры шнековые; 7 - дробилка молотковая ШЛ 407; 8 - пробник ШЛ 317Г; 9 - смеситель стержневой ШЛ 406; 10 - пресс ШЛ 403; 11 - калибр ШЛ 404; 12 - бункер-накопитель ШЛ 400.08; 13 - линия обжига и пакетирования ШЛ 410; 14 - монорельс ШЛ 400.18; 15 - рольганг ШЛ 400.19; 16 - кран поворотный ШЛ 421А


При проектировании, исследованиях и наладке был приобретен ценный опыт и сделаны определенные выводы, которые могут быть интересны читателю. Линия подготовки сырья в данном проекте претерпела значительные изменения по сравнению с ранее разработанной ШЛ 310 [3]. Все ленточные транспортеры и ковшовый элеватор заменены шнековыми транспортерами новой конструкции [4]. Это сделано не толькодля устранения пыления, но и с целью повышения степени грануляции пресспорошка. Изменение грунулометрического состава пресспорошка в зависимости отнабора оборудования по его подготовке приведено в табл. 1. Кроме того, последовательное прохождение массы через шнековые транспортеры и стержневой смеситель приводит к более равномерному распределению влаги.
 

Таблица 1. Фракционный состав пресс-порошка

 

Остаток на сите

Набор оборудования*

1

2

3

Ø ячеек, мм

граммы

%

граммы

%

граммы

%

5

2

0,2

63,5

6,35

244

24,4

2,5

9

0,9

233

23,3

223

22,3

1,25

50,5

5,05

270,5

27,05

249,5

2,495

0,63

57,5

5,75

202

20,2

159,5

15,95

0,315

536,5

53,65

185

18,5

84,5

8,45

<0,315

344

34,4

46

4,6

39

3,9

всего

999,5

99,95

1000

1000

999,5

99,95

*Набор оборудования, использованный в процессе подготовки пресс-порошка:
1-дробилка; 2-дробилка, шнек L=2,5 м, стержневой смеситель; 3-дробилка, шнек L=2,5м, стержневой смеситель при подаче пара, шнек L=6м



Эксперименты со стержневым смесителем позволили выявить оптимальные параметры по его углу наклона, количеству и диаметру стержней. Максимальная прочность обожженных образцов была достигнута при содержании в пресспорошке гранулята выше 35% с размером гранул более 2,5 мм.  

По литературным исследованиям известно, что пресспорошок должен состоять из крупных, средних и мелких фракций в равных частях. Многими этот тезис воспринимается так, что сухая глина должна быть раздроблена до фракции < 5 мм, а затем просеяна на сите и полученный просев готов для подачи на пресс. Это

практически повсеместное заблуждение приводит к тому, что кирпич получается зернистый и рыхлый.

Мы провели ряд экспериментов и убедились, что первоначальная структура сухой глины должна бытьразрушена, причем более интенсивными методами, чем это делалось ранее. Работа проводилась в заводских условиях в процессе наладки оборудования. Пробы сырья отбирались на разных этапах его переработки. Выявлено влияние окружной скорости вращения бил молотковой дробилки ШЛ 407 на прочность керамического черепка. Окружная скорость выше 40 м/с приводит к чрезмерному пылению и энергопотреблению, а при скорости ниже 30 м/с образуется значительное количество (до 15%) недомолотых комков глины с размерами более 2,5 мм, не поддающихся грануляции. В результате установлена оптимальная скорость бил (35–40 м/с) и откорректирована конструкция молотковой дробилки ШЛ407. При таких параметрах вращения бил фракции крупнее 2,5 мм получается не более 1,5%, а фракции крупнее 0,63 мм не более 12%. Это позволяет получить сырец отличного качества при условии последующей грануляции пресспорошка при определенном наборе технологического оборудования. Образцы прессовались на лабораторном прессе в половину кирпича уменьшенного формата (90x90x40 мм). За выходной параметр перинималась прочность при сжатии. Результаты испытаний на прочность при сжатии в зависимости отокружной скорости бил дробилки и набора оборудования приведены в табл. 2.

 

Таблица 2. Результаты испытаний на предел прочности при сжатии в зависимости от окружной скорости дробилки и набора оборудования

Окружная скорость дробилки

Vокр. =23,6 м/с

Vокр. = 37,7 м/с

Набор оборудо вания*

1

2

3

4

1

2

3

4

Уд. давление прессования, МПа

20

31

30,9

36,3

39

38,8

40,4

42,4

43,2

25

35,4

37,4

42,3

46

44,2

54

51,2

55

30

50,7

50

58

54

51,4

56,9

57,3

58,5

35

49,4

61,9

60,7

63

49,3

62,3

63,8

64

40

57

57,7

57,2

59,2

45,3

59

59,6

66,2

*Набор оборудования, использованный в процессе подготовки пресс-порошка: 
1-дробилка; 2-дробилка, шнек L=2,5 м, стержневой смеситель; 3-дробилка, шнек L=2,5 м, стержневой смеситель при подаче пара; 4- дробилка, шнек L=2,5м, стержневой смеситель при подаче пара, шнек L=6м


При проведении испытаний выявлен интересный эффект парообразования при дроблении материала. Это происходит вследствие разлома крупных теплых кусков глины, в которых влага сосредотачивается в середине куска, а в результате вскрытия выходит наружу. Этот эффект способствует зарастанию глиняной пылью течек и некоторых мест дробилки.

Стабильной работы добились после того, как переделали течки, футеровали опасные места фторопластом, а самое главное – сделали скорость шнекового транспортера на выходе значительно большей, чем на входе в дробилку. Таким образом, шнековый транспортер на выходе работает как насос, протягивая пар через пылящие участки дробилки, и удаляет его в стержневой смеситель.

В результате экспериментальных работ удалось установить, что скруббер для мокрой очистки дымовых газов, о котором мы писали ранее [5], не является надежной машиной, так как происходит налипание глины. На основе этого опыта был разработан теплообменник ШЛ 400.07 (рис. 3). Это двухкамерный агрегат, в котором происходит отбор тепла от дымовых газов и их очистка. Тепло используется для обогрева глинозапасника, а камеры попеременно периодически полностью промываются водой.

Рис. 3. Теплообменник ШЛ 400.07

Рис. 3. Теплообменник ШЛ 400.07: 1 – труба коллектора; 2 – камера; 3 – блок управления; 4 – рама; 5 – тройник; 6 – привод затвора; 7 – пневмо-панель.


Проведены эксперименты с пароувлажнением пресспорошка в стержневом смесителе. Отмечено, что пароувлажнение эффективно для подавления пылеобразования и повышения степени грануляции пресспорошка. В результате экспериментов определено оптимальное количество пара для подачи в стержневой смеситель. Пар подают в пределах 0,5–1% от массыпресспорошка. Для этого в линию установлен парогенератор с системой стабилизации подачи пара. 

При наладке технологической линии необходимо так настроить сушильный барабан и парогенератор, чтобы общая влажность пресспорошка была близка  к оптимальной. Эксперимент был проведен в лабораторных условиях на омской глине на цилиндрических образцах. Подготовка глины осуществлялась немашинным способом. Для прессования при удельном давлении L 50 и 63 МПа оптимальная влажность пресспорошка составляет 11%, а при 32 и 40 МПа – 12%. Графики зависимости прочности кирпича при сжатии от влажности пресспорошка и усилия прессования представлены на рис. 4. 

По агрегату подготовки сырья ШЛ 402 можно сказать, что он полностью оправдал наши надежды. Параметры, заложенные в его конструкцию, и идеи, которые направлены на герметизацию агрегата и снижение энергопотребления, позволили получить достаточно эффективную машину. 

Бункер накопительный с наклонными ворошителями и агрегат приема сырья ШЛ 401 также достаточно исправно выполняют свои функции. 

Пресс ШЛ 403Б (рис. 5) по сравнению с ранее представленным прессом ШЛ 303Б [6] в процессе переработки претерпел значительные изменения.

Рис. 4. Прочность при сжатии обожженных образцов омской глины при различной влажности пресспорошка и удельном давлении прессования

Рис. 4. Прочность при сжатии обожженных образцов омской глины при различной влажности пресспорошка и удельном давлении прессования: 1 – 32 МПа; 2 – 40 МПа; 3 – 50 МПа; 4 – 63 МПа

Рис. 5. Пресс полусухого прессования ШЛ 403Б

Рис. 5. Пресс полусухого прессования ШЛ 403Б


Прессующий канал снабжен дополнительной заслонкой, полностью переработан дозатор, введена система ваккуумирования. Основные параметры пресса приведены в его технической характеристике.
 

Техническая характеристика пресса ШЛ 403Б

Размеры кирпича-сырца (д-ш-т), мм

190-90-42

Мощность, т

400±50

Цикл прессования, сек

2

Ход прессующего ползуна, мм

80

Ход запирающего ползуна, мм

52

Объем засыпки, см.куб

1200–1550

Система смазки

централизованная

Давление масла, кг/см кв

25

Мощность электродвигателя, кВт

23

Габаритные размеры (д-ш-в), мм

3200–1400–2350

Масса, кг

6500


Кроме того, пресс снабжен специально разработанной новой машиной – это калибр ШЛ 404, который позволяет регулировать толщину кирпичасырца с точностью ± 0,1 мм. Это важно для обеспечения устойчивой и надежной садки в печи обжига. 
  
Линия обжига кирпича ШЛ 320 с вертикальной шахтной печью достаточно подробно была описана ранее [7]. Новая линия обжига и пакетирования ШЛ 410 (рис. 6) смонтирована на заводе и проходит процесс наладки. Линия состоит из 8 единиц оборудования, основные параметры линии приведены в ее технической характеристике, а перечень агрегатов приведен в подрисуночной подписи.
 

Техническая характеристика линии обжига и пакетирования ШЛ 410

Назначение

досушка сырца, обжиг, упаковка кирпича

Производительность, млн шт./г

2

   шт./ч

262.6

Режим работы линии

круглосуточный

Способ управления

автоматический

Размер кирпича, мм

190-90-40

Время сушки, ч

6

Время обжига (нахождения в печи), ч

11,8

Конструкция печи обжига

вертикальная (шахтная) проходная

Поперечное сечение шахты печи в свету, мм

980-714

Высота печи, мм

4900

Шаг перемещения кирпича в печи, мм

80

Топливо

природный газ

Габариты линии (д-ш-в), мм

14840-4330-8220

Масса линии,т

60


Основное отличие этой линии от прототипа в применении двух сушилок вместо одной. Это упростило авоматизацию и теплообмен, так как во время загрузки одной сушилки вторая работает с печью. Перенос и загрузку кассет с кирпичом от сушилки к печи и садку их в печь обжига и возврат пустой кассеты в накопитель обеспечивает автоматсадчик. Загрузку кирпича сырца в кассеты осуществляет автоматукладчик, который подает их в одну из сушилок.

В вертикальной шахтной печи выдерживается криая обжига, как показано на рис. 7.
 

Рис. 7. Кривая обжига кирпича (температура кирпича средняя по массе)

Рис. 7. Кривая обжига кирпича (температура кирпича средняя по массе): h, м – отметки по высоте печи; t, ч – время нахождения кирпича в печи


Работа над линией ШЛ 410 сводилась к упрощению конструкции и повышению надежности работы механизмов. 

Система управления комплексом ШЛ 400 состоит из трех подсистем – линии глиноподготовки, линии обжига и пресса с калибром. Работу всех подсистем контролируют и управляют с рабочего места оператора. В управлении подсистемами использованы контроллеры Simens S7300 с программными ПИДрегуляторами и выдачей управляющих воздействий на исполнительные механизмы. Визуализация процессов обеспечена средствами WinCC Flexible. Реализованы ручной и автоматический режимы с последовательным запуском агрегатов и остановкой в обратной последовательности.

Визуализация температурной кривой обжига в реальном времени позволяет оперативно вносить коррективы в процесс.
Запуск комплекса ШЛ 400 запланирован на июнь 2009 г. Недостаточное финансирование затянуло комплектацию завода и его запуск, но с другой стороны, у насоказалось достаточно времени, чтобы провести глубокие исследования каждого агрегата комплекса и технологических параметров, повышающих эффективность полусухого прессования кирпича. Результаты этих исследований подтверждают технологические прогнозы, и  прогнозы по качеству выпускае-
Рис. 7. Кривая обжига кирпича (температура кирпича средняя по массе):
h, м – отметки по высоте печи; t, ч – время нахождения кирпича в печи
мого кирпича: мы предполагаем что в штатном режиме работы завод будет выпускать кирпич с маркой не ниже 300, морозостойкостью не менее 35 цикловпри значительном сокращении затрат энергии всех видов. 

Список литературы:

1.    Шлегель И.Ф. Необходим пересмотр не только ГОСТ 530-95 // Строит. материалы. 2002. № 10.
2.    Шлегель И.Ф. Комплекс ШЛ 300 – кирпичный завод третьего поколения// Строит. материалы. 2001. № 2.
3.    Шлегель И.Ф., Гришин П.Г., Мирошников В.Е., Булгаков А.Н., Титов Г.В., Степанов М.Ю., Иликбаев Ю.А., Гудалов О.В., Прохоров П.И., Протченко Н.И. Линия подготовки сырья ШЛ – 310 // Строит. материалы. 2003. № 1.
4.    Шлегель И.Ф., Шаевич Г.Я., Нестеров В.Я., Макаров С.Г., Гришин П.Г. Устранение пыления в технологии полусухого прессования кирпича // Строит. материалы – TECHNOLOGY. 2006. № 7.
5.    Шлегель И.Ф., Гришин П.Г., Булгаков А.Н. Система очистки дымовых газов в линии подготовки пресс – порошка ШЛ - 310 // Строит. материалы. 2002. № 6.
6.    Шлегель И.Ф. Проблемы полусухого прессования кирпича // Строит. материалы. 2005. № 2.
7.    Шлегель И.Ф., Гришин П.Г., Мирошников В.Е., Степанов М.Ю., Титов Г.В., Войцещук И.В. Линия обжига кирпича ШЛ – 320 // Строит. материалы. 2003. № 3.