Установка "Каскад" для кирпичной промышленности // Строительные материалы. 2005. № 2.

Авторы:
Шлегель И. Ф. - канд. техн. наук, доктор, профессор РАЕН, генеральный директор,
Шаевич Г.Я. – исполнительный директор,
Карабут  Л.А. – к.т.н., начальник отдела, 
Пашкова Е.Б. – инженер-технолог, 
Спитанов  В.В.– начальник отдела, 
Астафьев В.А. – зам. начальника отдела Института Новых Технологий и Автоматизации промышленности строительных материалов (ООО «ИНТА–СТРОЙ», г.Омск).

Процесс подготовки глинистого сырья в технологии пластического формования кирпича является важнейшим переделом, определяющим качество продукции. Степень переработки глины при этом пропорциональна количеству оборудования в технологической линии, в состав которой могут входить: камневыделитель, вальцы, бегуны, глинорастиратель, глиномешалка с фильтрующей решеткой. В некоторых случаях, желая добиться хорошего качества кирпича при работе с низкосортными глинами, устанавливают от 6 до 10 перерабатывающих машин, что приводит к снижению надежности всей технологической линии и повышенному расходу электроэнергии. Даже те заводы, которые выпускают «жареную глину» вместо кирпича, работают на 2 – 4 обрабатывающих машинах.

Следует отметить, что все существующие в настоящее время глинообрабатывающие машины, несмотря на свою громоздкость, всего лишь однократно воздействуют на глину (за исключением бегунов, считающихся в настоящее время лучшей перерабатывающей машиной, в которой количество воздействий на глину доходит до 2 – 3х).

Идея создания оборудования с многократным воздействием на глину, способного заменить технологическую линию подготовки сырья, давно витала в воздухе и будоражила умы ученых отрасли, однако попытки осуществить её оказались безуспешными.

Нашему институту удалось разработать принципиально новый способ для переработки сырья (1), способный заменить всю технологическую линию глиноподготовки. Машину, разработанную на основе этого способа и заменяющую целый каскад перерабатывающего оборудования, мы назвали установкой «Каскад».

Принцип работы установки «Каскад» (рис. 1) весьма прост и состоит из двух известных воздействий на глину – срезание стружки с одной решетки (струг) и продавливание через другую решетку с отверстиями (глинорастиратель, бегуны). «Изюминка» состоит в том, что эти два воздействия осуществляются одним ножом, который к тому же за счет определенного наклона лобовой грани передает глину от одной решетки к другой. Такое техническое решение позволяет устанавливать на одном валу несколько вращающихся ножей и столько же неподвижных решеток.

Также был решен вопрос камневыделения (рис. 2). Для этого нож устанавливают сразу после поддавливающего шнека, но плоскость ножа имеет другой угол наклона, а решетка сделана с пазами, направленными к периферии. При этом в корпусе установки сделан тангенциальный патрубок с заслонкой для вывода камней. Опытная установка «Каскад – 1» была сделана в 2х исполнениях – с камневыделителем и без него (рис. 3)

Рис.1. Схема рабочего элемента: 5 – решетки, 6 – нож.

Рис.2. Схема камневыделения: 3-шнек; 7-решетка; 8-нож; 10-выводной канал.

Рис.3. Установка "Каскад-1". 1-привод, 2-бункер, 3-шнек, 4-корпус, 5-решетка, 6-нож, 7-решетка камнеотделения, 8-нож для камнеотделения, 9-вал, 10-канал камнеотделителя.

Установка «Каскад – 1» состоит из привода 1, бункера 2, шнека 3 и корпуса 4. В корпусе 4 установлены решетки с отверстиями 5, ножи 6, решетка с пазами 7 и нож 8 камнеотделителя. Ножи приводятся во вращение приводным валом 9. Установка работает следующим образом. В бункер засыпается глина, которая шнеком перемещается к решетке с пазами 7 и продавливается через пазы в первую зону смешивания. Камни, находящиеся в глине, смещаются по канавкам решетки 7 ножом 8 к периферии и выводятся через канал 10 из корпуса 4.

Очищенная от камней и неизмельчаемых включений глина срезается с решетки ножом 6 и подается к следующей решетке 5, где протирается и продавливается через неё и так далее, пока не пройдет все зоны срезания-перетирания. Количество ножей и решеток по 6 штук обеспечивает 12 перерабатывающих воздействий на сырье и 6 перемешивающих. Конструкция ножей обеспечивает их самозатачивание в процессе работы, а износ ножей и решеток по толщине компенсируется периодическим осевым поджатием.

В результате экспериментальных работ установлено, что после обработки в установке «Каскад–1» наблюдался значительный прирост пластичности при различной влажности исходного сырья (W=18…23%). Исследования производились на образцах увлажненной карьерной глины, образцах, после обработки в установке и образцах глины из глинозапасника, прошедшей 5 стадий подготовки в технологической линии Калачинского кирпичного завода. (Табл. 1).
 

Верхний предел пластичности определялся на приборе Васильева, а нижний – по границе раскатывания.

Прирост пластичности глинистого сырья после обработки на существующем оборудовании завода составил 9,13%. В тоже время после обработки в установке «Каскад – 1» этот показатель увеличивается на 46,59%.

Указанный фактор объясняется тем, что в процессе обработки глины, в результате срезающих, истирающих и продавливающих воздействий происходит вытеснение воздуха – одного из отощителей глинистого сырья, изменяется структура глинистых частиц.

Следует отметить, что процесс «обезвоздушивания» не связан с удалением воздуха, а предполагает переход крупных пор в множество мелких капилляров.

Чем пластичнее глина, тем выше ее связующая способность, а, следовательно, прочность сформированных, сухих и обожженных изделий (2). В таблице 2 приведены результаты определения связующей способности глинистого сырья по пределу прочности при сжатии образцов, отформованных пластическим способом в виде цилиндров и высушенных при температуре 105оС до постоянной массы (методика Г.И. Книгиной). В этой же таблице 2 приведены результаты, полученные после обжига образцов. Очевиден высокий прирост прочностных показателей.
 

Из таблицы 2 видно, что замена существующей технологической линии установкой «Каскад» позволит поднять прочность на 77%, что равнозначно выпуску кирпича марки М 175 вместо М 100. 

Самым удивительным оказалось то, что после обработки в установке «Каскад – 1» исходное сырье из разряда среднечувствительного к сушке перешло в разряд малочувствительного (табл. 3). Суммарный объем межзернового пространства (объем пор) у глин, малочувствительных к сушке, больше величины воздушной усадки, поэтому у этих глин во время сушки влага свободно перемещается из внутренних слоев к наружным, не вызывая при этом напряжений в массе. Этому способствует образовавшаяся сеть мелких капилляров, обеспечивающая доставку влаги на поверхность. Обработанные таким образом глины дают равномерную воздушную усадку при повышенной скорости сушки (2).
 

Экспериментальные работы, выполненные на установке «Каскад-1», показали её высокую эффективность не только как оборудования для переработки глины, но и как перспективной машины для пищевой, химической и других отраслей промышленности, где требуется тщательное перемешивание и гомогенизация материала. Поэтому институтом намечен к разработке целый ряд установок «Каскад» различной производительности (табл.4).
 

В настоящее время заканчивается разработка установки «Каскад-13» производительностью 25 т/ч, которая позволит получить высококачественный кирпич даже из низкосортного сырья. Кроме того, применение установки «Каскад-13» позволит значительно снизить энергоемкость и увеличить надежность работы линии глиноподготовки. Срок окупаемости установки не более года за счет снижения себестоимости и повышения качества кирпича. 

Список литературы: 

1.И.Ф.Шлегель. Установка для измельчения и перемешивания пластичных материалов. Заявка №2004134318, 24.11.2004. 
2.В.С.Бакунов, В.П.Балкевич, И.Я.Гузман, Е.С.Лукин, Д.Н.Полубояринов, Р.Я.Попильский, Б.С.Скидан. Практикум по технологии керамики и огнеупоров. М.: Стройиздат, 1972.