Производство керамического кирпича на ОАО "ККСМ"

       Сушильным агентом, как правило, служит воздух, нагреваемый до определенной температуры  в зоне охлаждения обжиговых агрегатов  или в специальных нагревательных устройствах. Очень часто в качестве сушильного агента используют дымовые газы от обжиговых печей.

       Ускорение процесса сушки и уменьшение брака  может быть достигнуто увеличением  скорости внутренней диффузии до скорости внешней диффузии, тщательной обработкой массы и уменьшением начальной влажности изделия, уменьшением воздушной усадки массы за счет введения отощающих добавок, повышением капиллярности масс за счет введения электролитов. Наиболее действенным и экономичным способом увеличения скорости внутренней диффузии является предварительный подогрев массы, например при увлажнении ее не водой, а паром.

       В результате физико - химических процессов, происходящих при высоких температурах, глинистое вещество и другие компоненты уплотняются (спекаются), придавая изделию прочность и плотность, т.е. полуфабрикат превращается в готовое изделие. Химические и физические процессы, протекающие при обжиге, предопределяют состав и характер образующихся фаз, их соотношение, размер, форму и взаимное расположение, а также изменение массы и объема обжигаемого изделия.

       С точки зрения изменения свойств, в т.ч. фазового состава весь процесс  обжига может быть разделен на четыре периода.

       Первый  этап характеризует процесс от начала собственно спекания. В это время плотность и пористость практически не меняются, а линейные размеры несколько увеличиваются за счет термического расширения. Второй этап обжига – период спекания, когда наблюдается усадка материала, увеличение его плотности и снижение пористости. Третий период обжига соответствует так называемому «интервалу спекшегося состояния». Это интервал между температурой полного спекания и температурой начала деформации изделия. В этот период достигаются максимальные значения плотности и усадки. В четвертом периоде может наблюдаться вспучивание материала и происходить деформация изделий за счет их размягчения, что свидетельствует о нарушении режима обжига и «пережоге» изделий.

       С точки зрения организации технологического процесса цикл обжига керамического  кирпича складывается из трех периодов: нагревания, выдержки при конечной температуре обжига и охлаждения.

       Период  нагревания преследует цель нагреть  изделие до заданной температуры  без разрушения. В связи с этим приходится лимитировать скорость нагрева  изделий, учитывая ряд факторов. Удаление остатков воды из пор при излишне высокой скорости нагрева может привести к резкому увеличению давления пара внутри обжигаемого изделия, что приведет к «взрывному» его разрушению. Если до начала интенсивного спекания материала не успевают завершиться процессы удаления химически связанной воды и разложение органических остатков, то выделение газообразных веществ в системе может привести к вспучиванию материала.

       В обжигаемом материале возможно возникновение  и механических напряжений. Они могут быть обусловлены как термическим расширением отдельных его частей, так и огневой усадкой изделий. Механические напряжения, обусловленные термическим расширением, обычно возникают при нагревании до температуры порядка 1000⁰С. Это заставляет замедлять или даже приостанавливать нагревание непосредственно перед началом спекания с тем, чтобы заранее выровнять распределение температур в теле изделий и создать благоприятные условия для равномерной усадки в различных частях изделий.

       Выдержка  при конечной температуре должна обеспечить полное завершение химических реакций и фазовых превращений и необходимую степень спекания материала. Эти параметры можно в известных пределах варьировать с получением аналогичных результатов, т.е. либо снижать температуру, повышая длительность обжига, либо наоборот [4].

       В период охлаждения в теле изделия  могут возникнуть термические напряжения, обратные по знаку напряжениям, вызываемым термическим расширением. В тех  случаях, когда в изделии происходит затвердевание жидкой фазы, необходимо учитывать влияние скорости охлаждения на ход этого процесса, поскольку в зависимости от условий охлаждения расплав может затвердеть в виде стекловидной фазы или закристаллизоваться.

       До 200⁰С происходит удаление физически связанной воды:

       (Сa,Mg)O_*Al₂O_3*4SiO_2*2H₂O=(Ca,Mg)O_*Al₂O_3*4SiO_2*(2-x)_*H₂O+x_*H₂O (3.1)

       400-650⁰C – удаление химически связанной воды из алюмосиликатов:

       (Сa,Mg)O_*Al₂O_3*4SiO_2*(2-x)_*H₂O=(Ca,Mg)O_*Al₂O_3*4SiO₂+(2-x)_*H₂O (3.2)

       300-1000⁰C – разложение карбонатов, (300-400⁰С – карбонат железа, 600-700⁰С – карбонат магния, 800-900⁰С – карбонат кальция):

       FeCO₃=FeO+CO₂         (3.3)

       MgCO₃=MgO+CO₂         (3.4)

       CaCO₃=CaO+CO₂         (3.5)

       При температуре 573⁰С происходит переход β – кварца в α – кварц с увеличением объема на +0,82%.

       В туннельных печах полуфабрикат обжигают на вагонетках, передвигающихся вдоль печи по рельсам. Длина канала печи составляет 65-140 м, ширина 1,1-1,3 м. Тоннельная печь имеет три зоны: подогрева, обжига и охлаждения, через которые последовательно проходит обжигаемый материал. Наличие стабильных температурных зон и перемещение материала в противотоке с горячими газами позволяет поднять температуру обжига до 1050-1100⁰С и интенсифицировать процесс спекания. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       4 Операционное описание  технологического  процесса

1. Добыча сырья. Бульдозером производится вскрышные работы, которые должны опережать добычу глины на 3 суток. За вскрышными работами начинается добыча глины. Усреднение глины производится путем многократной экскавация глины с открытым днищем экскаватора. Размер конуса 37х25м. Объем конуса – 1100м. куб. Конус расположен напротив узла приема глины в шихтозапасник. Глина а/самосвалом доставляется в узел приема глины цеха [1].
2. Переработка сырья и добавок. А самосвалом глина через глинорыхлитель  подается в питатель ящичный, где дозируется. Таким же образом подается на другой питатель ленточный добавки. После ящичного питателя глина попадает на вальцы камневыделительные, где проходит первичную переработку. Отсюда по ленточному транспортеру глина попадает на сушильный барабан, где она подсушивается при необходимости. После сушильного барабана глина по транспортеру вместе с добавками поступает на глиномешалку, затем попадает на вальцы тонкого помола СМК-339. После по наклонной ленте шихта поступает в шихтозапасник, где вылеживается не менее 2-х суток.
3. Формование кирпича-сырца. Готовая шихта многоковшовым экскаватором по ленточному транспортеру подается на пресс, предварительно пройдя дополнительную переработку на вальцах тонкого помола и глиносмесителе пресса (на другой линии дополнительно перерабатывается на глинорастирателе). Выходящий из пресса брус режется автоматом многострунной резки на 12 кирпичей и укладывается на автомат укладчик [3].
4. Сушка кирпича-сырца. С автомата укладчика кирпич – сырец десятиполочной вагонкой на э/тележке направляется в камерные сушила. Средний срок сушки 72-95 часов. Теплоносителем для сушки кирпича является тепло остывающего кирпича после обжига, который забирается из зоны остывания вентилятором N16 и подается по воздуховоду в камеру смешивания, откуда вентилятором N20 подается в центральный канал сушильных камер. Дополнительно с котельной в центральный канал тепло подается вентилятором N16. Отбор теплоносителя с каждого из двух блоков осуществляется двумя вентиляторами N16.Температуру подаваемого теплоносителя регулируют шиберами на воздуховоде от печей и котельной. Температура сушки кирпича- сырца 30-35 ⁰ С
5. Садка кирпича-сырца. Высушенный кирпич- сырец с десятиполочного снижателя укладывается на консольные вагонки и по рельсам через поворотный круг подается на посадочный пост. Вагонки с кирпичом на посадочный пост подаются подъемником. Через второй подъемник пустые вагонки опускаются вниз. На посадочном посту кирпич перекладывается с сортировкой на обжиговый вагон. Бракованный кирпич поступает на транспортер брака и складируется в бункер, откуда идет на повторную переработку [2].
6. Обжиг кирпича. Печи для обжига по режиму работы классифицируются на периодические и непрерывные. Печи периодического действия работают по принципу отдельных законченных циклов, включающих в себя загрузку сырца, герметизацию печи, разогрев, обжиг при установленной температуре, охлаждение, открытие печи, разгрузку обожженных изделий. В печи непрерывного действия зоны неподвижны и, будучи однажды нагреты, сохраняют свою температуру и не требуют попеременного нагревания и охлаждения.

         В нашем случае используется  печь непрерывного действия. Основными  преимуществами работы на туннельных  печах являются улучшение условий труда рабочих и экономия топлива.

       Обжиговый вагон с кирпичом с посадочного  поста электрической тележкой подается на туннельную печь. Проталкивание  вагонов в печь осуществляется гидротолкателем.

       Процесс обжига подразделяется на зоны [3]:

• зона подогрева – 1-15 позиции, температура от 40 до 550 град. С
• зона обжига – 16-26 позиции,  температура 550-980 град. С
• зона остывания–27-40 позиции,  температура 980-50град. С

       Срок  обжига кирпича – 42 часа.

7. Складирование и хранение готовой продукции. Из печи вагон вынимается электрической тележкой, которая снабжена толкателем и подается на выгрузочную площадку, где кирпич перекладывается вручную с сортировкой в пакеты, в количестве 200 шт.,400 шт. Складирование кирпича на поддоны осуществляется краном, который снабжен грузозахватным приспособлением «вилкой» для подъема пакетов. Пустой обжиговый вагон по бесконечной обкатке подается на садку.
8. Отправка кирпича потребителю. После приемки кирпича отделом ОТК, оформленная на бланке приемки продукции за подписью сменного мастера, кладовщика и контролера ОТК, пакеты грузят на автотранспорт. Для устойчивости пакетов их перевязывают лентой. На каждую партию кирпича выдается паспорт с указанием прочностных характеристик и данных в соответствии с ГОСТ 530-95. Марка кирпича устанавливается на основании физико-механических испытаний его в лаборатории согласно ГОСТ 530-95 и ГОСТ 8462-85 [1]. Погрузка кирпича навалом запрещена. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Основное  оборудование [5]

       В производстве керамического кирпича  основными оборудованиями являются: туннельная печь, камерные сушилки, пресс шнековый вакуумный пластического формования.

• Пресс шнековый вакуумный пластического формования. Марка СМК-506, завод изготовитель – «Строммашина», г. Могилев. На производстве используется один пресс данного типа. Диаметр шнека на выходе - 450 мм; производительность - 10 тыс.шт./час; скорость вращения шнека - 19 об/мин.; скорость вращения валов смесителя - 25 об/мин. Мощность двигателя: пресса - 132 кВт, 1500 об/мин; смесителя -55 кВт, 1500 об/мин

       Принципиальная схема работы вакуум-пресса представлена на рисунке 5.1. 

Рисунок 5.1 – Пресс ленточный вакуумный

       Вакуум-пресс состоит из трех частей: подготавливающей, вакуумирующей и прессующей. Подготавливающая часть 1 пресса (двувальный смеситель) находится над прессующей частью. Лопасть 4 подготавливающей части пресса захватывает глиняную массу и проталкивает ее через перфорированную решетку 3 в вакуум-камеру 2, откуда освобожденная от воздуха глиняная масса, уплотненная шнековым винтом 5, продвигается к выходному отверстию мундштука, укрепленного на головке пресса 6. Выдавливаемый из мундштука 7 пресса непрерывный глиняный брус 8 разрезается на отдельные изделия-сырцы с помощью полуавтоматических и автоматических станков.

• Камерные сушилки относятся к сушилкам периодического действия.

       Цикл  сушки в них состоит из времени  на загрузку изделий, собственно сушки  и выгрузки. Сырец в камерные сушила загружаются на рамках при помощи самосбрасывающих вагонеток.

       Каждая  камера сушилки типа Росстройпроекта  представляет собой узкий коридор, длиной 13 м, шириной – 1,4 м, высотой – 2,9 м, кол-во камер 57 шт., емкость камеры 35 вагонов или 4200 шт. кирпича. Стены камеры выложены из кирпича. Кладка стен выполняется с выступами внутрь камер в 1/4 кирпича, которые образуют полки, служащие для укладки рамок с сырцом. Обычно по высоте камер устраивают 10 полок. Расстояние по высоте между выступами соответствует расстоянию между кронштейнами самосбрасывающих вагонеток и равно 240 мм. Расстояние от верхнего выступа до потолка – 350 мм, а от пола до нижнего выступа – 380 мм.

       Камера  снабжена тремя каналами, расположенными ниже уровня пола. Боковые приточные  каналы служат для подвода горячего воздуха, средний отводящий –  для отбора отработавшего воздуха. Каналы перекрыты решетчатыми плитами, благодаря чему теплоноситель распределяется по длине камеры.

       Средняя продолжительность сушки в камере составляет около 72 часов. 

• Туннельная печь типа 409-21-44 «Южгипростром»:

       Имеет следующие размеры: длина – 124,3 м, ширина – 2,9 м, высота от пода вагонетки до замка свода – 1,85 м, объем обжигового канала  – 645 м.куб, кол-во горелок – 40 шт., расход топлива – 494 нм.куб, производительность – 25 млн.шт.усл.кирпича, кол-во вагонов в печи – 40 шт., единовременная емкость – 112 тыс.шт.кирпича [6].