способ производства керамического кирпича

Формула изобретения

1. Способ производства керамического кирпича методом пластического формования на ленточных прессах, включающий подготовку компонентов шихты, приготовление керамической массы, формование изделий, их сушку и обжиг, отличающийся тем, что перед приготовлением керамической массы обезвоживают выгорающие и отощающие добавки до влагосодержания не более 10%

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выгорающие и отощающие добавки подают на приготовление керамической массы в нагретом до температуры 60 - 100^oС состоянии.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что предварительно смешивают между собой сухие и содержащие повышенную влагу добавки в требуемой пропорции и обезвоживают смесь, а затем усредненную по влагосодержанию смесь добавок подают на приготовление керамической массы.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что добавки, содержащие повышенную влагу, предварительно нагревают до температуры 60 100^oС, а затем смешивают с сухими добавками и подают на приготовление керамической массы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительным материалам, в частности, к технологии изготовления керамического строительного кирпича методом пластического формования, и может быть использовано как на действующих кирпичных заводах, так и на вновь проектируемых с целью повышения качества изделий и снижения продолжительности цикла сушки кирпича путем улучшения сушильных свойств местного исходного сырья (глин).

Изобретение целесообразно применять в кирпичном производстве, на котором в качестве основного исходного материала используются высоко- и среднепластичные глины, отличающиеся повышенной чувствительностью к сушке.

Известно [1,стр.31] что для улучшения природных свойств глины, т.е. для уменьшения общей усадки, чувствительности к сушке и обжигу, улучшения формовочных свойств, широко применяют добавки: отощающие песок, шамот, дегидратированную глину, уносы керамзитового производства и др. отощающие и выгорающие полностью или частично древесные опилки, лигнин, торф, лузга, многозольные угли, шлаки, золы ТЭЦ, отходы углеобогатительных фабрик; выгорающие добавки в виде высококалорийного топлива антрацит, кокс; упрочняюще-флюсующие добавки отходы стекла, пиритные огарки и др.

Основными требованиями подготовки добавок, применяемых в кирпичном производстве, являются измельчение их до заданного зернового состава или просеивание, а иногда и частичное обезвоживание.

Так, например, в технической литературе по производству керамического кирпича в заводских технологических инструкциях приводятся указания, рекомендации и требования по количественному, фракционному, химическому, минералогическому составу добавок, по оборудованию и приемам, используемым для осуществления этих требований. Однако, к сожалению, не встречаются рекомендации по влагосодержанию и температур добавок, вводимых в смесь.

Исключением является рекомендация: "Влажность опилок не должна превышать 55%" [2,стр.25]

Отсутствие требований по влагосодержанию и температуре отощающих и выгорающих добавок для использования их в производстве кирпича является существенным упущением и недостатком известных способов производства этих изделий, так как определенная регламентация этих параметров в добавках, ее обеспечение и контроль в процессе подготовки шихтовых компонентов и смесе приготовления могут значительно улучшить технологические свойства глиняной массы и качество готовых изделий при производстве керамического кирпича, а также повысить производительность термической обработки, в частности, сушку изделий.

Дело в том, что одним из существенных недостатком глины как основного материала изготовления керамического кирпича является ее очень низкая тепло- и влагопроводность. Этим объясняется длительность процесса термической обработки изделий, особенно на операции сушки кирпича-сырца, трудноустранимая неравномерность распределения влаги в объеме изделия и как следствие неравномерность усадки в процессе сушки кирпича, что обуславливает высокую склонность средне- и высокопластичных глин к образованию усадочных трещин в процессе термической обработки изделий.

Основная техническая задача изобретения снижение чувствительности глины, основного исходного сырья при производстве кирпича, к сушке изделий и повышение ее производительности решается в заявленном способе путем изменения традиционных приемов подготовки отощающих и выгорающих добавок при производства керамического кирпича и приемов приготовления глиняной массы при пластическом формовании изделий на ленточном прессе.

Способ отличается тем, что предварительно производят обезвоживание выгорающих и отощающих добавок до влагосодержания не более 10% а затем подают их в смеситель на приготовление керамической массы: добавки подают в нагретом до 60-100^oC состоянии; предварительно смешивают между собой сухие и содержащие повышенную влагу добавки в требуемой пропорции, а затем усредненную по влагосодержанию смесь добавок подают на приготовление керамической массы; добавки, содержащие повышенную влагу, предварительно нагревают до 60-100^oC, а затем смешивают с обезвоженными в требуемой пропорции и подают на приготовление керамической массы.

Известно, что наиболее характерным свойством глины является пластичность. Необходимым условием получения пластичной глиняной массы для формования изделий является смачивание частиц твердой фазы водой. Однако при недостаточном влагосодержании (менее 17%) глины обладают неудовлетворительной формуемостью при пластическом формовании кирпича, а при добавлении более 28-30% воды глина теряет пластичность и превращается в жидкую текучую массу [1, стр.25] Поэтому для формования качественных изделий необходимо обеспечить не только определенное влагосодержание керамической массы, но и равномерное распределение влаги в глине; т.е. равномерное увлажнение. Кроме того, неравномерность увлажнения глиняной массы ввиду низкой влагопроводности глин весьма отрицательно сказывается на последующей термической обработке изделий, в частности, при их сушке. Неравномерность увлажнения глины в объеме изделий отражает (усугубляет) неравномерность усадки в процессе сушки и неравномерность уплотнения в процессе формования глиняного бруса, что увеличивает усадочные напряжения в изделиях и приводит к деформации (короблению) или даже к образованию усадочных трещин. В результате ухудшается товарный вид, снижаются прочностные характеристики кирпича, морозостойкость и т.д.

В известных способах производства кирпича для борьбы с этим недостатком применяются различные многочисленные приемы: дробление и рассев компонентов шихты, дозирование, перемешивание в смесителях и бегунах, пароувлажнение и др. Все вышеперечисленные операции подготовки исходного сырья, несомненно, оказывают положительное влияние на качество подготовки керамической массы и снижение дефектов производства изделий, но не всегда оказываются достаточными, в полном объеме труднособлюдаемыми в условиях действующего производства, что и обуславливает высокий процент брака кирпича, его высокую себестоимость и недостаточное качество изделий.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является традиционный способ производства керамического строительного кирпича методом пластического формования на ленточных прессах, включающий добычу, транспортировку и подготовку глины и добавок, приготовление керамической смеси, пластическое формование, сушку и обжиг изделий [1]

Известный способ предусматривает увлажнение керамической массы перед формованием до влажности 18-24% и последующую сушку кирпича-сырца до влагосодержания 8-10% а затем обжиг.

Ввиду низкой тепло- и влагопроводности керамической массы, несовершенства сушильных агрегатов, технической трудности осуществления равномерности подачи теплоносителя по объему, температуре и влагосодержанию во все точки объемного пространства сушилки, отсутствия контроля и средств регулирования параметров теплоносителя в процессе сушки практически не удается не только обеспечить равномерность нагрева всей массы кирпича в сушилке и равномерность влагоудаления, но не обеспечивается необходимая и достаточная равномерность влагоудаления в объеме отдельно взятого изделия, что снижает качество и повышает процент брака кирпича.

Предлагаемый способ сглаживает (нивелирует) присущие недостатки исходных материалов сырья, несовершенство сушильных агрегатов и технологии влагоудаления при операции сушки в известном способе, не увеличивая при этом затрат на тепловую энергию, расходуемую на влагоудаление, и улучшая качество кирпича, повышая производительность сушки.

Сущность предлагаемого способа заключена в том, что процесс обезвоживания керамической массы изделия (сушка) в отличие от известного способа по времени и месту разделен на два периода (два приема): первый предварительное обезвоживание отощающих и выгорающих добавок до влагосодержания, соответствующего содержания влаги в изделии после операции сушки; второй - сушка изделия по традиционной или ускоренной технологии.

Целесообразность такого разделения процесса обезвоживания материала керамических изделий обусловлена, во-первых, различной, т.е. более высокой, тепло- и влагопроводностью большинства отощающих и выгорающих добавок, чем у глины, из-за более высокой пористости этих материалов, а во-вторых, тем, что в известных способах влагосодержание вводимых в керамическую смесь добавок значительно превышает влагосодержание формовочной массы после ее увлажнения в смесителях. Это усугубляет неравномерность влагосодержания керамической массы в процессе ее приготовления в смесителях и в процессе последующей сушки керамических изделий.

Так, влагосодержание древесных опилок, как правило, превышает 50% Такие добавки, как уголь, шлаки, шамот и многие другие, специально увлажняют для снижения пылевыделения при дроблении и рассеве. Поэтому эти добавки перед смешиванием с глиной также содержат повышенный процент влаги (30-50%), тогда как содержание воды в керамической массе при приготовлении формовочной смеси не должно превышать 24%

Переувлажнение отдельных объемов формовочной массы при ее приготовлении приводит к неравномерности уплотнения глины при формовании кирпича на ленточном прессе, что усугубляет и неравномерность последующего влагоудаления, а следовательно, и неравномерность усадки кирпича в процессе его сушки. Кроме того, неравномерность уплотнения глины при формовании бруса приводит к снижению прочностных характеристик обожженного кирпича.

Известно, что при сушке изделий спонтанно протекает диффузионный процесс усреднения влаги в отдельных объемах керамической массы, так как содержащие повышенную влагу добавки диффузионным путем насыщают влагой менее увлажненные близлежащие слои глины, переувлажняя их и усугубляя тем самым неравномерность увлажнения различных объемов изделий, что приводит к увеличению усадочных напряжений в изделиях и образованию микро- и макротрещин усадочного происхождения.

В заявленном способе устраняется не только этот недостаток известных способов, но и протекает прямо противоположный процесс.

Предварительно обезвоженные добавки отбирают влагу у близлежащих объемов глины, выравнивая тем самым скорость обезвоживания материала изделия в период сушки. С поверхности изделия обезвоживание материала происходит в результате испарения влаги, а внутри в результате насыщения влагой предварительно обезвоженного объема присадок. Так как общий объем присадок в глиняной массе кирпича превышает 20% то обезвоживание глины в процессе сушки изделий в результате поверхностного испарения (влагоудаления) и предварительное обезвоживание добавок делает заявленный способ весьма эффективным средством снижения чувствительности глин в сушке, т.е. эффективным средством борьбы с сушильными трещинами в изделиях, и повышения прочностных характеристик кирпича.

Наряду с технологической целесоообразностью заявленный способ и экономически оправдан, так как не приводит к повышению расхода тепловой энергии на предварительную тепловую обработку шихтовых добавок к глине и термическую обработку изделий.

Это объясняется тем, что предварительное обезвоживание добавок в заявленном способе не увеличивает потребного количества воды, расходуемой на увлажнение глиняной массы при приготовлении формовочной смеси, так как количественно вода расходуется и используется только для придания глине необходимой пластичности, улучшающей ее формовочные свойства, а влагопоглощение обезвоженных добавок процесс более продолжительный, чем продолжительность периода увлажнения и приготовления керамической смеси. Кроме того, в известных способах избыточное влагосодержание добавок не уменьшает потребное количество воды при увлажнении глиняной массы, так как в процессе перемешивания скорость увлажнения глиняной массы при приготовлении формовочной смеси значительно превышает скорость диффузионного перемещения влаги из более увлажненных объемов смеси к менее увлажненным, т.е. высокое исходное влагосодержание добавок не уменьшает потребного количества воды при смешении с глиняной массой в процессе приготовления формовочной смеси. Отсюда вывод: в известном и заявленном способах производства кирпича удаляется один и тот же процент влаги, суммарно содержащийся в исходных материалах, поэтому и затраты тепловой энергии на обезвоживание керамических изделий не возрастают.

Изменяется только, как это было указано выше, место и время обезвоживания компонентов керамической массы до заданного процента изделиях, но при этом процесс обезвоживания можно проводить более интенсивно в предлагаемом способе, что увеличивает его производительность, так как снижается опасность образования дефектов, связанных с термической обработкой изделий, а значит, и уменьшаются непроизводительные затраты тепловой энергии пропорционально продолжительности процесса обезвоживания материала изделий.

Пример осуществления способа: шихта (влагосодержание и состав компонентов керамической смеси); глина (карьерная влажность 15%) 78% по объему смеси; опилки древесные (влажность 55%) 9,3% по объему смеси; шамот (отходы производства кирпича, влажность 15%) 10,0% по объему смеси; каменный уголь (влажность 30%) 2,7% по объему смеси.

Вариант 1. Добавки: древесные опилки, шамот, уголь проходят контроль на влагосодержание. Компоненты, содержащие повышенную влагу (более 10%), обезвоживаются методами тепловой или естественной сушки до влагосодержания не выше 10% Добавки предварительно рассеиваются и дробятся до заданной фракции. Обезвоженные добавки в заданной пропорции подаются в смеситель для смешивания с глиной и приготовления керамической массы. Затем увлажненная до 20% влагосодержания смесь поступает в формовочный агрегат ленточный пресс. Отформованный брус резательным аппаратом разделяется на отдельные кирпичи, которые поступают в сушилку, затем на обжиг.

Вариант 2. Добавки проходят контроль на влагосодержание, затем поступают на рассев и дробление. Добавки, содержащие влагу более 10% подвергают тепловой обработке при температуре 100^oC до влагосодержания 10% а затем в нагретом виде поступают в смеситель для смешивания с глиной. После приготовления формовочной массы операции повторяются, как в первом варианте.

Вариант 3. Добавки проходят контроль на влагосодержание, затем поступают на рассев и дробление. После фракционной подготовки добавки поступают в смеситель в пропорции, заданной шихтой, а затем усредненная (перемешанная) смесь добавок подвергается тепловой обработке при температуре 100^oC до влагосодержания 10% и последующие операции повторяются аналогично 1-му и 2-му вариантам.

Примечание: влагосодержание кирпича-сырца после операции сушки изделий во всех вариантах не должно превышать 10% Сушку кирпича по 2-му и 3-му вариантам способа можно проводить при начальной температуре печи 40-45^oC.

Подача на приготовление керамической смеси отощающих и выгорающих добавок, предварительно обезвоженных и нагретых до температуры 60-100^oC, дает возможность при перемешивании частично подогреть глиняную массу, что улучшает ее формовочные свойства и сокращает стадию прогрева кирпича-сырца при операции сушки изделий. Нагретые добавки при перемешивании с глиной позволяют аналогично пароувлажнению объемно прогреть глиняную массу до некоторой температуры. Температура ввода в смесь добавок ниже 60^oC малоэффективна. Температура ввода в смесь добавок, нагретых выше 100^oC, нецелесообразна, так как органические добавки (древесные опилки, лузга, лигнин) обуглятся при нагреве и потеряют свои свойства, а такие добавки, как шемот, уголь, шлаки и др. при температуре ввода выше 100^oC осушают близлежащие объемы глины при перемешивании в процессе приготовления керамической массы, что ухудшит ее формовочные свойства (неравномерная по объему пластичность глиняной массы).

Предварительное смешивание сухих и переувлажненных добавок между собой и их последующий нагрев до 60-100^oC перед вводом в керамическую смесь улучшают ее качество за счет более равномерного тепловлагоусреднения в процессе приготовления такой смеси и ускоряют процесс предварительного обезвоживания добавок.