Обработка сырья для производства кирпича

Конспект лекций «Глинистое сырье, его свойства и методы анализа, добыча и переработка глинистого сырья, формовка сырца, сушка сырца», В.А.Кондратенко

Приведу выдержки из конспекта лекций «Глинистое сырье, его свойства и методы анализа, добыча и переработка глинистого сырья, формовка сырца, сушка сырца» который составил заведующий отделом новых технологий ОАО «ВНИИСРОМ им. П.П.Будникова», удостоенный звания почетного строителя России, к. т. н. Виктор Александрович Кондратенко.

В.А. Кондратенко в главе «Добыча и складирование промежуточного запаса глины» утверждает, что экономически более выгодно годовой запас глины накапливать только в теплое время года. Сырье для производства кирпича в зимнее время желательно складировать вблизи производственных помещений.

Такой запас глины необходим и тогда, когда расстояние перевозки ее с места добычи составляет более 1 километра. Глинистая масса, добытая зимой, успевает промерзнуть при транспортировке.

Не менее важным преимуществом промежуточного складирования глины является и то, что при нескольких её экскавациях усредняется смесь глины и перераспределяется влага, тем самым улучшаются свойства сырья при формовке и сушке. В результате этого повышается качество конечного продукта.

При наличии резерва глины производство работает более стабильно.

В любом случае, создание такого запаса сырья оказывается экономически целесообразным.

Естественная обработка глин

Добычу глины желательно совмещать с её естественной обработкой. Имеется в виду изменение свойств сырья для производства кирпича с помощью погодно-климатических условий и фактора времени. К методам естественной обработки относят:

• вымораживание;

• вылеживание влажной глины.

Вымораживание глины

Применение этого способа естественной обработки очень эффективно в технологии производства кирпича. Смысл его заключается в том, что разрыхлённую глинистую массу увлажняют и в таком виде выдерживают около года на открытом пространстве.

Под воздействием многочисленных циклов замерзания и размораживания частицы глины распадаются на более мелкие зерна. Вода, которая находится в мельчайших капиллярах глиняной массы, в момент замерзания увеличивается в объёме примерно на 9% и разрушает существующие связи между частицами.

В результате этих процессов увеличивается удельная поверхность глины. Это значит, что происходят более интенсивно процессы набухания, т. к. возрастает объем связанной воды, которая обеспечивает повышенную прочность или сцепление в глиняном тесте. Тем самым значительно улучшаются формовочные и сушильные качества исходного сырья для производства кирпича.

Зумпфирование глины

Вылеживание влажной глины еще называют зумпфированием. При этом, в отличие от вымораживания, в породе не происходит такого серьезного процесса диспергирования частиц. Но происходят другие, не менее важные процессы.

Это набухание глинистых частичек, переход какой-то части воды из свободного в связанное состояние. В это время происходит переориентация зерен глинообразующих минералов и молекул воды. Что в итоге приводит к увеличению общей прочности глины и улучшению качества керамического кирпича.

Вылеживание замоченной в карьере глиняной массы на 20% повышает производительность технологического оборудования в массоподготовке и существенно снижает потребление электроэнергии.

В случае, если глина вылеживается менее 1 года, то вымораживание и зумпфирование не оказывают существенного влияния на качество сырья, а дополнительные затраты на организацию этих способов приводят к удорожанию готового кирпича. Тем более, что используемое в настоящее время глиноперерабатывающее оборудование позволяет исключить эти методы из практики работы современных заводов по производству кирпича.

МЕханическая обработка глины

Механической обработкой глины называют такой способ переработки, при котором в результате прямого воздействия глинообрабатывающей техники меняются ее свойства.

Сырье для производства кирпича подвергают механической обработке для того, чтобы выделить из него или измельчить твердые включения и разбить его природную глинистую текстуру. Это значительно улучшает сушильные  и формовочные свойства керамического сырья.

Механическое воздействие приводит к гомогенизации массы, т.е. к усреднению по химическому и гранулометрическому составам для получения однородного по всему объёму керамического «черепка» при обжиге изделий в печи.

Начальное  дробление глины и отделение камней

Технология производства кирпича предлагает выделять каменистые включения из глины с помощью специализированной техники. Это дезинтеграторные ребристые вальцы, винтовые камневыделительные вальцы и глиноочистители.

Вторичный размол и обработка

После грубой механической переработки глину подвергают более мелкому дроблению, предварительно увлажняя её в глиномялке.

В результате тонкого воздействия нарушаются водопрочные оболочки, которые объединяют зерна глинообразующих минералов, частично разрушаются сами зерна и освобождаются молекулярные связи для последующего образования новых гидратных связей.

Это приводит к повышенному сцеплению глины и одновременно к сохранению её подвижности. Разрушение природных влагостойких оболочек и образование новых гидратных связей существенно улучшает сушильные свойства изделий.

Если удается полностью отделить такую оболочку от глинообразующего минерала, то молекулярные силы, которые освободились в нем, содействуют возникновению гидратной пленки. Эта пленка во время сушки утончается и помогает возникновению прочных соединений между зернами минералов, тем самым повышает устойчивость изделия к возникновению трещин во время сушки.

В современных заводах по производству керамического кирпича для более тонкого помола глиняного сырья используются гладкие вальцы и бегуны.

Подготовка сырья для поизводства кирпича с помощью бегунов

Бегуны для влажного помола сейчас являются наиболее действенным технологическим оборудованием для тонкого измельчения глиняных масс в пастообразном состоянии.

В результате воздействия тяжелых катков частички глины испытывают многократное раздавливание и растирание, что и приводит к тонкому измельчению глины.

Обработка массы на бегунах увеличивает ее связность и однородность. В результате повышается прочность изделий во время сушки и при обжиге.

Исследования в области технологической эффективности переработки глины показали, что на бегунах (как и на других машинах) необходимо использовать глинистое сырье с влажностью, близкой к формовочной. Это предопределяет целесообразность установки глиномялки для предварительного увлажнения глины в самом начале технологической цепочки.

Сырец, полученный из глины, которая была переработана бегунами, становится в два с лишним раза прочнее, чем сырец из необработанной глины.

Исследования показали, что в процессе происходит резкое повышение гомогенизации масс, подвергнутой обработке при W≥W_ф, (где W – влажность массы, W_ф – формовочная влажность массы, прим. автора).

Дырчатые вальцы по технологической эффективности не являются полноценной заменой бегунам, но, благодаря компактности, они получили широкое распространение.

Технология производства кирпича предусматривает вторую стадию помола глинистого сырья до размеров кусков величиной 10-15 мм.

Переработка сырья для производства кирпича с помощью гладких валков

Вязкие и пластичные глины лучше перерабатываются на гладких вальцах. Лучший результат достигается при условии, если валки вальцев вращаются с различной скоростью – дифференциальный эффект вращения валков. Измельчение сырья происходит за счет раздавливания, протирания и разрыва глиняной массы.

При производстве тонкостенных пустотелых изделий, зазор между валками уменьшается до 2 мм, а при наличии тонкостенных изделий – до 1 мм.

Оптимальной влажностью при обработке сырья для производства кирпича является влажность, близкая к формовочной влажности.

При обработке шихты происходит истирание рабочей поверхности валков и между валками образуются зазоры, превышающие заданные величины и, соответственно, снижается степень переработки сырья. Если масса больше поступает в центральную часть валков, то в средней части появляются кольцевые выработки.

Для устранения этого технологического недостатка рабочая поверхность валков периодически протачивается и шлифуется. Для увеличения срока службы валков, их рабочая поверхность наплавляется твёрдым износостойким сплавом, возможно сталинитом.

Для засорённых твердыми включениями глин рекомендуется устанавливать каскад гладких вальцев. Зазор между валками изменяется от 4,0-5,0 мм до 0,8-1,0 мм.

Надо помнить, что при зазоре между валками выше 9 мм переработка шихты на вальцах не эффективна.

Существует прямая зависимость от зазора между валками и прочностью обожженных керамических изделий: меньше зазор между валками – больше прочность обожженных изделий. Поэтому современный завод по производству кирпича заканчивает каскад вальцевых мельниц, мельницей с зазором между валками меньше 1 мм, например 0,5-0,7 мм.

Технологическая эффективность вальцевых мельниц зависит от величины относительного зазора S/R, где: S – величина зазора; R – радиус валков. Для современных образцов эта величина составляет 0,002-0,001. Максимальный размер кусков глины, подаваемой на вальцы, должен составлять 0,02×R.

Использование шихтозапасника в технологии производства кирпича

После механической обработки шихта вылёживается для снятия напряжений сдавливания и механической обработки – происходит релаксация напряжений. Это приводит к улучшению формовочных и сушильных свойств сырья для производства кирпича– шихты. Вылеживание происходит в шихтозапасниках.

Для забора шихты из шихтозапасников в них устанавливаются различные механизмы: многоковшовые экскаваторы, грейферные мостовые краны и т.п.

На заводе по производству керамического кирпича шихтозапасник выполняет кроме технологической, еще и организационную функцию. В шихтозапаснике накапливается некоторое количество буферного запаса шихты, которое используется на формовке, а в этот период происходит техническое обслуживание глиноперерабатывающих машин: шлифовка вальцев, замена ножей, скребков, ремонт и т.п.

Минимальное время вылёживание шихты в шихтозапаснике – 24 часа. Вылеживание глинистого сырья на 20-30% повышает прочность обожженных изделий.

Негативными сторонами шихтозапасника является:

– дополнительная стоимость основных фондов, иногда достигает до 20% стоимости завода;

– при длительном вылеживании происходит повторное уплотнение и структуризация шихты;

– охлаждение шихты в зимнее время.

Для устранения этих негативных факторов проводятся следующие действия:

– можно вместо шихтозапасника устанавливать цилиндрические башни с механическим нижним отбором шихты из них;

– после шихтозапасника устанавливается вальцевая мельница для разрушения образовавшейся структуры;

– в шихтозапасник можно организовать подачу отработанного агента сушки после отделения сушки.

Глиноперерабатывающая техника

Глиноперерабатывающие машины на кирпичном заводе имеют различную эффективность воздействия на перерабатываемую массу (шихту). Эффективность машин в технологии производства кирпича оценивается по изменению напряжения на сдвиг переработанной массы и её однородность.

По эффективности переработки глиноперерабатывающие агрегаты располагаются в следующем ряду:

шнековый пресс с фильтрующей решеткой ˃ бегуны ˃ глинорастиратель ˃ смеситель с протирочной решеткой ˃ гладкие вальцы ˃ камневыделительные вальцы.

Коэффициент интенсивности обработки

К = 0,5×П .≥ И₁ + И₂ + И₃ + И₄ +…. + И_n,                                            (1)

где: П – число пластичности шихты; И₁  И₂  И₃  И₄ …. И_n  – показатель интенсивности обработки массы на машинах;

– для глинорыхлителя И = 0,5;

– для камневыделительных вальцев И = 1,0;

– для вальце грубого помола (до 1 мм) И = 1,5;

– для вальцев тонкого помола (менее 1 мм) И = 2,0;

– для глиномялки И = 2,5;

– для глинорастирателя с фильтрующей решеткой И = 3,0;

– для бегунов И = 3,5;

– для ленточного пресса И = 3,5;

– для шнекового пресса с фильтрующей решеткой И = 4,0.

Этот показатель условный, но он указывает, что чем пластичнее сырье для производства кирпича, тем большее количество глиноперерабатывающих машин надо устанавливать.

Использование водяного пара в переработке сырья для производства кирпича

Водяной пар значительно повышает технологические свойства шихты. При обработке происходит снижение вязкости нагретой воды и улучшается проникновение увлажнителя к глинистым частицам, что обеспечивает необходимое сцепление между частицами при меньшем её количестве.

Водяной пар частично вытесняет воздух из шихты, что увеличивает площадь контакта между частицами. Так же в нагретой формовочной массе совпадают направления теплового и массового потоков, поэтому процесс сушки проходит с большей скоростью и меньшим напряжением.

Если технология производства кирпича предусматривает увлажнение шихты паром непосредственно перед формующим прессом, то в целом потребление электроэнергии при формовке снижается на 15-20%.

Мероприятия по снижению влажности сырья

На заводе по производству керамического кирпича в случае использования сырья с природной влажностью больше чем формовочная, необходимо выполнить мероприятия по снижению влажности сырья – добавить компоненты снижающие влажность шихты:

– сухой песок (если это позволяет пластичность);

– гашеную известь (если это позволяет структура полученного черепка);

– сухие опилки (если выпускаются эффективные по теплопроводности стеновые изделия).

Высушить часть исходной продукции в сушильном барабане, если таковой предусмотрен в технологической линии.