Выдержки из лекций Марселино Фернандес Абахо
Мое становление в качестве технолога – керамиста началось во время строительства кирпичного завода испанской фирмой «Agemac» в г. Северодонецке. Я работал с людьми, которые были настоящими профессионалами, и они меня многому научили.
Далее я приведу выдержки из источника, который уже много лет остается моей настольной книгой. Это сборник лекций одного из ведущих испанских специалистов в области керамики Марселино Фернандес Абахо «Изготовление и контроль качества продукции из обожженной глины» (Толедо. Испания. 1987 г.) Вашему вниманию предоставляется русскоязычная версия перевода его лекций, поэтому есть определённые трудности восприятия этого текста.
Господин Абахо пишет: «В Испании подготовка сырья считается одной из самых важных фаз производственного процесса»
Подготовка сырья разделяется на два дополняющих друг друга этапа:
- косвенная подготовка – при второстепенном участии подготовительного оборудования;
- прямая подготовка – в которой подготовительное оборудование играет ведущую роль.
Косвенная подготовка
В своей лекции господин Абахо пишет: «Как-то один керамист, у которого была установлена обжиговая печь туннельного типа, сказал мне: «У меня нет проблем с обжиговой печью, они у меня появляются с сушильной (печью), хотя касаются не непосредственно её, а нехваткой времени для вызревания глины на территории завода. Я уже убедился, что, если я работаю с только что добытой глиной, то процент трещин будет не менее 20-30. И, наоборот, если глина хранится на открытом воздухе в течение нескольких месяцев, то трещины полностью исчезают»». Керамист заключил: «улица – лучшая машина».
Косвенная подготовка проходит две фазы:
- подготовка глины до поступления на завод;
- подготовка глины на территории завода.
Перед поступлением глины на завод при её косвенной подготовке преследуются, как правило, три цели:
a) Гомогенизировать глину и ликвидировать неоднородность, которая свойственна ей в карьере, обеспечивая для этого поставку на завод материала с постоянными характеристиками, особенно в отношении пластичности и содержания влаги.
b) Начать процесс старения и созревания глины, которая вскоре поступит на завод. Использовать физические и механические воздействия окружающей среды (дождь, лёд, солнце, ветер и проч.) для разрушения больших комков только что добытой глины, облегчая работу подготовительного оборудования.
c) Создать на территории завода резерв глины, наличие которого тем более необходимо, чем больше производительность завода.
Гомогенизация
Неоднородность состава сырья – наиболее частая причина низкого качества конечного продукта. Недостаточно регулировать систему дозирования внутри оборудования, если сами компоненты смеси испытывают постоянные изменения.
Способы образования гомогенизированных отвалов и отбора из них глины играют решающую роль в обеспечении необходимого постоянства и однородности состава поступающего на завод сырья.
Старение глины
Для добычи глины необходимо использовать фактор времени таким образом, чтобы материал, отобранный в ноябре, не пускался в дело раньше мая, а добытый в апреле – раньше октября. С момента отвала до начала применения сырьевая масса должна оставаться под воздействием окружающей среды либо на зимние, либо на летние месяцы.
На зиму вода, содержащаяся в порах, замерзает и расширяется, разрушая комья глины и заставляя их разбухать. Зимняя отстойка особенно необходима при работе с пластичными и тяжелыми шиферными, компактными глинами.
В период летнего старения глина высыхает, даёт усадку и растрескивается, постепенно рассыпаясь. К этому надо добавить перепады влажности и температуры между днём и ночью и периодические ливни.
В настоящее время на большинстве предприятий глины поступают с месторождения прямо на дробильное, смесительное и формовочное оборудование. Тем не менее, процесс разделения и, тем более, увлажнение глинистых частиц – это процесс довольно медленный и сложный, который невозможно подменить обычным механическим дроблением только что добытой глины.
В месторождениях глины осадочного происхождения (как в большинстве случаев) частицы глины, подобно листам книги, ориентированы или сгруппированы по единому направлению, параллельно залеганию пластов.
Ориентация такого типа затрудняет проникновение воды и гидратацию частиц. Они увлажняются лишь по бокам кристалла, в то время как их плоские поверхности покрыты другими частицами, которые препятствуют гидратации. В период старения вода проникает между пластинками, расслаивая их и обеспечивая набухание материала.
При старении тоже начинается процесс аэробной ферментации из-за так называемых «силикатных бактерий», которые способствуют расщеплению глинистых частиц и атакуют поверхность кристаллов глины, увеличивая их заряды.
В процессе старения происходит также окисление случайных органических веществ и пиритов. Эти процессы в сочетании с аэробной ферментацией могут вызвать повышение температуры в отвале, что ускоряет старение. Более высокая температура увеличивает скорость процессов окисления и снижает вязкость и поверхностное натяжение воды, обеспечивая ей более быстрое проникновение.
Хранение на территории завода
Кирпичное производство находится в стадии концентрации и консолидации. Наблюдается явная тенденция к сокращению количества существующих предприятий и увеличению производственных мощностей новых заводов.
Если в 60-е годы строились заводы производительностью 60 тонн в день, а в 70-е годы – на 200-300 тонн, то сегодня ориентация на большие заводы, 300-500 тонн в день.
Это предполагает увеличение потребления сырья и снижения тщательности его отбора при добывании в карьере.
Новая ситуация требует долгосрочных запасов с максимальной однородностью, что может быть достигнуто посредством гомогенизации отвалов.
Прямая подготовка глины
На этой, второй, фазе подготовке главную роль играют машины. Прямую подготовку можно разделить на три фазы:
- дробление;
- размол;
- вымешивание глины.
Дробление
Прямая подготовка начинается с дробления глины с применением дробилок щековых, вальцовых и т.д., в зависимости от её твёрдости и влажности. Дробление предполагает такую разбивку материала, которая необходима для его дальнейшего нормального использования в дозаторах и мельницах.
Часто мы встречаемся с таким расположением оборудования, когда глина загружается в два питателя, которые выпускают их на ленту, транспортирующую затем смесь к дробилке.
Расположение подобного типа обычно создаёт следующие проблемы:
– растрескивание окалины дна питателя, когда он пустой, или загружается слишком крупными комьями;
– застревание или поломки ловушек либо лопаток на выходе из питателя, когда попадают большие комья;
– невозможность обеспечения точной дозировки.
Всех этих проблем можно с лёгкостью избежать, установив на входе вместо питателей дробилку, а питатели на том месте, где находится дробилка.
Размол
Для размола можно выбрать один из следующих способов: сухой или влажный.
Сухой способ размола
Твёрдые и сухие глины, такие как сланцевые, лучше обрабатываются сухим способом. Эта система обеспечивает получение значительного процента мелких частиц, которые быстрее и легче смачиваются, образуя более пластичную и однородную массу. Всё это обеспечивает удачное завершение и большую механическую прочность как сухого, так и обожженного продукта.
Установка для обработки таких глин влажным способом, состоящая из дробилки и вальцев, едва ли даёт 25% частиц размером меньше 0,5 мм. И наоборот, та же глина в установке по подготовке сухим способом даёт более 85% частиц размером меньше 0,5 мм и почти такого же размера самые крупные частицы. И как следствие, изделие, изготовленное из этого материала, обладает почти вдвое большей прочностью, чем изделие более крупной гранулометрии. Такие изделия обладают также значительно меньшей абсорбцией, большей плотностью и лучше обрабатываются.
Когда требования, которым должно удовлетворять изделие, высоки, что имеет отношение, например, к облицовочному кирпичу, плитке, черепице и т.д., приходится иметь дело с такой толщиной, которая вряд ли может быть получена при подготовке влажным путём, с валковыми мельницами, дробилками и вальцами.
В таком случае решением будет сухой способ подготовки, который позволяет практически обеспечить необходимые гранулометрические показатели.
В частности, когда глина содержит посторонние примеси типа кальцита, гипса, пиритов, угля и т.п. требуется очень тонкий помол.
Для глин с кальцитными включениями тонкий размол составляет, на сегодняшний день, наиболее универсальное из применяемых средств. Здесь всё же необходимо указать, что эффективность всех остальных дополнительных средств, таких, как, например, добавка хлористых соединений, обжиг при высокой температуре и др., зависит, в конечной степени, от размера частиц извести.
Самым главным недостатком этой системы размола является то, что для обеспечения экономической рентабельности, в плане износа и стоимости электроэнергии, необходимо работать при максимальном содержании влаги 5-6%. При содержании её от 6-10% желательно предусматривать предварительное подсушивание, а свыше 10% – это уже необходимо.
Эту систему размола сложно применять на некоторых кирпичных заводах, т. к. они работают в определённые времена года при 12, 14 и даже 16% влажности. Предполагаемая экономия энергии на предварительном подсушивании глины, оборачивается еще большими затратами из-за более высокого потребления энергии мельницей, из-за её большего износа и остановок по причине засорения.
Влажный способ размола
Существует пять возможных вариантов подготовки влажным способом.
Вариант, включающий дробилку и вальцы, – самый простой и экономичный для изготовления обычного материала при работе с легко измельчающими глинами, не содержащими комков и камней.
Варианты с применением валковых мельниц и вальцов – самые распространенные. Встречаются такие:
а) дробилка – питатели – валковая мельница – питатели – вальцы – формующий пресс;
б) дробилка – питатели – валковая мельница – двое вальцов (установленных параллельно) – питатели – вальцы – формующий пресс;
в) дробилка – питатели – валковая мельница – двое вальцов (установленных параллельно) – смеситель – питатели – вальцы – формующий пресс;
г) дробилка – питатели – валковая мельница – двое вальцов (установленных параллельно) – смеситель – шихтозапасник для отстойки, вызревания и ферментизации глины – питатели – вальцы – формующий пресс.
Валковая мельница и вальцы – наиболее подходящие машины для помола влажным способом. Валковая мельница (бегуны мокрого помола, прим. автора) – самая универсальная машина, поскольку позволяют перемалывать и смешивать все виды глин и особенно – самые тяжелые или содержащие комья и камни. К тому же это самая эффективная машина при подготовке глины влажным способом.
Некоторые фабриканты обманываются в своих надеждах, безуспешно стараясь компенсировать ту разницу во влажности, которая представлена в поступающей на завод глине, варьируя подачу воды на мельницу. Мы считаем, что правильным решением было бы исключить в глине такие перепады влажности еще на предварительном этапе. Это, как мы видели ранее, может быть достигнуто посредством хорошей косвенной подготовки в гомогенизационных отвалах и старении глиняной массы на территории завода.
Глины тощие, сланцевые, более или менее сухие и компактные прекрасно размалываются в жерновой мельнице с движущейся перфорированной платформой. В этом случае вода не добавляется, глина просеивается через сито с отверстием сетки 2,5 мм.
Эта система размола очень распространена в англоязычных странах и иногда неоправданно применяется для помола пластичных и влажных глин, создавая большие проблемы при просеивании.
Вальцы (вальцовая мельница, примеч. автора) осуществляют конечную стадию помола влажной глины и можно утверждать, что качество изготавливаемого материала зависит от мощности и состояния вальцов.
Цилиндры работают на разных скоростях для уменьшения избыточного потребления энергии.
С помощью дифференциальной скорости достигается интенсивное измельчение глины, гораздо более интенсивное, чем это могла бы обеспечить лишь разводка цилиндров, благодаря эффекту раздирания или смещения частиц вальцуемого материала.
Цилиндры должны шлифоваться с необходимой периодичностью и налаживаются на необходимую разводку. Только так обеспечивается эффективность размола и равномерное распределение воды. В установках, где цилиндры не шлифуются, они не совершают никакой работы.
Вымешивание
Для вымешивания могут использоваться смесители открытого, экструдерного и фильтровального типа.
Наибольшее распространение получили двухосевые смесители типа открытого чана. Но качество состава, выходящего из смесителя экструдерного или фильтровального типа, выше, чем качество состава, полученного традиционным способом.
Благодаря эффекту прессования и экструзии достигается оптимальная абсорбция воды глиной, образуя однородную массу. Она не такая липкая и легче укладывается в бункер.
Смеситель фильтровального типа – это тоже смеситель экструдер, оснащенный решетками фильтрами, через которые проходит глина. Они очень удобны для задержания корней и камней, которые содержатся в некоторых видах глин и трудно удаляются при подготовке влажным путём, а также вызывают частые остановки экструдера, забивая мундштуки и головки.
Вызревание глины в хранилище и запасных бункерах
Эффективность и скорость процесса созревания глины в большей мере зависит от интенсивности предварительных работ по гомогенизации, совершенных оборудованием непосредственной подготовки: дробления, помола и смешивания.
Бункера для отстойки и вызревания, а также глинозапасник (шихтозапасник, прим. автора) снова стимулируют реакцию «глина-вода», а также химические и бактериологические реакции, о которых говорилось в разделе косвенной подготовки.
Что касается влажности, глина, поступающая в запасник и в бункер, должна иметь содержание воды близкое к тому, которое требуется в формовании.
При этом с паром это содержание должно быть на 3-4% ниже процента влажности экструзии.
Некоторые авторы рекомендуют устанавливать изолированные круговые бункера и перед загрузкой в них материала подать пар в последний смеситель. При такой схеме улучшается и значительно ускоряется процесс вызревания глины.
Потери энергии с момента подачи пара до входа в бункер или с выхода из бункера на экструдер незначительны. Падение температуры на 2-3° можно считать нормальным.
Температура – один из наиболее важных факторов в процессе вызревания глины. В некоторых случаях время вызревания можно уменьшить на 50%, поднимая температуру от 15 до 30°. Этот эффект вносит существенное изменение вязкости воды, по мере возрастания температуры.
Другим фактором, ускоряющим процесс вызревания глины, является давление, возникающее в нижней части запасного бункера, которое достигает 2 кг/см² в бункерах, получивших наименование круглых башен. Их герметичность позволяет использовать пар для нагревания глины и ускоряет процесс созревания.
Время – это еще один из факторов, играющих важную роль в процессе созревания глин.
Существуют и экономические факторы, которые позволяют сократить время вызревания глины. Например, хранение сырья, необходимого для современного кирпичного завода с дневной производительностью 600-800 т потребовало бы такого количества бункеров, которое необходимо для всего периода гомогенизации, и подобное вложение было бы неэкономичным и неоправданным.
Более скорых и высоких результатов можно достичь посредством форсированной аэробной ферментации. Речь идёт био-обработке, в которой участвуют ранее упомянутые «силикатные бактерии». Этот процесс предполагает лучшее рассеивание глинистых частиц, образуя более пластичную и клейкую массу.
Вот некоторые из преимуществ био-обработки, при которой улучшается процесс сушки: температура обжига снижается от 60 до 70°С, уменьшается общая усадка. Экономится от 8 до 10% топлива, остаётся меньше брака и увеличивается механическая прочность при сушке и обжиге. В то же время уменьшается пористость обожженного изделия.
Срок созревания и его эффективность изменяются в зависимости от типа глины. Так, например, для тощих глин, содержащих окисел рН, отстойка не даёт практически никаких результатов и, наоборот, для глин основных, пластичных и компактных, вызревание является необходимостью.
Для многих глин большая часть тех результатов, которые даёт вызревание, проявляется в первые 24 часа отстойки.
Такие смеси, в основном для кирпичей и черепиц, можно выстаивать в бункерах и башнях. В других случаях, особенно при работе с пластичными и компактными глинами, вызревание должно быть более длительным, для чего потребуются специальные отстойники.
Будучи более дешевыми, чем бункера, отстойники обеспечивают более долгое время вызревания, поскольку речь идёт об обыкновенных ангарах для хранения глины. Но при этом теряются некоторые преимущества бункеров: более однородная влажность, давление, возможность воздействия температурой.
Подготовка должна быть тем более интенсивной, чем больше пластичность глины и чем выше требования к физическим и механическим свойствам готового изделия».
Очень практичные советы. Многое из описанного выше, я применял на практике и получил хороший результат.
