CC BY
38
УДК 621.745
ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА ПОСЛЕ СУШКИ И ОБЖИГА ПО ТЕХНОЛОГИИ ФИРМЫ «FUCHS»
ГНЕЗДОВ Е.Н., канд. техн. наук, РАКУТИНА Д.В., асп., БУХМИРОВ В.В., д-р техн. наук
Разработана методика экспериментального определения характеристик качества кирпича (тре-щинообразование, сопротивление на сжатие и изгиб) в зависимости от условий сушки и обжига и состава сушильно-печного оборудования. Приведены результаты экспериментального исследования качества керамического кирпича на всех этапах технологического процесса.
Цель исследования - определение основных параметров качества кирпича при различных условиях его производства на оборудовании австрийской фирмы «Fuchs», установленном на ОАО «Ивстрой-керамика» и включающем в себя сушилки и печи.
В сушильно-печном отделении установлены четыре туннельные сушилки (/=132 м), четыре обжиговые печи (/=132 м) и одно предварительное сушило (/=132 м). Каждая сушилка и печь вмещает 44 вагонетки. По проекту предусмотрена работа сушильно-печного отделения парами: сушилка - печь. Во время проведения исследований работали все 4 сушилки и 3 обжиговые печи.
Горячий воздух из зоны охлаждения печей № 1 и № 2 общим потоком направляется в сушилки № 1 и № 2. Воздух из печи № 3 используется для работы двух сушилок № 3 и № 4, поэтому расход горячего воздуха здесь в два раза меньше, чем в первых двух сушилках. Кроме этого, часть горячего воздуха из сушилок № 2 и № 3 отводится в деревообрабатывающий цех, а перед сушилкой № 1 есть отвод горячего воздуха в отделение подготовки шихты. Каждая сушилка имеет 9 окон по длине туннеля, через которые осуществляется отвод горячего воздуха в цех. Поэтому условия сушки и обжига в однотипных агрегатах существенно отличаются.
Особенностью технологии фирмы «Fuchs» является отказ от многорядной садки - каждый кирпич ставится на вагонетку отдельно на тычок с зазором по отношению к соседним изделиям. Подина выполнена из ребристых плит, опирающихся на столбики. В этом случае газовая среда имеет возможность проходить под плитами и кирпичами. Таким образом достигаются практически однородные условия тепломассообмена на всех поверхностях обрабатываемых изделий.
В настоящее время сушка полнотелого и пустотелого кирпича происходит за 40-48 ч. Однако специальными лабораторными исследованиями было установлено, что для изделий из сырья, используемого на ОАО «Ивстройкерамика», возможно значительное сокращение времени сушки (до 24 ч). Этот факт свидетельствует о том, что существует большой резерв для увеличения производительности печного и сушильного оборудования за счет совершенствования режимов сушки и обжига.
Качество кирпича регламентируется по ГОСТ 530-95 «Кирпич и камни керамические» целым рядом показателей, среди которых важнейшими являются форма, размеры и внешний вид изделия (в частности, характер и количество трещин), а также сопро-
тивление при сжатии и изгибе. По требованиям этого же нормативного документа рекомендуемый объем выборки из партии в 10001-30000 штук составляет 5 или 10 кирпичей, то есть менее 0,1%, что для достоверного исследования качества изделий нельзя считать достаточным.
В реальных условиях производства имеют место и случайные отклонения от заданного режима сушки и обжига. При этом задача выявления зависимости характеристик качества продукции от условий сушки и обжига существенно усложняется, так как трудно выделить полезный сигнал на фоне производственного шума. Поэтому для увеличения достоверности экспериментальных данных также необходимо увеличение объема выборки.
Рис.1. Схема расположения исследуемых кирпичей на вагонетке: 01 - 21 - номера кирпичей
Для проведения экспериментального исследования из общего потока выделили 12 вагонеток с одинарным полнотелым кирпичом. Исследуемые кирпичи (21 шт.) были равномерно распределены по площади вагонетки (рис.1). Информация о состоянии этих кирпичей (трещины, включения и т. д.) заносилась в журналы наблюдений. Таким образом, объем выборки составил 12 х 21 = 252 шт., или 3% от общего количества садки.
Эксперимент проводился в период относительно стабильной работы оборудования шихтопри-готовительного, формовочного и сушильно - печного отделений.
Разбраковка по трещинам проводилась после каждого технологического этапа сушки и обжига: предварительной сушки, основной сушки и обжига в печи. При разбраковке учитывались трещины длиной более 10 мм на всех гранях отдельно стоящих кирпичей, кроме трещин от инородных включений и механических воздействий. Результаты разбраковки сведены в таблицу 1.
На основании анализа результатов эксперимента и таблицы 1, в которой представлены сводные результаты разбраковки кирпича, можно сделать следующие выводы.
1. По виду, расположению и характеру трещин две трети от общего количества изделий не отвечают требованиям ГОСТ 530-95.
2. Доля недосушенных (по визуальной оценке) кирпичей составляет в среднем 22,7 %. Практически отсутствуют пятна сырости на кирпичах после сушилок № 1 и № 3. Из сушилки №2 33,3 % кирпичей выходят недосушенными, а из сушилки №4 - 41,3 %.
Высокий процент недосушенных изделий в сушилке № 4 объясняется значительно меньшим расходом теплоносителя. Большое количество брака после сушилки № 2, снабжаемой горячим воздухом в полном объеме, является следствием нарушения режима эксплуатации, так как шибер на выбросе влажного воздуха в атмосферу был закрыт на ~ 95%.
3. На постели кирпича было зафиксировано 67,2% трещин. Из них 50,3% появилось в сушилке, а 49,7% - в печи.
4. Третья часть от общего количества трещин (29,4%) находится на ложке кирпича. Трещины образовались в основном в сушилке (50,1%) и в меньшей степени в печи (34,8%). После предварительного сушила количество трещин составило 15,2%.
5. На тычке кирпича доля трещин невелика и составляет 3,4%. Большинство трещин (80,5%) появилось в печи.
6. Общее число трещин на всех гранях кирпича, появившихся после сушки, составляет 48,7%, а после обжига - 46,7%, что свидетельствует о необходимости совершенствования режимов работы всего сушильно-печного оборудования.
Таблица 1. Результаты разбраковки кирпича
Номер
Количество трещин, появившихся на гранях по этапам
ваго Ложок Тычок Постель Всего
нет-ки П / с С П X На 1 кирпич П / с С П X На 1 кирпич П \ с С П X На 1 кирпич X На 1 кирпич
1 31 103 62 196 9,3 0 6 29 35 1,7 0 160 418 578 27,5 809 38,5
2 83 89 39 211 10,0 0 1 15 16 1,7 0 251 291 542 25,8 789 37,6
3 31 142 53 226 10,8 0 6 17 23 1,1 0 314 264 578 27,5 827 39,4
4 24 97 53 174 8,3 1 3 13 17 0,8 0 230 228 458 21,8 649 30,9
5 117 57 35 209 9,9 2 4 24 30 1,4 0 241 235 476 22,7 715 34,0
6 10 100 63 173 8,2 0 3 13 16 0,8 0 241 159 400 19,0 589 28,0
7 10 120 81 211 10,0 1 9 24 34 1,6 0 256 163 419 19,9 664 31,4
8 22 108 74 204 9,7 0 7 12 19 0,9 0 240 144 384 18,3 607 28,9
9 7 87 106 200 9,5 0 4 15 19 0,9 0 215 195 410 19,5 629 29,9
10 4 100 101 205 9,8 0 6 29 35 1,7 0 238 212 450 21,4 690 32,9
11 18 108 102 228 10,9 0 1 21 22 1,0 0 180 260 440 20,5 690 32,9
12 12 105 75 192 9,1 0 0 11 11 0,5 0 193 225 418 19,9 621 29,6
Всего про-ентах 369 15,2 1216 50,1 844 34,8 2429 100,0 4 1,4 50 223 18,1 80,5 277 100,0 0 0,0 2759 49,7 2794 50,3 5553 100,0 8259
граням В том
4,5 14,7
Среднее значение:
10,2
29,4
9,6
0,1 0,6 2,7
3,4
1,2
67,2
0,0 33,4 33,8
22,0
100,0 100,0
32,8
тах по
числе
Испытание кирпичей на прочность и расчет предельных значений сопротивления изделий при сжатии и изгибе проводили в соответствии с требованиями ГОСТ 8462 -85 «Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе».
Предел прочности при сжатии осж образца рассчитывали по формуле
Осж = Р/Р. (1)
где Р - наибольшая нагрузка. установленная при испытании образца. МН (кгс); Р - площадь поперечного сечения образца. вычисляемая как среднее арифметическое значение площадей верхней и нижней его поверхностей. м2 (см2).
Предел прочности при изгибе оизг образца определяли по формуле
Оизг = ЭР/ / (2Ы"12), (2)
где Р - наибольшая нагрузка. установленная при испытании образца. МН(кгс); / - расстояние между
осями опор. м(см); Ы - ширина образца. м (см); И -высота образца посередине пролёта. м(см).
Испытание кирпича на прочность при изгибе проводили до разрушения кирпича на две половинки. Затем кирпичи. расколовшиеся приблизительно на две равные половинки (~86 %). испытывали на сжатие.
Среднее значение сопротивления кирпичей на сжатие и изгиб после сушки и обжига рассчитывали как для всей партии. с учетом кирпичей. разрушившихся ещё до испытания на прочность. так и для партии кирпичей после отделения брака. Результаты этих испытаний представлены в табл. 2 и Э (в скобках приведены механические свойства для всей партии кирпичей с учетом брака) и на рис. 4. Заметим также. что для разрушившихся кирпичей сопротивление на изгиб и сжатие было принято равным нулю.
Предварительный анализ данных табл. 2 и Э позволяет сделать вывод о том. что качество сушки и обжига приблизительно одинаково для всего сушильно - печного оборудования.
Таблица 2 . Механические свойства кирпичей. усредненные по сушилкам
Номер тележки Среднее значение предела прочности для разных сушилок
№ п/п Группа сушилка-печь кгс/см2
Сжатие Среднее Изгиб Среднее
1 2 Суш 1-печь 1 119.4 (112.8) 1Э.08 (12.46)
2 6 Суш 1-печь 2 122.2 (95.06) 124.4 (100.2) 1Э.0Э (10.42) 14.62 (11.99)
Э 10 Суш 1-печь Э 1Э1.6 (92.87) 17.76 (1Э.09)
4 11 Суш 2-печь 1 118.8 (97.84) 14.18 (12.06)
5 Э Суш 2-печь 2 115.1 (94.78) 118.2 (9Э.82) 1Э.65 (11.70) 1Э.98 (11.50)
6 7 Суш 2 -печь Э 120.6 (88.84) 14.10 (10.75)
7 8 Суш Э - печь1 124.8 (110.9) 14.59 (1Э.20)
8 12 Суш Э -печь 2 119.0 (87.65) 121.2 (94.11) 14.72 (11.04) 14.47 (11.97)
9 4 Суш Э - печь Э 119.7 (8Э.79) 14.11 (11.67)
10 5 Суш 4 -печь 1 1Э2.9 (110.7) 15.09 (12.58)
11 9 Суш 4 - печь 2 121.9 (99.08) 122.8 (100.2) 12.74 (10.8Э) 1Э.97 (11.60)
12 1 Суш 4 - печь Э 11Э.5 (90.80) 14.07 (11 .Э9)
Таблица Э. Механические свойства кирпичей. усредненные по печам
№ п /п Номер тележки Группа сушило - печь Среднее значение предела прочности для разных печей кгс/см2
Сжатие Среднее Изгиб Среднее
1 2 Суш 1-печь 1 119.4 (112.8) 1Э.08 (12.46)
2 11 Суш 2 - печь 1 118.8 (97.84) 124.0 (108.1) 14.18 (12.06) 14.24 (12.58)
Э 8 Суш Э-печь 1 124.8 (110.9) 14.59 (1Э.20)
4 5 Суш 4 - печь 1 1Э2.9 (110.7) 15.09 (12.58)
5 6 Суш 1 - печь 2 122.2 (95.06) 1Э.0Э (10.42)
6 Э Суш 2 - печь 2 115.1 (94.78) 119.6 (94.14) 1Э.65 (11.70) 1Э.54 (11.00)
7 12 Суш Э - печь 2 119.0 (87.65) 14.72 (11.04)
8 9 Суш 4 - печь 2 121.9 (99.08) 12.74 (10.8Э)
9 10 Суш 1 - печь Э 1Э1.6 (92.87) 17.76 (1Э.09)
10 7 Суш 2 - печь Э 120.6 (88.84) 121.4 (89.06) 14.10 (10.75) 15.01 (11.7Э)
11 4 Суш Э - печь Э 119.7 (8Э.79) 14.11 (11.67)
12 1 Суш 4 - печь Э 11Э.5 (90.80) 14.07 (11.Э9)
200
160
120
80
40
0 200
0
п 1
Рис. 2. Предельное сопротивление кирпичей на сжатие (в кгс/см ) по ширине вагонетки (Внизу указаны номера кирпичей (см. рис. 1))
0 60
50
40
30
20
101
□ °1 О 8 15
Вагонетка №7
Вагонетка №8
4 5 6 7 11 12 13 14 18 19 20 21
Рис. 3. Предельное сопротивление кирпичей на изгиб (в кгс/см ) по ширине вагонетки (Внизу указаны номера кирпичей (см. рис. 1))
1 60
120
8 0
4 0
160
120
8 0
4 0
25
20
15
10
5
20
15
10
5
На рис. 2 и 3 показаны значения предельного сопротивления на сжатие и изгиб для кирпичей, расположенных в разных точках по ширине вагонетки. Заметим, что у некоторых керамических изделий зафиксировано аномально высокое качество - показатели прочности превышают в 3-4 раза среднее значение. Этот факт позволяет сделать вывод о возможности существенного повышения качества кирпича, очевидно, как за счет улучшения исходного состава сырья, так и за счет совершенствования режимов сушки и обжига.
Экспериментально была выявлена существенная неравномерность температуры горячего воздуха по ширине сушилок (~20°С), что составляет 35 - 40% от среднего значения температуры теплоносителя. Данный температурный перекос приводит к отклонению механических свойств кирпича от среднего значения по ширине вагонетки ~ в 1,5 раза (см. рис. 4).
Марка кирпича в соответствии с ГОСТ 530-95 определяется по средним значениям пределов прочности при сжатии и изгибе. Так для марки кирпича 100 величина сопротивления должна быть более 100 кгс/см2 при сжатии и 22 кгс/см2 при изгибе. Экспериментальная партия кирпичей, изготовленных по технологии фирмы «Fuchs», не соответствует данным
требованиям, т.к. среднее значение сопротивления на сжатие у полученных изделий составляет 100 кгс/см2, а сопротивления на изгиб - 12 кгс/см2. Если рассматривать партию кирпича после удаления брака, то предел прочности по сжатию в среднем выше 100 кгс/см2, но по прочности на изгиб требования марки 100 по-прежнему не выполняются.
Заключение
1. Разработана и апробирована методика экспериментального исследования характеристик качества кирпича (трещинообразование, сопротивление на сжатие и изгиб) в зависимости от условий сушки и обжига и состава сушильно-печного оборудования.
2. На всех этапах технологического процесса экспериментально были определены три основных параметра качества кирпича: предельное сопротивление кирпича при сжатии, предельное сопротивление кирпича при изгибе, количество трещин на гранях кирпича. Установлено, что трещинообразование происходит в сушилках (48,7% трещин) и в печах (46,7% трещин) примерно в равных объемах.
3. Экспериментально выявлено существование значительного резерва для повышения качества керамического кирпича за счёт совершенствования режимов сушки и обжига.
Сопротивление на сжатие
Сопротивление на изгиб
160 140 -120 -100 -80 -60 40 20 0
160 „ 140 -I 120 -о
* 100 80 -60 40 20 0
2 3
Гру ппы кирпичей
Сопротивление на сжатие
2 3
Гру ппы кирпичей
а) с учетом брака
30 25 20 15 10 -5 0
2 3 4
Гру ппы кирпичей
Сопротивление на изгиб
3 4
Гру ппы кирпичей
—|—Вагонетка №1 -5К—Вагонетка №5 -Ö—Вагонетка №9
б) после отделения брака
-Вагонетка №2 —□— Вагонетка №3 - Вагонетка №4
-Вагонетка №6 —Д— Вагонетка №7 —В— Вагонетка №8
-Вагонетка №10 —В— Вагонетка №11 —9— Вагонетка №12
Рис. 4. Механические свойства кирпича по ширине вагонетки (2 - левый ряд, 3 - средний ряд, 4 - правый ряд)
5
4
5
5
