Процесс производства керамического кирпича

Обжиг наиболее сложный процесс во всей технологии производства керамического кирпича, имеющий температурный график. При нагреве материала в обжиговой печи происходит ряд сложных физических процессов:

в интервале температур до 150⁰С осуществляется полная сушка керамического кирпича до влажности 1-1,5%;

при 150-800⁰С идет процесс дегидратации – удаление химической связанной воды. Одновременно с потерей химически связанной влаги закись железа FeO переходит в окись железа Fe₂O₃, в результате чего глина меняет окраску, и кирпич приобретает красный цвет;

в интервале температур 300-900⁰С происходит разложение карбонатов железа, магния и кальция. При этом важная скорость подъема температуры материала. Получаемые в период упругих деформаций при быстром подъеме температуры соединение железа способствуют получению спекшейся сердцевины в обожженных изделиях, что значительно повышает их прочность;

в интервале температур от 800⁰С до максимальной 900⁰С компоненты глины глинозем Al₂O₃ и кремнезем SiO₂ соединяются в безводный алюмосиликат – муллит, значительно ухудшающий физико-механические свойства изделия. Этот период нагрева, связанный с разрушением кристаллической решетки глинистых материалов и значительными структурными изменениями, опасен в отношении трещинообразования, и должен проводится со скоростью нагрева не более 100-250⁰С/ч. Для осуществления скоростных процессов нагрева на всем участке обжига и снижения трещинообразования предусматривается введение в глину соответствующих добавок;

в заключении обжига осуществляется выдержка изделия при максимальной температуре операции, что обеспечивает выравнивание температуры по всему сечению изделия и обеспечивает равномерное распределение жидкой фазы;

охлаждение кирпича после выдержки в зоне обжига является ответственным периодом тепловой обработки:

в начальный период охлаждения при падении температуры на 100-200⁰С керамические материалы претерпевают термическое сжатие, подвергаясь нагрузкам. Поэтому величина температурного перепада по толщине изделия не должна превышать 25-30⁰С, что обеспечивается проведением процесса при пониженной скорости охлаждения;

охлаждение от 800 до 650⁰С можно ускорить (250-400⁰С/ч);

при 600-500⁰С скорость охлаждения снова приходиться уменьшать до 150⁰С/ч. Этот период характеризуется кодификационным изменением кварца с уменьшением объема массы на 0,82%;

при достижении температуры материала 500⁰С интенсивность охлаждения составляет 500-600⁰С/ч и, очевидно, ограничивается условиями внешнего теплообмена. Температура кирпича на выходе из зоны охлаждения печи оценивается 100⁰С.

Кирпич высокого качества может быть получен при использовании весьма короткого времени обжига: для полнотелого кирпича 9-11 ч, для эффективного 7-8ч. Однако следует отметить, что такие оптимальные режимы обжига по ряду причин не могут быть полностью реализованы в промышленных печах и время тепловой обработки в них больше указанного отрезка, что приводит к увеличению расхода топлива. Вместе с тем, проведена на ОАО «Минский завод строительных материалов» реконструкция туннельной обжиговой печи обеспечивает высокое качество продукции, превышающее достигаемое на аналогичных отечественных заводах и, при этом, характеризующееся более низким расходом первичных энергоресурсов.

Печи обжига представляют собой тоннель, рассчитанный на 36 вагонеток, каждая из которых, по разработанному на заводе регламенту, находится около 2-х часов на соответствующей позиции печи. Сечение печи по высоте разделено на две части: первая относится к рабочему пространству, вторая к подвагонеточному. Подвагонеточное пространство изолированно от рабочего пространства печи песочным затвором, что позволяет прокачивать по нему охлаждающий воздух и обеспечивать требуемую температуру колесных пар, рельс. По рабочему пространству перемещается кирпич, штабели с которым находится на поду вагонеток, и противоточному материалу, подвергающемуся тепловой обработке, движется газообразная среда, при этом, кирпич занимает большую часть сечения печи. По длине печь разделена на три зоны: подогрева 1-13 позиция, обжига с 14 по 24 и охлаждения – соответственно 25-36 позиции.