Технологическая линия для производства керамического кирпича

Изобретение относится к производству строительных материалов, а именно к изготовлению лицевого и стенового клинкерного кирпича, выпускаемого способом экструзионного (пластического), компрессионного (полусухого прессования) и мягкого формования на основе камневидного неразмокаемого кремнистого опал-кристобалитового и глинистого сырья (опок, опоковидных пород, аргиллитов, аргиллитоподобных глин, глинистых сланцев).

Известна технологическая линия для производства стеновых керамических изделий, включающая пост дробления сырья, представленного зубчатой дробилкой, пост подсушки и измельчения, представленного шахтной мельницей, пост смешения и доизмельчения, представленного стержневым смесителем и пост доувлажнения, представленного мешалкой (см. Временное руководство по проектированию предприятий по производству кирпича и камней керамических. Нормы технологического проектирования. М.: Союзгипростром, 1989).

Наиболее близким техническим решением является технологическая линия для производства стеновых керамических изделий, включающая пост дробления сырья, пост сушки сырья, пост измельчения, пост разделения на фракции в виде грохота с ситами, пост доизмельчения тонкой фракции, пост корректировки тонкой фракции, пост подготовки пресс-порошка, при этом на посту дробления используются трехвальная дробилка первичного крупного дробления и дезинтеграторные вальцы, пост сушки представлен закрытым конвейером с инфракрасными нагревателями, пост доизмельчения тонкой фракции представлен маятниковой мельницей, пост корректировки состава тонкой фракции, представленный трехвальным смесителем, дополнительно содержит пост подготовки пресс-порошка с увлажнением и грануляцией, представленного смесителем-гранулятором, пост прессования и пост обжига. (см. патент RU 2616041 C1, B28B 15/00, опубликовано 12.04.2017).

Однако для получения высокопрочных изделий, каким является клинкерный кирпич, из камневидного кремнистого опал-кристобалитового и глинистого сырья требуется определённый зерновой состав сырьевой массы с большим содержанием тонких фракций, что требует более тонкого измельчения, и использование дизинтеграторных вальцов не рационально в связи с большим содержанием крупных фракций и лещадовидной формы зёрен на выходе, а также с высокими энергозатратами и быстроизнашиваемыми частями оборудования. Использование маятниковой мельницы на посту доизмельчения тонкой фракции (получение тонкой фракции) не совсем рационально в связи с высокими энергозатратами, высокой стоимостью данного оборудования и сложностью регулирования зернового состава измельчённого материала для получения плотнейшей упаковки зёрен при формовании изделий. Использование поста грануляции перед формованием изделий не совсем рационально, так как в случае компрессионного формования гранулы разрушаются в самом начале процесса прессования и не играют особой роли для получения более плотных и прочных изделий, в случае экструзионного и мягкого формования гранулы сами распадаются при увлажнении и в самом начале процесса формования. Более значимым для получения более плотных и прочных изделий является зерновой состав сырьевых масс, обеспечивающий получение плотнейшей упаковки. Кроме того, для грануляции требуется повышенное энергопотребление.

Задачей настоящего изобретения является повышение прочности и морозостойкости лицевого керамического кирпича, снижение его водопоглощения (менее 6 %) и главное, иметь возможность производства стенового клинкерного кирпича на основе камневидного неразмокаемого сырья, запасы которого в России достаточно велики и которое мало пока используется (опоки, аргиллиты, аргиллитоподобные глины, глинистые сланцы), по различным способам формования изделий, и в первую очередь способом мягкого формования, подавляющая доля которого на рынке представлена зарубежными производителями, также повышение производительности линии.

Сущность изобретения заключается в том, что технологическая линия для производства стенового клинкерного кирпича, включает пост дробления сырья, пост подсушки сырья, пост первичного измельчения сырья, пост вторичного измельчения и фракционирования, пост накопления и хранения фракций, пост подготовки сырьевых масс с вводом добавок и увлажнением, пост хранения сырьевых масс, пост формования изделий, пост сушки и пост обжига изделий, при этом на посту дробления сырья используется щековая дробилка, пост подсушки сырья представлен закрытым конвейером с установленными сверху инфракрасными нагревателями и системой принудительной вентиляции, пост первичного измельчения сырья представлен молотковой дробилкой, пост вторичного измельчения с системой отбора необходимых фракций, пост накопления измельчённого материала представлен накопительными бункерами, пост подготовки сырьевых масс с увлажнением и вводом добавок представлен двумя двухвальными лопастными смесителями, пост накопления и хранения сырьевых масс представлен бункерами оснащёнными питателями, пост формования изделий может представлен прессом для компрессионного формования, экструдером или формовочной машиной для мягкого формования.

Пост сушки изделий может представлен традиционными для технологии керамики камерными или туннельными сушилами. Пост обжига представлен традиционной для технологии керамики туннельной печью.

Предлагаемая технологическая линия позволяет на основе широко распространённого на территории России камневидного керамического сырья (аргиллитов, аргиллитоподобных глин, кремнистых опал-кристобалитовых пород – опок) организовать производство лицевого и стенового клинкерного кирпича, а оптимальный прерывистый зерновой состав сырьевых смесей обеспечивает при формовании изделий плотнейшую упаковку зёрен и соответственно плотность изделий, что существенно способствует лучшему спеканию при обжиге и, как следствие, повышению прочностных показателей изделий, снижения их водопоглощения и повышения морозостойкости.

В предлагаемой технологической линии на посту дробления сырья щековая дробилка первичного крупного дробления обеспечивает возможность получению материала с необходимым зерновым составом для дальнейших технологических операций – менее 30-20 мм. Пост подсушки, представленный закрытым конвейером с инфракрасными нагревателями и системой принудительной вентиляции, позволяет при необходимости подсушивать сырьё избегая пыления. Пост первичного измельчения сырья представлен молотковой дробилкой, которая обеспечивает степень измельчения материала менее 3-1 мм с выходом фракции менее 0,5 мм до 70-80 %, что существенно повышает производительность и снижает энергозатраты для дальнейшего вторичного измельчения. Пост вторичного измельчения представлен центробежной мельницей, которая позволяет измельчать материал с минимальными энергозатратами до фракции менее 1,0-0,5 мм, а совмещённая с ней система фракционирования позволяет производить отбор заданных фракций в необходимых пропорциях: крупной фракции (0,1-0,5 мм) – 60-70 %, мелкой фракции (менее 0,1 мм) – 30-40 %. Пост накопления измельчённого материала представлен накопительными бункерами, что позволяет при необходимости на несколько часов обеспечивать автономную работу последующих технологических операций. Пост подготовки сырьевых масс и корректировки состава представлен двумя двухвальными смесителями, установленными последовательно и питателями для добавочных материалов, куда могут вводиться пластификаторы, минерализаторы и сильные плавни в небольшом количестве, и которые позволяют тщательно перемешивать исходные компоненты, особенно когда один из них вводится в небольшом количестве, а также доводить сырьевые смеси до необходимой влажности в зависимости от выбранного способа формования. Постом накопления сырьевых масс, представлен накопительными бункерами, которые могут иметь различный объём в зависимости от производительности технологической линии и выбранного времени автономной работы формовочного отделения. Также при хранении сырьевых масс в накопительных бункерах происходит выравнивание влажности по объёму.

Пост формования изделий может быть представлен различными видами оборудования в зависимости от выбранного способа формования – экструзионный, компрессионный и мягкого формования. Для экструзионного способа это различные экструдеры принцип работы, у которых один и тот же, а отличительными особенностями являются их размеры и производительность. Формование изделий при этом способе происходит при влажности сырьевых масс близкой к нормальной формовочной влажности. Удельное давление формования при таком способе составляет 1-2 МПа. При компрессионном способе (способ полусухого прессования) применяются различные виды прессов (механические, гидравлические), которые способны развивать удельное давление 10-40 МПа. Формование изделий при этом способе происходит при пониженной влажности сырьевых масс, когда они ещё остаются сыпучими. При способе мягкого формования изготовление изделий происходит на формовочных машинах разгонного типа или задавливания. Разгонный способ – это когда кусок массы округлой формы с помощью разгонного устройства бросается в форму. Разгонное устройство обычно представляет собой 2 резиновые ленты, установленные вертикально с небольшим уменьшением расстояния между ними к низу. Скорость лент и расстояние между ними могут регулироваться. Способ задавливания – это когда дозирующим устройством кусок массы округлой формы подаётся в форму, а затем сверху при низком давлении масса пуансоном задавливается в форму где и равномерно распределяется, а излишки выдавливаются. При способе мягкого формования влажность сырьевых масс выше нормальной формовочной.

Пост сушки изделий может быть представлен традиционными для технологии стеновой керамики камерными или туннельными сушилами, которые могут отличаться размерами и соответственно производительностью. Пост обжига может быть представлен различными видами печей (камерными, кольцевыми, туннельными и др.), но традиционными и наиболее эффективными в настоящее время являются туннельные печи, которые также могут отличаться размерами и соответственно производительностью.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена принципиальная технологическая схема предлагаемой линии.

Линия выполнена с последовательно установленными постом дробления сырья 1, постом подсушки сырья 2, постом первичного измельчения сырья 3, постом вторичного измельчения с системой отбора необходимых фракций 4, постом накопления измельчённого материала 5, постом подготовки сырьевых масс 6, постом накопления и хранения сырьевых масс 7, пост формования изделий 8, постом сушки изделий 9, постом обжига изделий 10.

Линия работает следующим образом.

Камнеподобное сырьё (аргиллиты, аргиллитоподобные глины, глинистые сланцы, опоки, опоковидные породы) подвергается дроблению в щековой дробилке на посту 1 до крупности частиц менее 10-20 мм, после чего транспортируется и подсушивается на посту подсушки 2 в закрытом конвейере с инфракрасными нагревателями и системой принудительной вентиляции. После этого поступает на пост 3 где происходит измельчение в молотковой дробилке до фракции 3-1 мм с выходом фракции менее 0,5 мм до 70-80 %. После первичного измельчения на молотковой дробилке материал поступает на пост 4 вторичного измельчения, представленный центробежной мельницей, на которой происходит измельчение материала до зернового состава менее 0,5 мм и заданном соотношении фракций в необходимых пропорциях: крупной фракции (0,1-0,5 мм) – 60-70 %, мелкой фракции (менее 0,1 мм) – 30-40 %. Данный зерновой состав обеспечивает при формовании изделий плотнейшую упаковку зёрен и соответственно плотность изделий, что существенно повышает прочность готовых изделий и снижает водопоглощение, при прочих равных условиях (прежде всего это температура обжига). После измельчения материал поступает на пост 5 в накопительные бункера, которые позволяют обеспечивать на несколько часов автономную работу последующих технологических операций. С бункеров-накопителей материал дозируется и по шнековым конвейерам (во избежание пыления) поступает на пост 6 подготовки сырьевых масс и корректировки состава. С помощью питателей добавочные материалы (пластификаторы, минерализаторы и сильные плавни) и вода поступают в двухвальный смеситель, после которого сразу в еще один двухвальный смеситель. Это позволяет тщательно перемешивать исходные компоненты и доводить сырьевые смеси до необходимой влажности в зависимости от выбранного способа формования. Затем сырьевая смесь на посту 7 вылёживается в бункерах накопителях, которые позволяют выровнять формовочную влажность и обеспечивать на какое-то время автономную работу формовочного отделения. После этого сырьевая смесь поступает на пост 8 на формовку, которая может производиться различными способами и соответственно на различных формующих установках. Отформованные изделия поступают на сушку на пост 9 в камерные или туннельные сушила. После сушки изделия поступают на пост 10 на обжиг, который может проводиться в различных традиционных для керамики видах печей – камерных, кольцевых, туннельных и др. Более предпочтительными эффективными в настоящее время являются туннельные печи, которые могут отличаться размерами и соответственно производительностью.

Данная технологическая линия с камерными сушилами и туннельной печью была опробована на кирпичном заводе ООО «Элитная строительная керамика» в г. Новочеркасске с использованием аргиллитоподобных глин Жирновского месторождения, аргиллитов Замчаловского месторождения и кремнистых пород – опок Нагольновского месторождения. Изготовление изделий проводилось с учетом свойств конкретного сырья и необходимых технологических параметров, которые были определены при лабораторно-технологических испытаниях.

Результаты испытаний обожженных изделий на основе аргиллитов Замчаловского месторождения при температуре обжига 1070-1080 °С приведены в таблице.

Таблица – Физико-механические свойства изделий