Заповедь сушки кирпича: не повреди

Наш разговор пойдет о этапе производства керамического кирпича - сушке сырца после прессования.
виктор кондратенко, заведующий отделом новых технологий всероссийского научно-исследовательского института строительных материалов (вниистром), кандидат технических наук
- Виктор Александрович, в прошлой беседе вы рассказали о том, что производство керамических стеновых материалов может быть осуществлено различными способами формования сырца и что сегодня используют в основном два способа - пластическое формование и полусухое прессование. Какова роль процесса сушки в той и другой технологии?

- Роль сушки однозначно важна при обеих технологиях. Поэтому пренебрежение этим фактором при разработке схемы полусухого прессования привела к плачевным результатам. Общеизвестно, что производимый по существующей традиционной технологии полусухого прессования кирпич как по прочностным показателям, так и по морозостойкости намного уступает кирпичу пластического формования.
Однако при пластическом способе формования сушке кирпича-сырца уделяется особое внимание. И так было на протяжении всей истории развития керамической промышленности. Сушка изделий является весьма важным и ответственным этапом технологического процесса, поскольку из изделия должна удалиться вся влага, как полученная им с сырьем, так и специально введенная при формовании.
Однако вся формовочная влага практически никогда не удаляется. Затраты на частичное удаление влаги при сушке кирпича по сравнению с затратами на весь обжиг очень велики. Расход условного топлива на сушку 1000 шт. кирпича составляет 60 - 100 кг. При сушке удаляется в среднем 85% влаги, а при обжиге - остальные 15%.


При пластическом формовании сырца главная задача процесса сушки состоит не только в том, чтобы удалить влагу, введенную в массу для придания ей формовочных свойств, но еще и в том, чтобы при удалении этой влаги сохранить целостность изделия. Для этого очень важно создать в процессе сушки такие условия, при которых удаление влаги происходило бы в полном соответствии с усадочными свойствами изделия, т.е. с уменьшением его объема по мере высыхания.



Иными словами, при сушке изделия нужно обеспечить равномерное его высыхание без значительных перепадов влажности в отдельных участках не только на его поверхности, но и по толщине. А это требует создания таких условий сушки, при которых количество влаги, удаляемое с поверхности изделия, было бы близким к количеству влаги, поступающей к ней из внутренних слоев за тот же период времени.
- Теперь самое время перейти к рассказу о сушильных агрегатах: какие конструкции сушилок сегодня используются и насколько полно они выполняют условия, необходимые для наиболее эффективного проведения процесса сушки?
- Сушка кирпича производится в конструктивно различных камерных, туннельных и конвейерных сушилках.
Кроме различий по конструкции сушилки обычно различаются по режиму работы
(периодического или непрерывного действия), по общему направлению движения агента сушки (вертикальное, горизонтальное и переменное), по направлению движения агента сушки относительно высушиваемых изделий (одностороннее, реверсивное, движение с прямотоком и с противотоком), по способу подвода и отвода агента сушки (сосредоточенный и распределенный), по кратности использования сушильного агента (с однократной и многократной циркуляцией) и, наконец, по методу подогрева агента сушки (с центральным и местным подогревом).
- В чем состоит особенность работы туннельных сушилок?


- В туннельных сушилках движение сушильного агента в основном горизонтальное, за исключением сушилок системы Артемкина и некоторых сушилок с рециркуляцией, в которых направление его движения вертикальное (снизу вверх или сверху вниз).
По направлению движения сушильного агента относительно высушиваемых изделий различаются противоточные и прямоточные туннельные сушилки, причем последние встречаются реже. Противоточными туннельными сушилками называются такие, в которых расположенные на вагонетках высушиваемые изделия движутся навстречу сушильному агенту. В прямоточных сушилках направление высушиваемых изделий и сушильного агента совпадает.
Туннель противоточной сушилки представляет собой коридор длиной 30-40 м, по которому навстречу вагонеткам с изделиями движутся горячие газы или воздух.
Поэтому входящие в туннель горячие газы омывают прежде всего почти высохшие изделия, которые могут отдавать остатки влаги с повышенной скоростью, без образования трещин. По мере остывания агента сушки на пути движения и увеличения его влагосодержания, он соприкасается с более влажными и более чувствительными к сушке изделиями, однако способность поглощать влагу с их поверхности у такого сушильного агента снижается. Затем газы, потерявшие в пути часть тепла, с влажностью близкой к полному насыщению, достигают свежесформованных изделий.
Схема работы простых противоточных сушилок позволяет организовать процесс сушки с изменяющимися условиями испарения влаги с поверхности изделий, что очень важно, так как чувствительность глины к сушке с повышением влажности возрастает.

По сравнению с периодическими камерными сушилками туннельные имеют то преимущество, что относительная влажность отходящего сушильного агента здесь более высокая. Это обусловливает большую экономичность их по сравнению с камерными. К тому же следует учесть, что в туннельных сушилках по сравнению с камерными значительно проще организовать автоматическое управление процессом сушки сырца.
- Преимущество, безусловно, существенное в наше время постоянного удорожания топлива. А есть ли у них какие-то недостатки!
- Есть. Крупным недостатком туннельных сушилок является расслоение агента сушки по высоте туннеля: более нагретые и легкие газы перемещаются под сводом, менее нагретые - около пода.



Другой их недостаток - наличие зазоров между вагонеткой, стенами и потолком туннеля, по которым газы движутся с меньшим сопротивлением и в большем количестве. Эти недостатки обусловливают неравномерную сушку изделий по поперечному сечению туннеля: изделия, размещенные на верхних полках и с краев вагонеток, высыхают быстрее. Медленнее высыхают изделия на нижних полках и в середине вагонеток.
Для сокращения неравномерности сушки в поперечном сечении туннеля проводится ряд мероприятий, иногда связанных с изменением конструкций.
Для предотвращения прохода больших количеств агента сушки в надсводовом пространстве в пяти-шести местах тоннеля на его потолке устанавливают подвесные фартуки. Однако, как показал опыт, они часто срываются вагонетками, тогда приходится производить раскатку вагонеток для восстановления фартуков. Поэтому более подходящим является устройство фартуков из прорезиненной ленты (можно использовать транспортерную ленту) на части сушильных вагонеток. С этой целью фартуки заранее изготавливаются в ремонтно-механическом цехе с прикреплением прорезиненной ленты к металлическим уголкам. По мере необходимости на каждую четвертую-пятую вагонетку, используемую для перевозки сырца, заготовленные фартуки привариваются сверху посередине.
К минусам туннельных сушилок сегодня можно отнести и "недостаток", если это можно так назвать, экономического свойства: хозяева кирпичных заводов, дабы сэкономить на заработной плате, переводят формовочные отделения с трехсменной на двусменную работу. Но ведь туннельные сушилки не зря называются агрегатами непрерывного действия! В результате двусменной работы персонала вместо трехсменной увеличивается доля брака и в итоге такая "экономия" на зарплате приводит к гораздо более ощутимым убыткам в производстве кирпича!


- Туннельные сушилки каких отечественных производителей используются у нас наиболее часто?
- Для сушки пустотелых стеновых и облицовочных блоков, кирпича и других изделий строительной керамики чаще всего применяются сушилки Гипростройматериалов и Росстромпроекта. В качестве сушильного агента используются дымовые газы и горячий воздух из зон остывания обжигательных печей.
Изменение характера движения агента сушки, вызванное наличием промежутков между вагонетками, усиливает свойственную простым противоточным туннельным сушилкам неравномерность сушки изделий, расположенных на вагонетках, и увеличивает количество брака.
Стремление повысить влажность среды в противоточной туннельной сушилке, а также уменьшить перепад температуры по высоте канала привело к созданию противоточных сушилок с рециркуляцией. Существуют разные схемы работы туннельных сушилок с рециркуляцией отработанного сушильного агента: с подачей его непосредственно в туннели на одну из позиций или в рециркуляционные камеры топок, где одновременно смешиваются газы топок с отходящими газами обжигательных печей. Надо заметить, что при использовании последней схемы характеристика агента сушки, поступающего в туннель, более постоянна.
- Как известно, сегодня за рубежом в кирпичном производстве широко применяются конвейерные сушилки. В чем их преимущество перед туннельными и как обстоит дело с ними у нас?

- Неодинаковые условия испарения влаги в поперечном сечении туннельных сушилок, а также на различных участках поверхности одного и того же изделия (вызванные неравномерным смыванием изделий потоками агента сушки) привели специалистов к созданию конвейерных сушилок. Кроме того, на этот процесс повлияло и стремление механизировать внутрицеховой транспорт от процесса формования до обжига.
Конвейерные сушилки в России пока используются для сушки санитарно-технических изделий, но, безусловно, в скором, я надеюсь, времени будут применяться для сушки кирпича и блоков, как это делается за рубежом.
По основному назначению существующие конвейерные агрегаты можно подразделить на два типа. Первый - сушилки, в которых предусматривается в основном механизация внутрицехового транспорта с сохранением всех особенностей обычных противоточных сушилок (цепные сушилки). Второй - агрегаты, в которых одновременно с механизацией внутрицехового транспорта резко сокращается высота туннеля с горизонтальным движением агента сушки и противотоком (ленточные сушилки).


К первому типу сушилок может быть отнесена конвейерная цепная сушилка конструкции Гипростройматериалов.
Конвейерные сушилки объединяют в одном агрегате процессы формования и сушки. Отформованные изделия вместе с подвеской передаются автоматическим перегружателем на линию ветви конвейера (бесконечную цепь), проходящую последовательно через все зоны сушилки до обжиговой вагонетки. Конвейерные сушилки ленточного типа имеют туннель высотой немного большей, чем высота одного ряда изделий. Это исключает неравномерность условий испарения влаги в поперечном сечении туннеля, т. е. сушка может быть осуществлена с максимально возможной скоростью.
- Если полагать, что конвейерные сушилки - это ближайшее будущее нашего кирпичного производства, то третий тип - камерные - наверное, можно считать уходящим прошлым?
- Прошлым - да, потому что такие сушилки чаще всего встречаются на кирпичных заводах, построенных в 30-х годах прошлого века. По проекту на этих заводах предусматривалась одновременно и естественная сушка в сараях с обжигом в кольцевых печах. Однако говорить, что эти сушилки прошлое "уходящее" - наверно, рановато. За последние 10-20 лет за счет модернизации вентиляционного и теплового хозяйства заводов и резкого увеличения в связи с этим поступления сушильного агента в сушилки производительность их возросла. И на старых заводах они по-прежнему работают. Хотя конечно же они давно морально устарели. И вот почему.



В отличие от непрерывно действующих туннельных и конвейерных сушилок камерные являются периодическими, причем процесс сушки в них с начала и до конца протекает без движения изделий и без перемещения их в среде с изменяющейся характеристикой.
Условия сушки в камере зависят от характеристики движения в ней агента сушки, причем сосредоточенный подвод и отвод сушильного агента (возможный и при наличии распределительных каналов в камере) всегда увеличивает неравномерность сушки. Неравномерность сушки, обусловливаемая характером движения агента сушки в камере, иногда настолько велика, что разница во влажности изделий через 50-60 часов сушки составляет 8-10%, а разница во влажности отдельных частей одного и того же изделия - 6-8%, что приводит к браку до 50% изделий.
Камерные сушилки конструкции Росстромпроекта, используемые для сушки кирпича и стеновых блоков, работают еще на многих заводах и имеют различные эксплуатационные показатели, зависящие от местных условий. Срок сушки кирпича в них колеблется от 50 до 80 часов и более в зависимости от характера движения агента сушки в камере. Количество агента сушки, поступающего в камеру при температуре 120-140 °С и относительной влажности 15-30%, тоже неодинаково: от 1200 до 3000 м3/ч.
Из других камерных сушилок, применяющихся в керамической промышленности, следует отметить сушилку конструкции Соколова, отличающуюся от сушилки конструкции Росстромпроекта более организованным направлением восходящих потоков вдоль боковых стен камеры.
Как показала практика эксплуатации камерных сушилок, весьма сомнительными оказались утверждения об экономии производственных площадей и удельного расхода топлива на сушку сырца. И если подсчитать эти параметры не для диссертаций и "научных" статей былых времен, то камерные сушилки окажутся просто расточительны.

- В каком направлении идет совершенствование существующих сушильных агрегатов?
- Большая эффективность нижнего распределенного подвода агента сушки привела к тому, что сушилки с нижним сосредоточенным подводом агента сушки почти вытеснены сушилками конструкции Росстромпроекта и Соколова.
Простые противоточные туннельные сушилки с нижним сосредоточенным подводом агента сушки все чаще заменяются сушилками с его принудительной циркуляцией в поперечном сечении туннеля. Обычно это объясняется необходимостью создания отдельных, отличных друг от друга, зон сушки по длине сушилки.
В сушилке конструкции Гипростройматериалов туннель условно делится на три зоны, и в каждой из зон предусматривается подача и отбор агента сушки рассредоточение через под туннеля: в аэродинамическом отношении вместо одного туннеля имеем как бы три более коротких, в которые агент сушки подают рассредоточение на 50% площади пода. Та же идея осуществлена и в проекте конструкции сушилки ГИКИ.
- Рассказать во всех деталях о технологии сушки керамических изделий в журнальной статье невозможно. Что вы посоветуете тем нашим читателям, которые хотят глубже ознакомиться с этим процессом, прежде чем заказывать проектирование нового кирпичного завода?
- Прежде всего при выборе типа сушилок необходимо руководствоваться сушильными свойствами глинистого сырья и здравым смыслом. Если у соседа неплохо получается кирпич при сушке, скажем, в камерных сушилках, то это еще не означает, что и для вашей глины эти сушилки тоже будут хороши.
Но это - общий совет. А в деталях обо всем этом можно прочитать в моей книге "Керамические стеновые материалы: оптимизация их физико-технических свойств и технологических параметров производства", которая не так давно вышла в издательстве "Композит". Там подробно рассказывается обо всех этапах производства керамических стеновых материалов и их совершенствовании, в том числе о технологии сушки, а также о конструкциях самих сушилок разного типа.