Водозатворение и формование сырца.

Величина, скорость и равномерность водозатворения глинистой массы зависит от многих причин. Основными из них являются: степень рыхления и способ перемещения, пластичность и гранулометрический состав, естественная влажность исходной глинистой породы, поступающей на водозатворение.

При производстве глиняного кирпича пластическим способом наиболее практическое значение имеет рыхление и измельчение глинистой породы, т.е. разрушение ее естественной структуры. Хорошее рыхление и измельчение породы обеспечивает более совершенную и равномерную смешиваемость глинистой массы с отощающими добавками, быстрое и равномерное водозатворение. Хорошим рыхлением можно считать такое, при котором глинистая масса имеет зернистую или мелкокомковатую структуру.

Самым эффективным способом переработки массы, при котором достигается наилучшее разрушение естественной структуры, является способ промораживания и вылеживания глины. Даже кратковременное вылеживание глин с периодической поливкой водой ускоряет процесс разрушения естественной структуры и способствует полному ее набуханию. Вода, проникая во все поры массы, ослабляет связи. При этом происходит также и некоторая перегруппировка частиц. С течением времени глина в этих условиях приобретает мелкокомковатую структуру, обеспечивающую полное и равномерное ее увлажнение. Вылеживание заготовленной глины в течение зимы еще более глубоко разрушает естественную структуру.

Различают естественную и формовочную влажность глинистых пород. Естественной влажностью принято называть весовое количество воды, содержащееся в порах природной глинистой породы. Эту влажность нередко называют карьерной. Под формовочной влажностью подразумевают весовое количество воды, содержащееся в формуемой глинистой массе, обеспечивающее нормальное формование и сушку сырца. Нередко формовочная влажность соответствует естественной. Иногда она меньше ее.

Здесь и далее влажность глинистой массы выражена в виде абсолютной влажности, т.е. в виде отношения веса испарившейся воды к весу абсолютно сухого образца. Выражение влажности в виде величины относительной влажности, т.е. в виде отношения веса воды к весу влажного образца, здесь неприемлемо не только потому, что оно дает несопоставимые результаты одного анализа с другим, но и затрудняет определение пределов пластичности, которые вычисляются в единицах абсолютной влажности породы.

Значение абсолютной влажности всегда выше относительной. Эта разница будет тем больше, чем выше влажность образца.

Значения влажностей пересчитывают по следующим формулам: относительной в абсолютной

абсолютной в относительной

Естественную влажность можно выражать как в процентах, так и в долях единиц. В последнем случае, в зависимости от степени заполнения пор водой, значение ее может изменяться от 0 до 1.

При полном заполнении пор водой глинистая масса представляет собой двухфазную систему, состоящую из минеральной части и воды. Двухфазная глинистая масса в производстве кирпича очень желательна, но на практике она никогда не получается. В формуемой глинистой массе всегда присутствует третья фаза- воздух, который оказывает отрицательное действие на качество сырца, увеличивая его усадку и деформируемость.

Следует отметить, что искусственное увлажнение глинистой массы резко отличается от естественного. При быстротечном водозатворении глинистой массы влага не успевает равномерно распределиться. Хорошо увлажняются глинистые породы в естественном залегании, т.е. в карьере, когда влага действует длительное время и количество ее достигает или превышает формовочную влажность. В подобных случаях изделия обычно формуют без дополнительного орошения, нередко с подсушкой. В этом случае глинистая масса полностью набухает и равномерно увлажняется еще в карьере, что значительно улучшает ее формовочные свойства.

Длительность процесса формования, от водозатворения до резки бруса, составляет всего около 2 минут, в то время как процесс замокания и набухания даже хорошо проработанных глин требует для своего завершения несколько часов, а для высокопластичных глин и нескольких суток. Поэтому быстротечное водозатворение плохо проработанных сухих глин неизбежно приводит к неравномерному их замачиванию и набуханию, а следовательно, и к различному напряженно-деформированному состоянию, которое способствует разрывам изделия даже при нормальном режиме сушки.

Глина из-под бегунов проходит одну или две пары гладких вальцов и поступает в кирпичный ленточный пресс, который соединяют с резательным аппаратом. Проволока резательного автомата отрезает кирпич от глиняной ленты и мгновенно отходит обратно. Отрезанный кирпич попадает ( на ребро ) на подкладочные деревянные рамы, движущиеся на 2-3 см. ниже глиняной ленты. Так как скорость движения рам несколько больше, чем глиняной ленты, то между отрезанными кирпичами образуются промежутки, необходимые при последующей сушке. После расфасовки по рамам, сырец подаётся в сушильную камеру. По заполнении камера плотно запирается и обогревается.

Сушка сырца.

Под сушкой в обычном смысле понимают удаление излишней влаги из какого-либо переувлажненного вещества. В процессе сушки вода переходит из капиллярного или гигроскопического состояния в парообразное. При этом испарение происходит при условии, когда парциальное давление или концентрация водяных паров в окружающей среде меньше давления водяных паров у поверхности высушиваемого тела. И чем больше эта разница давлений, тем интенсивнее идет сушка.

Сушка кирпича производится в сушилах следующих типов с естественной сушкой, с искусственной и комбинированной. Естественные способы применяются главным образом, при небольшой производительности завода. Естественная сушка довольно продолжительна и при большом объёме производства не вполне рентабельна, так как требуется много складского пространства и успех работы в значительной степени зависит от погоды. Для искусственной сушки применяют тепло отработанного пара, остывающего обожженного кирпича, а в некоторых случаях тепло дымовых газов. Нагретый воздух ( 350-400 С ) отсасывается из обжиговой печи эксгаустром и подаётся в сушильную камеру. Благодаря постепенному подъёму температуры, в закрытой сушильной камере с течением времени образуются испарения воды без заметного движения воздуха. Это весьма благоприятно влияет на сушку кирпича, особенно из чувствительных к режиму сушки глин в первый период. Сырец нагревается во влажном воздухе и преждевременного высыхания его поверхности не происходит, а влага равномерно испаряется из всей массы сырца. Для обеспечения равномерности тяги и работы в печи устанавливают вентиляторы. Газы продуктов горения используются для сушки сравнительно реже, т.к. они действуют разрушающим образом на дерево и железо. Их следует пропускать по трубам или каналам под полом сушилки.

При сушке в поверхностных и внутренних слоях сырца возникает значительная разность влажностей и температур, напряжений и деформаций. В процессе сушки, как правило, происходит большее сокращение объема верхних слоев, чем внутренних, что нередко приводит к растрескиванию образца при достижении им критического значения объемно- напряженного состояния.

Таким критическим значением является влажность, соответствующая нижнему пределу пластичности, т.е. та точка, где глинистая масса при ее сушке переходит из пластичного состояния в непластичное и где коэффициент консистенции = 0. Пока глинистая масса сохраняет пластичное состояние, трещины не могут образоваться, поскольку растягивающие усилия компенсируются пластическими деформациями. Но как только образец потерял пластичность и начал переходить из пластичного в непластичное состояние, так при жестких режимах сушки в нем будут возникать предельные напряжения и начнут появляться трещины.

В связи с этим в первый период сушки кирпича (и особенно при высокой температуре и сильной циркуляции теплоносителя) главная задача заключается в том, чтобы затормозить испарения влаги с поверхности, не допустить резкой неравномерности воздушной усадки. Поверхностное испарение влаги должно быть таким, чтобы оно не приводило к критической разности напряжений и к деформациям изделий.

Важнейшим показателем сушильных свойств глинистых масс является влагопроводимость, которая зависит как от их температуры и влажности, так и от пластичности и гранулометрического состава. Чем выше коэффициент влагопроводности, тем быстрей идет сушка, значительно снижается величина напряжения и меньше появляется трещин.

Влага из внутренних областей изделий к поверхности перемещается по капиллярам и сообщающимся порам. Естественно, чем больше пор и чем они крупнее, тем выше влагопроводность, тем интенсивней и равномерней сушатся изделия.

Скорость сушки глинистых изделий зависит также от величины β- обратной удельной поверхности изделия, которую вычисляют как отношение объема изделия V к его поверхности S.

Скорость сушки определяется также объемом и геометрической формой изделия. Чем больше сумма площадей и меньше линейного усадка, тем быстрее идет его сушка.

В зависимости от динамики усадки изделия процесс сушки обычно делят на 3 периода:

1) период усадки. При этом считают, что усадка пропорциональна количеству испарившейся воды;

2) период замедленной усадке при продолжающемся интенсивном испарении воды. Обычно этот период характеризуют как переходный от выделения усадочной к выделению паровой воды;

3) Характеризуется воды пор.

Чем выше пластичность глинистой массы, тем выше ее оптимальная формовочная влажность и содержание поровой и усадочной воды. Высокопластичных глинистые массы содержат воды более 20% поровой и более 10% усадочной.

Особый интерес представляет первый период сушки, т.е. период испарения усадочной воды и интенсивной усадки, поскольку именно в этот период наблюдаются случаи растрескивания и коробление глинистых образцов. И особенно часто такие случаи наблюдаются у образцов, имеющих высокую пластичность и большое количество усадочной воды. Именно поэтому первый период сушки нуждается в строгом соблюдении режима сушки.

Основным фактором, оказывающим решающее влияние на процессы сушки сырца, являются внешними и внутренними. К числу внешних можно отнести скорость, влажность и темп теплоносителя, к внутренним – пластичность и гранулометрический состав, пористость и капиллярность глиняной породы, наличие выгорающих добавок, однородность структуры и влажности, оптимальность и равномерность увлажнения, пустотность изделия, вакумирование и паропрогрев, роль которых в процессе сушки очень велика. Вакуумирование снижает формовочную влажность, а следовательно, и величину усадки, вследствие чего сокращается первый период сушки, а паропрогрев обеспечивает повышение температуры во внутренних областях изделий, более равномерно распределяет температуру и влагу в глинистой массе, улучшая не только сушильные, но и формовочные свойства. Однако среди перечисленных факторов немалую роль играют и другие внутренние факторы, которые не только ускоряют сушку сырца, но и улучшают его обжиг и повышают марку изделий. Чем лучше подготовлена и обработана глинистая масса, чем оптимальнее ее пластичность, пористость и влажность, чем более однородна и равномерно она увлажнена, тем равномерней и быстрей будет протекать сушка сырца.

Применение внешних ускорителей в полной мере возможно лишь во второй период сушки, после полного окончания усадки, при достижении сырцом влажности, соответствующей пределу усадки. Это становится возможным потому, что сырец в этот период не претерпевает более усадки, испарение влаги полностью сопровождается образованием пор. Следовательно, для соблюдения нормального режима сушки сырца, регулирования и правильного применения ускорителей при данной температуре, влажности и скорости движения воздуха необходимо прежде всего знание пластичности, формовочной влажности и влажности при пределе усадки сырца.

Основными факторами, приводящими к разным скоростям сушки образцов, является их пористость, структура и капиллярность, которые регулируются крупнозернистыми добавками. В пользу решающей роли отощающих добавок, создающих в глинистой массе нормальную пористость и капиллярность, говорит многовековая практика производства кирпича в России. Еще на заре производства кирпича русские мастера умели делать хороший высококачественный кирпич. Я.Н. Черняк приводит такой отзыв иностранцев о качестве русского кирпича XV-XVI вв.: «приготовленный в России кирпич очень хорош, гладок, по твердости, весу и красоте похож на лучший антиохийский. При изготовлении его русские мастера подбавляют как можно больше песку и приобрели в этом большое уменье».

Именно из такого кирпича построены Московский Кремль (1485-1495 гг.), Покровский собор, или собор Василия Блаженного (1555-1560 гг.) и много других замечательных сооружений как в Москве, так и в других городах России, являющихся ныне величайшими памятниками русской и мировой архитектуры. В далекую старину мастера кирпичного дела не знали органических (выгорающих) добавок. Они пользовались исключительно минеральными добавками и главным образом песком.

Кроме перечисленных возможностей ускорения сушки сырца, большую роль играет также способ его укладки. Наибольшую эффективность дает укладка сырца на ложок с таким расчетом, чтобы две его постели свободно омывались воздухом (теплоносителем).