СПОСОБ ОБЖИГА КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1997 года по МПК C04B33/32 

Изобретение относится к области изготовления керамических изделий, включающих стадию обжига. Изобретение может быть использовано в крупнотоннажном производстве, например изделий стеновой керамики, черепицы, плитки, дренажных труб.

Известен способ обжига керамических изделий, например изделий стеновой керамики, согласно которому исходные формованные заготовки нагревают, выдерживают при максимальной температуре и охлаждают в условиях противотока с газообразным кислородсодержащим теплоносителем, который подают в зону охлаждения и выводят из зоны подогрева [1] Способ реализуют в кольцевых и туннельных печах. В кольцевых печах процесс термической обработки организуют так, что перемещают зоны подогрева, обжига и охлаждения при неподвижных керамических заготовках, превращающихся в конце процесса в изделия. В туннельных печах зоны подогрева, обжига и охлаждения неподвижны, а перемещают керамические заготовки. Общим является то, что керамика и газообразный теплоноситель двигаются навстречу друг другу для обеспечения противотока, а в качестве теплоносителя в зону охлаждения подают воздух.

Наиболее близким к описываемому изобретению является способ обжига керамических изделий путем нагрева заготовок, выдержки при максимальной температуре и охлаждения, включающего подачу воздуха в конец зоны охлаждения, т. е. в условиях противотока с движением заготовок [2]
Недостатками указанных способов является высокий расход топлива.

Настоящее изобретение обеспечивает уменьшение расхода топлива. Указанный технический результат достигается тем, что в способе обжига керамических изделий, например изделий стеновой керамики, путем нагрева исходных формованных заготовок, выдержки их при максимальной температуре и охлаждения в условиях противотока с газообразным кислородсодержащим теплоносителем, который подают в зону охлаждения и выводят из зоны подогрева, в качестве газообразного кислородсодержащего теплоносителя в зону охлаждения подают смесь с концентрацией кислорода 1 4 мас. при этом нагрев ведут за счет сгорания твердого топлива, которое вводят в шихту заготовок или в канал печи.

В качестве газообразного кислородсодержащего теплоносителя используют смесь воздуха с газообразными продуктами сгорания. Использование в качестве газообразного кислородсодержащего теплоносителя смеси с концентрацией кислорода 1 4 мас. не известно. Не известно также использование смеси воздуха с газообразными продуктами горения, образуемых в процессе термообработки керамических заготовок.

Сущность изобретения заключается в том, что для полной утилизации тепла в условиях противотока необходимо подавать в зону охлаждения холодный теплоноситель в количестве m_г, причем должно выполняться соотношение:
m_кс_к m_гс_г,
где m_к масса керамики, подаваемая в единицу времени в зону подогрева;
c_к удельная теплоемкость керамики;
m_г масса газообразного кислородсодержащего теплоносителя, подаваемого в единицу времени в зону охлаждения;
c_г удельная теплоемкость газообразного носителя.

При этом газообразный теплоноситель содержит кислород в количестве

где масса кислорода, поступающего в состав газообразного теплоносителя в зону охлаждения в единицу времени;
концентрация кислорода в газообразном теплоносителе, поступающем в зону охлаждения.

В случае использования в качестве теплоносителя воздуха в зону охлаждения поступит в единицу времени кислород в количестве

Это количество кислорода обычно в несколько раз превышает количество кислорода, необходимого для сжигания топлива (Наумов М.М. Кашкаев И.С. и др. Технология глиняного кирпича, Изд. литературы по строительству, М. 1979, с. 192). Если весь этот кислород попадает в зону обжига, где происходит горение топлива, то это приведет к нарушению режима печи.

Поэтому в известном способе, принятом за прототип, газообразный теплоноситель после прохождения зоны охлаждения полностью или частично удаляют из зоны охлаждения и в обход зоны обжига подают в зону подогрева, где его смешивают в заданной пропорции с горячими продуктами сгорания, поступающими в зону подогрева из зоны обжига (Наумов М.М. Кашкаев И.С. и др. Технология глиняного кирпича, Изд. литературы по строительству, М. 1969, с. 168-212; Бутт Ю. М. и др. Общая технология силикатов, Стройиздат, М. 1976, с. 297). При этом возникают потери тепла и ухудшаются условия теплопереноса в зоне обжига.

В предлагаемом способе противоречие между теплоемкостью газообразного кислородсодержащего теплоносителя и содержанием в нем кислорода решается регулировкой концентрации кислорода. Регулировку концентрации кислорода осуществляют путем смешивания кислорода с газообразными продуктами сгорания. В качестве источника кислорода используют воздух. Тем самым появляется возможность подобрать необходимое для сгорания количество кислорода и необходимое для теплопереноса общее количество газа. Необходимое количество кислорода может быть определено известными способами (Равич М.Б. Топливо и эффективность его использования, Наука, М. 1971).

В зависимости от общего количества газа можно выделить три режима: нормальный, критический и инверсный (Алдушин А. П. Мержанов А.Г. Теория фильтрационного горения. Общие представления и состояние исследований. Препринт, Черноголовка, 1987, с. 37). В критическом режиме температурный профиль симметричный, максимальная температура в несколько раз превышает адиабатическую температуру горения. В нормальном режиме температурный профиль несимметричный, нагрев происходит с большей скоростью, чем охлаждение, максимальная температура меньше, чем максимальная температура в критическом режиме. В инверсном режиме температурный профиль несимметричный, нагрев происходит с меньшей скоростью, чем охлаждение, максимальная температура меньше, чем максимальная температура в критическом режиме. Таким образом, меняя количество кислорода в газе и общее количество газа, можно в широких пределах менять режимы термической обработки керамических изделий.

Количество кислорода в газообразном теплоносителе можно изменять путем смешивания воздуха с газообразными продуктами сгорания. Способ реализуют следующим образом.

Исходные холодные формованные заготовки и твердое топливо помещают в канал печи в зону подогрева и перемещают с заданной скоростью через зону обжига в зону охлаждения. Навстречу им через зону охлаждения подают холодный газообразный кислородсодержащий теплоноситель. Горение топлива происходит в зоне обжига. Весь поступающий кислород расходуется в зоне обжига на горение твердого топлива. В зоне охлаждения горячие обожженные керамические изделия отдают тепло перемещаемому им навстречу, газообразному кислородсодержащему теплоносителю. Разница между температурами керамических изделий и газообразного теплоносителя может составлять 20 300^oС.

Нагретый в зоне охлаждения, газообразный кислородсодержащий теплоноситель весь поступает в зону обжига. Кислород теплоносителя вступает в реакцию горения с твердым топливом и полностью расходуется. В зоне обжига температуры газообразного теплоносителя и керамики приблизительно равны.

Горячий газообразный теплоноситель весь поступает из зоны обжига в зону подогрева, где, двигаясь навстречу исходным формованным керамическим заготовкам и твердому топливу, нагревает их, разница в температуре между исходными формованными керамическими заготовками и газообразным теплоносителем может составлять 20 300^oС.

Из зоны подогрева газообразный теплоноситель отбирают, часть его выпускают в дымовую трубу, а остальное смешивают с необходимым количеством воздуха и подают в зону охлаждения.

Способ может быть иллюстрирован следующими примерами.

Пример 1. В зону подогрева подают формованные керамические заготовки из шамота и углерод в количестве 0,5 мас. от массы керамики с массовой скоростью 0,1 кг/c. В зону охлаждения подают газообразную смесь, содержащую 99% азота и 1% кислорода с массовой скоростью 0,12 кг/с или ≈0,1 м³/с. В зоне обжига формируется горячая зона с симметричным температурным профилем и максимальной температурой ≈750^oC.

Пример 2. В зону подогрева подают формованные, высушенные до влажности 6% заготовки глиняного стандартного кирпича, содержащие в составе керамической массы ≈8 мас. золы ТЭЦ с теплотворной способностью ≈ 8,4 кДж/кг со средней массовой скоростью 1,5 кг/с. В зону охлаждения подают газообразную смесь, состоящую из 20% воздуха и 80% продуктов сгорания (содержание кислорода в смеси составляет 4%) со скоростью 1,2 1,8 м³/с. Возникает горячая зона с симметричным температурным профилем. Максимальная температура в зоне обжига ≈ 1000^oС. Скорость нагрева в диапазоне 20 110^oС равна 30 80^o в ч, в диапазоне 110-800 - 100-360^o в ч. В результате получают глиняные кирпичи с производительностью 15 млн. шт. в год.

Как видно из примеров, заявленный способ позволяет обжигать керамические изделия, включая стадию обжига, с минимальным расходом топлива. Способ позволяет использовать в качестве топлива некондиционные виды топлива, такие как зоны ТЭЦ и лигнин.

Сущность изобретения: с целью уменьшения расхода топлива в способе обжига керамических изделий путем нагрева исходных формованных заготовок, выдержки их при максимальной температуре и охлаждения в условиях противотока с газообразным кислородсодержащим теплоносителем, который подают в зону охлаждения и выводят из зоны подогрева, в качестве газообразного кислородсодержащего теплоносителя в зону охлаждения подают смесь с концентрацией кислорода 1 - 4 мас.%, при этом нагрев ведут за счет сгорания твердого топлива, которое вводят в шихту заготовок или в канал печи. В качестве газообразного кислородсодержащего теплоносителя используют смесь воздуха с газообразными продуктами сгорания. Изобретение может быть использовано в производстве изделий стеновой керамики, черепицы, плиток, дренажных труб. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ обжига керамических изделий, например изделий стеновой керамики, путем нагрева исходных формованных заготовок, выдержки их при максимальной температуре и охлаждения в условиях противотока с газообразным кислородсодержащим теплоносителем, который подают в зону охлаждения и выводят из зоны подогрева, отличающийся тем, что в качестве газообразного кислородсодержащего теплоносителя в зону охлаждения подают смесь с концентрацией кислорода 1 4 мас. при этом нагрев ведут за счет сгорания твердого топлива, которое вводят в шихту заготовок или в канал печи. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газообразного кислородсодержащего теплоносителя используют смесь воздуха с газообразными продуктами сгорания.