Главная
Новости
Статьи
Ремонт
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Грунтовые основания
Опорные сооружения




04.12.2021


04.12.2021


03.12.2021


03.12.2021


01.12.2021


01.12.2021


01.12.2021





Яндекс.Метрика

Определение оптимальной области температур выгорания углерода и продолжительность этого процесса в золокерамических материалах

05.03.2016

Оптимизация основного технологического процесса обжига стеновых золокерамических изделий в значительной мере зависит от интенсивности выгорания остаточного топлива, запрессованного в теле сырца с золой. При этом следует отметить, что горение топлива, содержащегося в керамическом материале, — сложный физико-химический процесс, связанный со многими факторами, влияние которых необходимо учитывать при разработке рациональных режимов обжига золокерамических изделий.
В обожженном зольном кирпиче (в изломе) наблюдаются три ярко выраженные зоны, различающиеся по окраске (см. рис. 40). Границы между зонами условные — одна зона постепенно переходит в другую: в центре кирпича зона черного цвета, а к периферии — светлых тонов. Неодинаковая окраска черепка объясняется различной степенью окисления железа, причем черная окраска сердцевины обусловлена, кроме того, наличием в ней углерода, находящегося в тонкодисперсном состоянии.
Скорость выгорания углерода, содержащегося в золе, определяет общую длительность процесса обжига зольных изделий. Поэтому при разработке рационального режима обжига изделий с высоким содержанием топлива в исходной шихте необходимо знать не только оптимальную температуру выгорания углерода, но и длительность этого процесса.
Нами выполнены экспериментальные исследования по определению оптимальной температуры выгорания углерода и продолжительности этого процесса в образцах на основе зол ТЭС с добавками местных глин.
Для исследований из высушенного кирпича-сырца выпиливали образцы (с последующим шлифованием) в виде плиток размером 60x40x12 мм. Толщина принятых к исследованиям образцов примерно соответствует расстоянию между щелевыми пустотами в стандартных стеновых керамических изделиях.
Определение оптимальной области температур выгорания углерода и продолжительность этого процесса в золокерамических материалах

Определение оптимальной области температур выгорания углерода и продолжительность этого процесса в золокерамических материалах

Образцы предварительно обжигали в специальной капсуле в угольной засыпке при 800°С в течение 5 ч. При такой обработке все процессы, связанные с выделением газообразных продуктов, практически полностью завершаются, в то время как углерод коксового остатка топлива сохраняется, за исключением той его части, которая окисляется, за счет восстановления наиболее легко восстанавливающихся окислов, содержащихся в самой глине.
Продолжительность последующего выгорания углерода в образцах определяли термогравиметрическим методом. Опыты вели в изотермических условиях в температурном интервале 950—1100°C. Исследуемый образец подвешивали к самопишущим весам и опускали в заранее разогретую до заданной температуры камеру обжига специальной электрической печи. В камеру подавали воздух со скоростью 5 см/с. Изменение массы образца в координатах «масса—время» регистрировали с момента опускания образца в камеру печи.
Оптимальная температура выгорания углерода и продолжительность этого процесса определены на образцах, сформованных из шихт составов (табл. 42).
На рис. 42 приведены кинетические кривые уменьшения массы образцов из шихт I, 3, 8 за счет выгорания в них углерода при температурах 950, 1000, 1050 и 1100°C. Скорость процесса выгорания углерода в начальной стадии с повышением температуры возрастает, однако при температуре 1100°C процесс выгорания углерода, протекающий вначале с максимальной скоростью, вскоре начинает резко замедляться, что является следствием интенсивного спекания черепка. Средняя скорость выгорания углерода и продолжительность этого процесса при различных температурах показана в табл. 42 и на рис. 43, а.
В целом продолжительность выгорания углерода в зологлиняных образцах из шихт 1, 3, 8 примерно одинакова (около часа). Область оптимальных температур выгорания углерода находится в пределах 1000—1050°C.
Определение оптимальной области температур выгорания углерода и продолжительность этого процесса в золокерамических материалах

На втором этапе экспериментальных работ было исследовано влияние углерода на скорость выгорания и продолжительность этого процесса вида и содержания глины в составе шихты и дисперсности золы. При этом в качестве основного сырья использовались золы Алма-Атинской, Ермаковской и Карагандинской ГРЭС, причем алма-атинская зола в немолотом и молотом (до полного прохождения через сито 900 отв/см2) виде, в качестве связующей добавки применялись Еысокопластичные глины — айнабулакская, темиртауская, монтмориллонитового состава, среднепластичная сасык-карасуская монотермитового, мойская каолинитового составов и малопластичный бурундайский суглинок (см. табл. 42).
Как видно из приведенных на рис. 43 и в табл. 42 данных, вид глины, вводимой в состав шихты, значительно влияет на продолжительность выгорания углерода (38—47 мин с добавкой малопластичного бурундайского суглинка и 80—91 мин среднепластичной сасык-карасуской глины монотермитового состава).
В образцах с молотой золой скорость выгорания углерода ниже, чем в образцах того же состава с немолотой золой. Объясняется это тем, что в первом случае уменьшается газопроницаемость образцов, что подтверждается показателями их водопоглощения: чем эта величина выше, тем больше газопроницаемость образца, и, следовательно, тем быстрее выгорает углерод при прочих равных условиях. При введении молотой золы наблюдается более четко выраженный максимум скорости выгорания углерода в образцах вследствие интенсивного спекания черепка при температурах выше 950°С. Четко выраженный максимум скорости выгорания углерода отмечен при обжиге образцов из смеси 85% золы Карагандинской ГРЭС и 15% делювиальной глины Темиртауского месторождения (рис. 43, а) вследствие интенсивного спекания черепка в области температур выше 1050°С.
Определение оптимальной области температур выгорания углерода и продолжительность этого процесса в золокерамических материалах

С увеличением содержания золы в составе шихты максимум на кривых, характеризующих скорость выгорания углерода, становится менее четким (рис. 43, б), так как замедляется процесс спекания черепка.
Известно, что продолжительность выгорания углерода в черепке пропорциональна квадрату его толщины и обратно пропорциональна концентрации кислорода в печных газах. Продолжительность выдержки изделий в области оптимальных температур выгорания τвыд (по экспериментальным данным в образцах из немолотой золы толщиной 1,2 см она округленно равна 1—1,5 ч) можно определить по формуле
Определение оптимальной области температур выгорания углерода и продолжительность этого процесса в золокерамических материалах

где τэксп — продолжительность выгорания углерода в исследуемом образце; S — максимальная толщина черепка в реальном изделии между смежными поверхностями, омываемыми печными газами; σ — толщина исследуемого образца, мм (в нашем случае 12 мм); 21 — содержание кислорода в воздухе, %; % O2 — содержание кислорода в печных газах в зоне выгорания углерода.
Следовательно, с увеличением толщины черепка продолжительность процесса выгорания в нем углерода также увеличивается. Для полного выгорания коксового остатка в черепке полнотелого кирпича требуется весьма длительный обжиг в окислительной среде.
Поскольку уменьшение толщины черепка дает возможность резко интенсифицировать как процесс выгорания топливa в черепке, так и процессы теплообмена, наибольший эффект может быть достигнут при обжиге пустотелого кирпича и других эффективных изделий со сквозными отверстиями.
В условиях опытно-экспериментального предприятия (ОЭП) Алма-Атинского НИИстромпроекта и опытного завода ВНИИстрома проведена работа по получению кирпича и керамических камней с 18 пустотами на основе зол ТЭС.
Основным сырьем для производства указанных изделий являлась зола от сжигания угля карагандинского бассейна из золоотвалов Алма-Атинской и Карагандинской ГРЭС с влажностью 20—26%. В качестве связующей добавки использовали местные глины: в золу Алма-Атинской ГРЭС вводили глину Айнабулакского и Чингильдинского месторождений, а в золу Карагандинской ГРЭС — глину Темиртауского месторождения.
Глинистое сырье предварительно высушивали и подвергали помолу в шаровых мельницах до тонины, характеризуемой полным прохождением через сито с диаметром отверстий в свету 1,25 мм. Остаточная влажность глин составляла 3—6%.
В условиях ОЭП Алма-Атинского НИИстромпроекта предварительно подготовленное глинистое сырье подавали в бункер тарельчатого питателя СМ-179А, золу — в приемный бункер ящичного питателя. Отдозированные по массе (зола 65— 85% и глина 15—35%) компоненты шихты перемешивали и доувлажняли в двухвальной глиномешалке СМ-246, затем зологлиняную смесь подавали последовательно в вальцы тонкого помола СМ-696А и в пресс для формовки валюшек.
Переработка зологлиняной смеси, производимая в эффективном смесителе типа CH, улучшила качество обработки смесей и заменила двухзальную глиномешалку и пресс для формовки валюшек. Изделия формовали на вакуум-прессе СМ-443А при глубине вакуума 62—72 кПа. Формовочная влажность зологлиняной смеси составляла 22—24%. Резку бруса осуществляли резательным полуавтоматом СМ-673А. Кирпич и керамические камни с 18-ю пустотами с резательного полуавтомата снимали вручную на сушильные вагонетки.
Сушка изделий производилась в искусственных условиях — специальных электрических сушильных установках типа камерных и туннельных сушил.
В начальный период сушки (первые 5 ч) относительная влажность среды и теплоносителя поддерживалась в пределах 82—88%. Скорость движения теплоносителя в сушильной установке туннельного типа составляла 4—6 м/с. Влажный воздух отсасывали из сушилки камерного типа через определенные промежутки времени (5 и 3 ч) специально встроенным вентилятором. Заданная продолжительность сушки в обоих сушильных установках — 20 ч.
Остаточная влажность изделий в камерной сушилке составляла 6—10%, в туннельной — 2—5%. После сушки изделия дефектов не имели. Прочность их составляла в среднем: при сжатии 13—36 кгс/см2, при изгибе 8—16 кгс/см2.
При назначении режима обжига учтены результаты экспериментальных работ по определению оптимальной температуры выгорания углерода и продолжительности этого процесса. Обжиг производили по режиму: равномерный подъем температуры со скоростью 50°С/ч до заданного максимального значения 1070—1100°C, выдержка при максимальной температуре 2—4 ч, затем — естественное охлаждение. Общая продолжительность цикла обжига составляла 24—30 ч. При таком режиме обжига неполное выгорание углерода наблюдается в незначительном количестве лишь в отдельных местах изделий (рис. 44).
Определение оптимальной области температур выгорания углерода и продолжительность этого процесса в золокерамических материалах

Результаты физико-механических испытаний приведены в табл. 43. Для сравнения показаны также результаты испытаний полнотелого зольного кирпича, изготовленного из шихт аналогичных составов.
В изломе эффективных зольных изделий отсутствует ярко выраженная зональность, а наличие более спекшейся сердцевины повышает их прочность на 10% и более, а объемная масса ниже на 10—25% полнотелого зольного кирпича.
Продолжительность и оптимальная температура выгорания углерода увеличиваются с уменьшением содержания глины в составе шихты и повышением ее пластичности, а также с возрастанием дисперсности золы, что объясняется уменьшением газопроницаемости сырца и замедлением процессов спекания черепка.
Определение оптимальной области температур выгорания углерода и продолжительность этого процесса в золокерамических материалах

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: