ГлавнаяВ 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.
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.
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.
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
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).
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.
