Производство клинкера в кольцевой печи Гофмана
| Начало кирпичного производства восходит к глубокой древности, при этом глиняный кирпич (лат. tegula) считается наиболее древним искусственным строительным материалом, применявшимся уже в эпоху неолита. В высушенном виде он был известен уже с VII века до н.э., а шумеры, вавилоняне и ассирийцы весьма искусно использовали кирпич в форме глазурованного продукта. Примерно 4200 лет назад при строительстве Вавилонской башни для ее «облицовки» был использован необожженный и обожженный кирпич. При археологических раскопках в Иерихоне (7500 до н.э.) был найден кирпич, до сих пор считавшийся наиболее древним. Римляне принесли с собой искусство обжига кирпича в Северную Европу через Ломбардию, в регион Эмс-Долларт, в такие области, как Гронинген и Райдерланд. Вскоре кирпичные заводы в регионе Эмс-Долларт сформировали закрытую территорию, так как находились в геологически едином пространстве. В течение долгого времени после распада Римской империи в Германии кирпичная промышленность в районе реки Эмс находилась в состоянии упадка. Примерно в 1600 году, когда была построена первая кирпичная печь, началось развитие и процветание кирпичной промышленности. Схожие географические и геологические условия в восточно-фризском Райдерланде и голландской провинции Гронинген, а именно наличие плотной плодородной илистой глины, большое количество торфа, служащего в качестве топлива, в окружающих болотах и множество рек, используемых в качестве транспортных путей, обусловили развитие в данном регионе «дымящей» промышленности. В одном только Райдерланде в XIX веке насчитывалось более 40 кирпичных заводов, во всей Восточной Фрисландии — 100 заводов, а в провинции Гронинген — около 80 действующих кирпичных заводов. За последние два столетия произошли существенные изменения в индустрии кирпичного производства. Эти изменения затронули все основные этапы производства обожженного кирпича — замес глины, формование заготовок и обжиг кирпича. На смену ручным механизмам пришли конвейер и автоматика. Полевые печи, печи с верховым пламенем, а также кольцевые печи последовательного горения уступили место современным газовым туннельным печам, которые значительно увеличили производительность одноцветного клинкерного кирпича. В настоящее время в Европе существует только один кирпичный завод в Ненндорфе, где сохранилась технология производства клинкера с обжигом на торфе в кольцевой многокамерной печи Гофмана. Давно признанный исчезнувшим клинкер, обжигаемый на торфе, до сих пор считается среди знатоков жемчужиной кирпичного производства. Завод в Ненндорфе был основан в 1895 году. Кирпич производился в полевой печи. Глина для заготовок выкапывалась вручную, формы заготовок также выполнялись вручную. В 1904 году на заводе была установлена кольцевая многокамерная печь последовательного горения, получившая название по имени ее изобретателя — Фридриха Эдуарда Гофмана. Кольцевая печь Гофмана, которую изобретатель запатентовал в 1858 году, получила широкое применение, так как значительно сократила расход необходимого для обжига кирпича топлива и увеличила производительность. Основное отличие кольцевой печи Гофмана заключается непрерывности процесса обжига без перерывов на охлаждение для выемки готового кирпича и загрузки новой партии заготовок. Это стало возможно благодаря конструктивным особенностям печи последовательного горения, которая состоит из 14-20 независимых камер с отдельной дверью для загрузки и выгрузки в каждой. Камеры соединены воздушными каналами, по которым проходит горячий воздух, сокращая теплопотери и экономя топливо. Таким образом, обжиг кирпича в кольцевой печи Гофмана происходит последовательно, камера за камерой, а уголь, торф или дрова подаются в камеры через шуровочные отверстия, которые расположены в потолке. На заводе в Ненндорфе до сих пор работает кольцевая печь Гофмана овальной формы, построенная в 1904 году. Изначально глина для производства клинкерного кирпича утрамбовывалась лошадьми на конном заводе. В 1908 году лошадей заменила паровая машина с приводным механизмом. В 1927 году на заводе появились специальные дробильные установки. Одновременно были установлены современные зумпфы и прессы. В 1935 году компания перешла на использование электроэнергии. Хотя с появлением туннельных печей и в результате перехода от органического топлива к газу стало возможно выгодно производить в больших количествах типовой одноцветный клинкер, именно риск потери индивидуальности, выразительности и особой эстетики клинкера с обжигом на торфе заставил отказаться завод в Ненндорфе от современной газовой печи и определил его особый путь. Сегодня «живой» музей в Ненндорфе обжигает облицовочный и тротуарный клинкер по старой технологии и спрос на него не сокращается. Клинкер Wittmunder Torfbrand Klinker из Ненндорфа имеет свои индивидуальные параметры — цвет кирпича, его формат, форму. Лицевая поверхность клинкера хранит уникальные следы, которые подчеркивают ручной характер производства. Блестящая глазурь, следы от соприкосновения с другими кирпичами во время обжига, остатки песка, иногда отпечатки текстуры ленты транспортера, на которую заготовки подавались после нарезки перед просушкой и загрузкой в печь. Очень часто все эти неповторимые признаки «handmade» Виттмундского клинкера комбинируются таким образом, что вместе присутствуют в одной сортировке. Возможность же создания индивидуальных неповторимых сортировок клинкера подчеркивает редкий и эксклюзивный характер продукта. Источник Выбор длины зон гофманской печи и ведение обжигаПервое условие для нормального хода обжига в кольцевой печи — достаточная длина рабочей части (загруженной сырцом). Нужно иметь для каждой печи постоянную, выработанную опытом, кривую режима обжига, показывающую изменение температуры по длине рабочей части. Руководствуясь этой кривой, можно установить, как необходимо вести обжиг. На рис. 106 приведена кривая обжига сырца. Длина зоны остывания и подогрева берется, примерно, одинаковая — по 5 камер. Зоны, как впереди огня, так и сзади его должны обеспечить равномерный и спокойный подъем температуры обжигающегося сырца и такое же постепенное охлаждение обожженного кирпича. Число камер в зоне остывания берется тем большим, чем больше их имеет печь. Так, в 16-камерной печи на остывании, обычно, держат 4—5 камер. В 20-камерной — 7 и т. д. Диктуется такое распределение, помимо уже приведенных соображений, необходимостью выдержать кирпич в «закале», в «краске», т. е. сразу после обжига дать ему очень медленное и спокойное охлаждение. В этом случае кирпич получается более звонким и механически прочным. После «закала» охлаждение кирпича ведется более быстрыми темпами. Относительно большее количество камер охлаждения гарантирует ровное остывание кирпича и постепенный нагрев воздуха, засасываемого в зону обжига. Кирпич, чувствительный к резким переменам температуры, требует для себя большой зоны остывания. Количество камер должно быть таким, чтобы обожженый кирпич остывал около двух суток. Это в том случае, если он плохо переносит резкое охлаждение. Меньший срок остывания создает опасность получения трещиноватых изделий или очень хрупких. При этом условии легко рассчитать количество камер на остывании. За 2 суток огонь в печи в среднем проходит расстояние: 15*2=30 м. В этом примере скорость движения огня принята 15 м в сутки; 2 — число суток, необходимое для остывания кирпича в нормальном обжиге. Основываясь на этих данных, делаем вывод, что после огня на охлаждении должно быть 6—5 камер. Расчет такой: длина камеры принимается в 5,2 м; значит, на охлаждении должно быть 30 : 5,2 = около 6 камер.
Большие скорости движения огня заставляют увеличить и зону остывания. Для глин, хорошо переносящих резкое охлаждение, зона остывания может быть уменьшена по сравнению с приведенной. Малое количество остывающих камер создает опасность прорыва совсем холодного воздуха через садку в зону обжига; горение топлива замедлится, производительность печи уменьшится. На подогрев сырца, на «дым» берется такое же количество камер, как и для остывания. Если печь работает на искусственной тяге и набольших скоростях, то и длина этой зоны должна быть увеличена. Работа на тощих глинах, садка в печь хорошо подсушенного сырца, позволяют укоротить зону подогрева. Ненормально длинная зона подогрева создает опасность переохлаждения дымовых газов, так как их водяные пары могут осаждаться на только что загруженном сырце. Вообще длина зоны подогрева должна быть 5—8 камер. Из этого количества выделяют, примерно, до половины камер (наиболее удаленных от огня) для досушивания сырца, которое ведут до тех пор, пока температура достигнет 110°, т. е. до полного удаления гигроскопической влаги. Работа зоны обжига или «взвара» (та часть, куда засыпается топливо) зависит, в первую очередь, от работы зоны охлаждения. Чем больше будет подогреваться воздух в зоне охлаждения кирпича, тем лучше будет работать зона обжига. Зону обжига желательно сделать возможно более длинной. Удлинение зоны обжига увеличивает время соприкосновения протекающего нагретого воздуха с раскаленным топливом. Это дает возможность уменьшить избыток воздуха в отходящих дымовых газах. Одновременно уменьшается и расход топлива. Отсюда вывод: в зоне обжига (на взваре) должно быть, не менее 16—20 рядов. Засыпка топлива в трубочки производится непрерывно, не ожидая пока совсем сгорит топливо, засыпанное прежде. Одновременно необходимо следить, чтобы на колосниках не создавался большой запас топлива. Размер засыпки, как правило, должен быть возможно меньшим, а засыпка должна производиться как можно чаще. Однако, в каждом отдельном случае исчерпывающий ответ дает лишь анализ дымовых газов (см. ниже). Засыпка топлива в различные части зоны обжига производится разно. Так в ряды впереди огня и сзади его, топливо забрасывается наполовину меньше чем в ряды самой высокой температуры. Переход от минимальных размеров засыпки до самых больших должен быть постепенным. Обжиг должен вестись так, чтобы температура равномерно распределялась по всему поперечному сечению печи. При нормальном обжиге среднее количество углекислоты в дымовых газах колеблется в границах 12—14%. В очень плохо работающих печах оно падает до 3%. Количество воздуха, поступающего в зону обжига, при хорошей работе составляет 200—350% против необходимого. Малый избыток воздуха в дымовых газах, в существующих конструкциях гофманских кольцевых печей ведет к недостаточному охлаждению кирпича. Чтобы ускорить его остывание, необходимо отвести избыток тепла в сушила. Исследования работы печей убеждают в том, что достигнуть 14% углекислоты в дымовых газах можно лишь тогда, когда на огне находится не меньше 12 рядов. Меньшее количество трубочек на обжиге вызывает необходимость класть больше топлива в каждую трубочку. Создается местный перегрев кирпича, на котором происходит горение. Кирпич портится; время соприкосновения газов с топливом уменьшается; увеличивается избыток воздуха; падает скорость продвижения огня в печи. Все это приводит к повышенному расходу топлива. Многократными опытами установлено, что зону обжига следует доводить до 20 рядов и более для того, чтобы иметь возможно большую площадь горения. На одной из печей киевских кирпичных заводов обжиг антрацитовым штыбом велся 21 рядами. Результаты были прекрасные. Получение зоны обжига необходимой длины возможно лишь с тех случаях, когда имеется достаточная длина рабочего канала. Отсюда делаем вывод, что на длинном канале печи легче добиться хороших результатов. Канал недостаточной длины используют, поневоле уменьшая длину зоны обжига. Короткая печь требует особой тщательности в работе. Вид и состояние топлива оказывают влияние на изменение-температур в печи, в промежутке времени между засыпками. Засыпка в печь сухого топлива вызовет меньшее кратковременное падение температуры в зоне обжига, чем загрузка влажного. Продолжительность и характер выделения летучих веществ из топлива также играет существенную роль в процессе горения. Непродолжительное выделение летучих и большое их количество быстро подымают температуру после загрузки трубочек до исходного уровня. Наоборот, такие короткопламенные виды топлива, как кокс, долго нагреваются, но, раскалившись, создают местный перегрев кирпича. На основании этого можно сделать заключение, что большая поверхность горения для кокса и тонкий слой его уменьшают опасность пережега. Сорта топлива с большим количеством кокса должны сжигаться на больших поверхностях и соответственно тонким слоем. На процесс горения влияет и величина кусков горючего. Мелкое топливо имеет большую поверхность соприкосновения с воздухом. Получается меньший избыток воздуха в дымовых газах. Мелкое топливо, рассыпанное на большой поверхности, быстро прогревается и скоро сгорает, выделяя много тепла в единицу времени. Еще и теперь на заводах иногда возникают споры о преимуществах и недостатках способов засыпки топлива по направлению огня и против него. Этот вопрос подвергался многократному исследованию. Во всех случаях получались выводы, что способ засыпки по направлению огня или против него не показывает ощутимой разницы в расходе топлива. Засыпка же против направления движения дымовых газов дает возможность одновременно следить и за состоянием ранее загруженного топлива. Засыпка топлива должна производиться каждые 10—15 минут и притом попеременно, через ряд. Прием нового ряда на обжиг и продвижение огня вперед возможно, если садка сырца в принимаемом ряду нагрелась до темнокрасного каления. Здесь имеется в виду антрацит — топливо, трудно воспламеняющееся (около 700°). Только тогда есть гарантия, что на поду и колосниках при засыпке топлива не образуется запас, который поведет к местному пережегу. При нормальной работе печи факел огня длиннопламенного топлива должен быть виден на 2—3 ряда впереди зоны обжига. В смысле непрерывности подачи топлива в печь очень удобна засыпка автоматическая, механизированная. Автоматическая засыпка ликвидирует колебание температур в печи; обжигающийся кирпич обеспечен постоянным, длинным пламенем. Производится автоматическая засыпка так называемыми шур-ап-паратами. Шур-аппарат обычно состоит из вертикального металлического цилиндра диаметром 250—300 мм емкостью около 150 л. Через цилиндр проходит посредине вертикальный вращающийся вал. На нижней части вала прикреплены лопатки, образующие шнек. Вал, медленно вращаясь, лопатками непрерывно выбрасывает топливо из шур-аппарата вниз и наружу. Шур-аппаратов существует много конструкций, но все они сводятся в принципе к описанному типу. Устанавливается шур-аппарат прямо на принимаемую трубочку гофманской печи. В цилиндр аппарата засыпают топливо и подключают аппарат к общей трансмиссии, обслуживающей все аппараты. Засыпка после подключения производится автоматически. По мере расходования топлива необходимо наполнять цилиндр. После того, как рядок отбросят, шур-аппарат переносят вручную или перевозят на приспособленной тележке вперед на вновь принимаемый рядок. Поскольку шур-аппараты основаны на принципе выбрасывания топлива механизмом типа улитки или шнека, работают они только на топливе, обладающем свойством сыпучести. Кроме того, топливо не должно слеживаться и должно быть мелким, в нем не должно быть крупных кусков. Хорошо подходит для шур-аппарата мелкий грохоченный каменный уголь, грохоченный антрацит-штыб, антрацит-семячко и т. п. Фрезерный торф в существующих конструкциях шур-аппаратов использовать не удается, так как он слеживается и не высыпается равномерным потоком. Объемистое легкое топливо гофманских печей (некоторые виды уносов ТЭЦ) также трудно использовать вследствие того, что при обычных размерах аппаратов надо делать очень частую засыпку, что неудобно. Делать же большие цилиндры затруднительно, — неудобно перебрасывать по печи. Для того, чтобы добиться хорошей работы печи и ускорить ход огня, помимо уже указанных мероприятий, очень важно максимально уменьшить излучение тепла наружу. Для этого необходимы: а) тщательная заделка ходков в два ряда кирпича с засыпкой промежутка между ними золой; б) тщательная установка шиберов в каждой камере; в) установка трубочек с песочными затворами; г) содержание в порядке фукс и боровов; д) тепловая изоляция сводов и стен засыпкой (засыпка производится печным мелким шлаком, трепелом, а футеровка стен — трепельным кирпичом и т. п.). Источник |
