Визначення раціональної концентрації органовмісних відходів у керамічній масі та їх підготовка для виробництва стінової кераміки пластичним методом
Мета роботи: отримати навички визначення раціональної кількості органовмісних відходів в складі керамічної маси для розробки ресурсозберігаючої технології пластичного формування виробів стінової кераміки.
Основні відомості
В технології виробництва керамічної цегли (рядової), каменів та блоків, які відносяться до виробів стінової кераміки, використання органовмісних відходів набуло широкого розповсюдження та потребує вміння визначати раціональну концентрацію домішок в складі керамічної маси для умов промислового виробництва.
Останнім часом все більше застосовується в якості домішок багатотоннажні відходи промисловості, які в своєму складі мають вигоряючу складову.
Вигоряючу компоненту відходів класифікують по ступеню метаморфізму та температурі згоряння. Високу ступінь метаморфізму має щільна маса відходів вуглевидобутку, вуглезбагачення (гравітаційні та флотаційні) антрацитового вугілля з температурою початку загорання (650 – 750) 0С.
Зменшення глибини залягання вугілля в земній корі характеризується зниженням його щільності та температури початку загорання (буре вугілля Львівсько-Волинського басейну). В загальному виді зменшення ступеню метаморфізму прослідковується в ланцюжку: антрацитове вугілля → буре вугілля → сланці → торф → деревина та інші відходи рослинного походження.
Для відходів рослинного походження початкова температура горіння становить (350 – 450) 0С.
Зменшення ступеню метаморфізму органічної складової домішок дає відповідне зниження її питомої теплоти згорання від 30000 до 2000 кДж/кг. Крім енергетичної складової, яка дає можливість за рахунок внутрішньої екзотермії в керамічних виробах зменшувати витрати технологічного палива при випалі, використання відходів впливає на перебіг технологічних процесів виробництва та параметри роботи печей випалу.
Кількість корисної теплоти, яка виділяється в результаті згорання органічної складової домішок розраховують по формулі:
(1)
де 
– питома теплота згорання домішок, кДж/кг;
– маса введеної домішки , кг;
К – коефіцієнт корисного виходу теплоти (залежить від ступеню метаморфізму органічної компоненти);
Для вугілля К = 0,35 – 0,6;
Для органіки рослинного походження К = 0,14 – 0,2 [1]
На величину К впливає:
· Дисперсний склад домішок та глинистої сировини;
· Температура початку згорання органічної складової домішок;
· Конструктивні особливості тепло технологічного агрегату випалу та його аеродинамічний режим.
Наведені значення коефіцієнта К мають місце при випалі кераміки в тунельних печах, які працюють за протиточною схемою.
У виробництві стінової кераміки, в якості тепло-технологічного агрегату для випалу, переважно використовуються, тунельні печі, конструкція яких не передбачає відбір надлишкового, над необхідним для випалу виробів, тепла.
Регулювання режиму процесу випалу відбувається за рахунок зменшення подачі технологічного палива в піч.
Таким чином кількість органовмісних відходів повинна бути такою, щоб загальна кількість теплоти, яку можуть дати відходи за рахунок внутрішньої екзотермії, не перевищувала необхідну на випал кількість теплоти, яку отримують від спалення технологічного палива.
Виробництво даного виду кераміки потребує фіксовану кількість теплоти:
(2)
де В – кількість палива, т/год (м3/год);
– питома теплота згорання палива, кДж/кг (кДж/м3)
Кількість відходів, яку можна ввести до складу керамічної маси з якої формують напівфабрикати виробів, розраховується з використанням формул (1) та (2).
Витрати природного газу на теплову обробку стінової кераміки передовими заводами західної Європи становить (42 – 52) м3/1 т. продукції.
На аналогічну продукцію на Українських підприємствах витрачають (50 – 62) м3/1 т. продукції, природного газу з питомою теплотою згорання 33400 кДж/м3.
Таким чином середня витрата теплоти на 1 т керамічної цегли складає 1870400 кДж.
Методика виконання роботи
Раціональну концентрацію домішок в складі керамічної маси визначаємо для різного проценту економії технологічного палива (20, 30 та 40%). По рекомендації викладача можуть бути використані інші значення відсотку економії палива.
Наприклад, при 20% економії технологічного палива теплота згорання становить:
Тоді в формулу (1) підставимо величину економії палива та знаходимо масу домішок, яку необхідно ввести до складу керамічної маси.
Теплоту згорання домішок для вуглевідходів різних родовищ або збагачувальних фабрик наведено в довідниках [3].
В результаті розрахунків знаходимо масу домішок яка повинна знаходитись у 1000 кг.
Приклад: якщо 20% економії палива становить 374080 кДж
К = 0,4 (приймаємо в залежності від технічного рівня виробництва)
= 8400 кДж/кг, (з довідника для конкретного відходу)
= 111,3 кг на 1 т., або 0,1113 кг відходів на 1 кг сухої маси.
По рішенню викладача можлива зміна початкових умов та складання керамічної маси по заданому викладачем проценту (мас.%) відходів з наступною перевіркою кількості теплоти від екзотермії відходів, яка дає економію технологічного палива на випал виробів. Кінцевий склад керамічної маси узгоджується з викладачем. Наступний етап послідовно включає наступне:
˗ Підсушку компонентів і керамічної маси;
˗ Грубий помел відходів та основної глинистої сировини;
˗ Тонкий помел;
˗ Дозування та змішування компонентів маси;
˗ Зволоження маси до (22 – 25) % (абс. вологість).
˗ Гомогенізація керамічної маси на протязі (6 – 7) діб в закритому об’ємі (для кожного складу окремо).
По закінченню роботи складається звіт та протокол у якому наводять вихідні дані, результати розрахунків та методику виконання роботи (скорочений варіант), склади керамічних мас, умови помелу, змішування та гомогенізації мас. В кінці звіту обов’язкові висновки роботи.
Контрольні питання
1. Що називають керамічною масою?
2. Які умови вигорання органовмісної компоненти керамічної маси при випалі кераміки?
3. Від чого залежить значення компоненти К у формулі (1) для визначення корисної теплоти?
4. Вивчення поняття «техногенна сировина»?
5. Як класифікуються органовмісні відходи?
6. Навіщо потрібна гомогенізація керамічної маси після її підготовки?
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 2