Файл: Справочник понаилучшим доступным технологиям и т с 4 2 0 1 5.pdf

57
Температурный интервал обжига, °C
Основное сырье
Изделия
Область применения
1180
–1220
Глины, каолины, кварцевый песок, полевые шпаты
Керамогранит
Строительная керамика
1200
–1250
Глины, каолины, кварцевый песок, полевые шпаты
Санитарно- технические изделия
Строительная керамика
1250
–1420
Глины, каолины, кварцевый песок, полевые шпаты
Фаянсовая и фар- форовая посуда
Хозяйственно- бытовая керамика
1300
–1430
Глины, каолины, кварцевый песок, полевые шпаты
Фарфоровые изоляторы
Техническая керамика
1350
–1400
Глины
Шамотные огнеупоры
Огнеупоры
1550
–1750
Глинозем
Корундовая керамика
Техническая керамика
1700
–1900
Нитрид кремния
Керамика из нитри- да кремния
Техническая керамика
Обжиг керамических изделий обычно проводят в печах, оснащенных газовыми горелками, или электронагревателями из металлических сплавов, графита, керамики
(карбида кремния, хромита лантана, дисилицида молибдена).
2.1.3.7.1
Печи периодического действия
К ним относятся печи с выкатным подом и колпаковые печи, которые представ- ляют собой одиночную камеру, куда загружают предварительно высушенные заготов- ки. В колпаковых печах колпак, оборудованный нагревательным элементом, устанав- ливают на под при помощи подъемного устройства, в печах с выкатным подом садку помещают в рабочее пространство печи на вагонетках. После загрузки печь закрывают и обжигают изделия по заданному режиму. В качестве источника тепла обычно служат газовые горелки, конструкция печей позволяет четко контролировать температуру и характер среды (окислительный или восстановительный).
Окончание таблицы 2.1

58
В производстве огнеупоров, технической керамики также используют газовые камерные печи с садкой изделий в капсели — огнеупорные короба, защищающие из- делия от потоков раскаленных газов и непосредственного влияния дымовых газов.
Для обжига изделий технической керамики используют вакуумные шахтные печи с нагревателями из графита, вольфрама или молибдена, развивающие температуру до
2200
°C — 2500 °C. Часто обжиг в таких печах ведут в среде азота или инертных газов
(аргона, гелия).
Для получения особо плотных изделий технической керамики простой формы используют прессы горячего прессования (система на основе гидравлического пресса, помещенного в печь с графитовыми нагревателями), для обжига изделий сложной формы — изостаты — печи электросопротивления, способные создать давление газа
(азота или инертных газов) до 200 МПа.
Печи периодического действия применяют при небольших объемах производ- ства для выпуска специализированных изделий (кирпича особой формы, фитингов, ог- неупоров и т. д.). Главное достоинство таких печей — возможность гибко регулировать технологический процесс, особенно при частой смене продукции, что до некоторой степени обуславливает их сравнительно низкую энергоэффективность. На рисунке 2.1 представлен поперечный разрез печи с выкатным подом.
Рисунок 2.1 — Вид в разрезе печи с выкатным подом [80]

59
2.1.3.7.2
Непрерывно действующие печи
Кольцевые печи (печи Гофмана). Эти печи состоят из ряда соединенных меж- ду собой камер, которые последовательно заполняют высушенными изделиями
(например, кирпичом), герметично закрывают и обжигают в псевдонепрерывном режи- ме, при этом горячие газы поступают из первой камеры в следующую по дымоходам и через отверстия между камерами. Такая схема позволяет непрерывно осуществлять предварительный обогрев изделий и охлаждение дымовых газов, что повышает энер- гоэффективность печи и ведет к снижению затрат по сравнению с печами периодиче- ского действия. В настоящее время для обогрева таких печей в основном используют газ, местами выполняют верховую загрузку опилками, углем или мазутом.
Туннельные печи. Эти печи представляют собой сконструированные из огне- упорных материалов туннели, в которых проложены рельсы для перемещения вагоне- ток. На вагонетках устроены огнеупорные полки, куда в определенном порядке загру- жают изделия. Вагонетки проталкивают вдоль печи через определенные интервалы против движения воздуха, нагнетаемого одним или несколькими вентиляторами в вы- тяжной канал вблизи устья печи. Большая часть современных туннельных печей обо- гревается газом, максимальная температура создается в зоне обжига около центра пе- чи. По мере своего движения входящая садка прогревается горячими топочными газа- ми, а выходящая охлаждается при обдуве подаваемым в печь воздухом, который при этом подогревается. Часть воздуха из зоны охлаждения отбирают в смежные сушилки, что обеспечивает существенную экономию топлива.
Канал печи изолируют от подсоса воздуха из подвагонеточного пространства при помощи песчаного затвора с целью снижения энергопотребления путем создания гер- метичного рабочего пространства печи [99].
В ряде случаев туннельные печи, оснащенные особыми видами транспортных устройств (например, контейнерами-лодочками), используют для обжига сырья и изде- лий технической керамики.
На рисунках 2.2 и 2.3 представлены схема и поперечный разрез туннельной пе- чи.

60
Рисунок 2.2 — Схема туннельной печи [80]
Рисунок 2.3 — Вид в разрезе туннельной печи с вагонеткой [80]
Роликовые печи. В настоящее время одноярусные роликовые печи находят практически повсеместное применение в производстве облицовочной и напольной плитки, продолжительность обжига в них обычно составляет менее 40 мин. Плитка движется по вращающимся роликам, для обогрева служат горелки на природном газе,

61 установленные по периферии печи. Основными механизмами передачи тепла являют- ся конвекция и излучение, а поскольку такие печи оборудуют открытыми горелками, это ведет к повышению коэффициента теплопередачи и, как следствие, к снижению про- должительности обжига и энергопотребления на обжиг по сравнению с другими типами печей. Роликовые печи также применяют при производстве черепицы, керамических труб, санитарно-технических изделий и посуды. Ниже показан поперечный разрез ро- ликовой печи (см. рисунок 2.4).
Рисунок 2.4 — Вид роликовой печи в разрезе [80]
Туннельные печи с движущимся подом. Эти печи также служат для скорост- ного обжига и действуют по тому же принципу, что и роликовые. Основное их отличие сводится к тому, что садку размещают на огнеупорных «тележках», двигающихся по проложенным вне рабочего пространства печи рельсам. В туннельных печах с движу- щимся подом можно обжигать изделия различной, в том числе неправильной, формы, а в роликовых — изделия только правильной формы.
Вращающиеся печи. Вращающаяся печь имеет форму длинного цилиндра, рас- положенного под уклоном и медленно вращающегося вокруг своей оси. Для обогрева служит горелка, устанавливаемая по оси печи в нижнем ее конце. Такие печи исполь- зуют при обжиге глины на шамот и для прокаливания карбонатного сырья (доломита или магнезита).

62
Стадия обжига является наиболее энергоемкой в технологии производства из- делий из керамики, и в качестве воздействия на окружающую среду здесь следует рас- сматривать не только материальную (эмиссии), но и энергетическую составляющую
(степень энергетической эффективности процесса, избыточное тепло). Эмиссии на данном технологическом переделе включают прежде всего выбросы газообразных ве- ществ неорганической (CO, NO
x
, SO
x
) и органической (легколетучие органические ве- щества) природы, которые образуются в результате сгорания топлива и физико- химических превращений в материале, а также незначительное количество пыли из ор- ганизованного источника. Помимо этого, происходит образование твердых отходов в основном (брак изделий) и вспомогательном (средозащитные средства) технологиче- ском процессе, эти отходы в подавляющем большинстве случаев являются невозврат- ными и требуют размещения на полигонах.
2.1.3.8
Послеобжиговая (финишная) обработка
2.1.3.8.1
Механическая обработка (шлифовка, сверление отверстий, резка,
полировка)
Механическая обработка обожженных изделий необходима при производстве изделий, конечную форму или размеры которых не удается с достаточной точностью воспроизвести в ходе предварительной обработки. Шлифовка и полировка использу- ются при производстве керамической плитки из керамогранита для получения шерохо- ватой или абсолютно гладкой, глянцевой поверхности (последняя не уступает по деко- ративному эффекту глазурованной поверхности [16]). Механической обработке подвер- гаются практически все изделия технической керамики, имеющие строгие допуски по размерам.
Шлифовка – это групповой процесс, в котором несколько изделий укрепля- ют на станине и пропускают под алмазной шпиндельной головкой. Этим способом иногда об- рабатывают нижнюю и верхнюю грань строительных блоков для кладки на тонком слое вяжущего. В этом случае вся шлифовальная машина должна быть герметично закрыта.
Сухую шлифовку нижней грани строительных блоков алмазными дисками также проводят для улучшения сцепления с тонким слоем раствора. В этом случае вся шли- фовальная машина должна быть герметично закрыта.
Сверление керамических изделий, в особенности огнеупоров, осуществляют, ко- гда требуемое отверстие не удается с заданной точностью получить в результате прессования и обжига.

63
Распил изделий выполняют, когда конечную форму кирпича, в том числе огне- упорного, не удается воспроизвести при формовании. В этом случае прессуют и обжи- гают кирпич, заведомо большего размера, из которого затем выпиливают нужное изде- лие. Практически во всех операциях применяют замкнутый цикл подачи воды, которая служит для смазки рабочих поверхностей и смывает с них удаленные частицы, одно- временно снижая пылеобразование.
2.1.3.8.2
Насыщение углеродом (огнеупоры)
Огнеупорные изделия используют в крайне агрессивных условиях, поэтому зача- стую обожженные изделия необходимо пропитывать. Введение углерода в готовые из- делия имеет ряд преимуществ:
- углерод служит смазкой, что удобно при работе шиберных заслонок;
- сравнительно высокая теплопроводность углерода повышает стойкость изде- лий к термоудару;
- углерод заполняет поры, что снижает проницаемость изделий и повышает их устойчивость к внедрению шлака и металла.
Пропитке подвергают сразу несколько изделий. Эту операцию, как правило, про- водят в трех вертикальных цилиндрических емкостях с навесными крышками. Обраба- тываемые изделия загружают в металлические корзины. В первой емкости садку про- гревают до температуры порядка 200 °C путем обдува горячим воздухом и передают во вторую емкость (так называемый автоклав) с рубашкой для поддержания темпера- туры. Автоклав герметично закрывают, вакуумируют и заполняют смолой из подогре- ваемых при температуре 180 °C — 200 °C накопительных резервуаров. Пропитка про- исходит при понижении вакуума и последующей подаче азота под давлением. После высыхания садку перемещают в третий цилиндр для охлаждения при температуре зна- чительно ниже той, при которой происходит испарение летучих компонентов смолы.
В заключение необходимо удалить из смолы значительную долю летучих компо- нентов, присутствие которых может негативно сказаться на эксплуатационных свой- ствах изделий. Обычно с этой целью пропитанные изделия загружают в печь и нагре- вают по определенному режиму. Вытяжной вентилятор такой печи связан с термиче- ским дожигателем, разогретым до температуры свыше 800 °C, продолжительность пребывания газа в котором составляет не менее 0,5 с. Такие условия обеспечивают полное сгорание летучих соединений (сложных углеводородов).

64
После подобной обработки на поверхности изделий присутствует светлый хруп- кий углеродистый налет, который перед упаковкой или дальнейшей обработкой следу- ет удалить. Для этого изделия зачищают на обдувочном станке [100].
2.1.3.8.3
Введение вспомогательных материалов
Изоляционные материалы. Изоляционные материалы (вермикулит, минераль- ное волокно) помещают в некоторые сорта крупноформатных керамических блоков для повышения их теплоизоляционных свойств [100].
2.1.3.8.4
Металлизация керамики
Значительную часть изделий технической керамики, главным образом в радио- и электронной технике (конденсаторы, резисторы, пьезоэлементы, интегральные схемы и т. д.), подвергают металлизации, а в некоторых случаях — последующей пайке с ме- таллоконструкциями. Назначение металлизации — это создание электрических контак- тов, металлокерамических узлов, декоративных эффектов. Для металлизации приме- няют благородные металлы — Au, Ag, Pt, Pd и их сплавы; тугоплавкие — W, Mo, Ta, Cr,
Ni
; элементы и сплавы группы железа. Толщина металлических пленок изменяется от долей до нескольких сотен микрометров и зависит от назначения покрытий и техноло- гии их нанесения (тонко- или толстопленочный метод). Особое место в электронной технике занимают металлокерамические соединения (узлы), эффективные в условиях высоких температур и корродирующих воздействий [101].
2.1.3.8.5
Окончательная сборка
Для производства некоторых видов изделий необходимы операции по оконча- тельной сборке, например монтаж металлической арматуры высоковольтных изолято- ров для установки в проходных изоляторах, трансформаторах и иной аппаратуре.
Стадия послеобжиговой обработки характеризуется широким спектром возмож- ных видов воздействия на окружающую среду. В зависимости от принятого способа по- слеобжиговой обработки возможно образование выбросов неорганических и органиче- ских веществ в воздух (огнеупоры, металлизация), сбросов производственных сточных вод, содержащих значительное количество взвешенных и растворенных веществ (ме- ханическая обработка, металлизация), твердых производственных отходов, которые в большинстве случаев требуют утилизации. Послеобжиговая обработка технической ке- рамики в ряде случаев требует введения стадии дополнительного высокотемператур- ного обжига [84], [91].

65
2.1.3.9
Сортировка, упаковка и хранение
На ряде производств (в частности, керамических камней, огнеупорных изделий специальной формы, посуды и декоративных изделий) сортировку и упаковку по- прежнему выполняют вручную. Впрочем, за последние годы более тщательный кон- троль обжига привел к снижению количества боя и возникла тенденция к автоматиза- ции данного процесса. В настоящее время разработаны системы инструментального контроля цветности, что особенно важно для керамической плитки. При автоматиче- ской загрузке кирпича и керамических блоков в печь уровень потерь крайне мал, а сад- ка позволяет осуществлять упаковку термоусадочной пленкой (при этом потребителя уведомляют о возможном получении 1 % — 2 % брака).
Керамические изделия правильной формы (кирпич, камни, огнеупорные изделия) собирают в штабеля стандартного размера, которые затем упаковывают в полиэтилен и складируют на поддонах [102].
Наиболее дорогая керамическая продукция — посуда и декоративные изде- лия — нуждается в тщательном контроле и сортировке и требует сложной защитной упаковки. Напротив, неформованные огнеупоры обычно засыпают в мешки по весу и складируют на поддонах. Также для хранения используют металлические бочки.
Керамические плитки сами по себе являются сравнительно хрупкими, однако при плотной упаковке в картонные коробки плитка легко выдерживает хранение и транс- портировку [103].
Грубокерамические изделия массового производства обычно хранят на открытом пространстве, однако продукция, упакованная в мешки или ящики, а также чувстви- тельные к воздействию влаги огнеупоры требуют складского хранения.