RU2443640C1 - Method and device for production of porous ceramic block - Google Patents
Method and device for production of porous ceramic block Download PDFInfo
- Publication number
- RU2443640C1 RU2443640C1 RU2010130959/03A RU2010130959A RU2443640C1 RU 2443640 C1 RU2443640 C1 RU 2443640C1 RU 2010130959/03 A RU2010130959/03 A RU 2010130959/03A RU 2010130959 A RU2010130959 A RU 2010130959A RU 2443640 C1 RU2443640 C1 RU 2443640C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- granules
- quartz
- ceramic block
- heating
- heating zone
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области производства стеклокерамических материалов с заданными свойствами из природного и техногенного сырья и может быть использовано при получении теплоизолирующих, стеновых и фасадных конструкций в строительстве.The invention relates to the production of glass-ceramic materials with desired properties from natural and man-made materials and can be used to obtain insulating, wall and facade structures in construction.
Известны способы получения керамических блоков традиционного обжига, в том числе частично поризованного и пустотелого кирпича, характеризующиеся большой длительностью процесса, жесткими требованиями к качеству сырья и громоздким и дорогим комплексом технологического оборудования (RU 2194680 С1, 20.12.2002, RU 2237031 С1, 27.08.2004).Known methods for producing ceramic blocks of traditional firing, including partially porous and hollow bricks, characterized by a long process time, stringent requirements for the quality of raw materials and a bulky and expensive complex of technological equipment (RU 2194680 C1, 12.20.2002, RU 2237031 C1, 08.27.2004 )
Общими недостатками перечисленных способов переработки минерального природного или техногенного сырья в строительный материал являются большая длительность цикла производства готового продукта (блока), достигающая десятков часов, и высокие удельные энергетические затраты.Common disadvantages of the above methods of processing natural mineral or industrial raw materials into building materials are the long duration of the finished product (block) production cycle, reaching tens of hours, and high specific energy costs.
Известен способ получения многослойного пористого стеклокерамического блока и изделий из него (RU 2223237 С1, 10.05.2004), включающий загрузку шихты в зону нагрева дозированно в виде нескольких дискретных слоев, формируемых вне зоны нагрева и сплавляемых друг с другом посредством теплового удара. Формирование очередного слоя при этом осуществляется на стадии вязкой стеклофазы в предыдущем слое, в том числе с использованием суглинков. Температуру нагрева выбирают в диапазоне 415-1450°C. Для деления блока на элементы заданной формы на поверхности вспененного слоя выполняют канавки глубиной 0,1-1.0 его толщины и заполняют его шихтой либо тугоплавким компонентом. Изделия могут быть покрыты декоративным (защитным) слоем.A known method of producing a multilayer porous glass-ceramic block and products from it (RU 2223237 C1, 05/10/2004), comprising loading the charge into the heating zone in a dosage form in the form of several discrete layers formed outside the heating zone and fused to each other by heat stroke. The formation of the next layer is carried out at the stage of viscous glass phase in the previous layer, including using loams. The heating temperature is selected in the range 415-1450 ° C. To divide the block into elements of a given shape, grooves with a depth of 0.1-1.0 of its thickness are made on the surface of the foam layer and filled with a charge or a refractory component. Products can be coated with a decorative (protective) layer.
Недостатком способа является большая длительность процесса формирования стеклокерамического блока, обусловленная его многослойностью, поскольку на формирование каждого из слоев затрачивается не менее 5-6 минут. Кроме того, способ осложняется необходимостью формирования канавок и использованием абразивного способа обработки для получения ровной поверхности. Другим существенным недостатком является низкая эффективность нагрева, так как прогревается в основном лишь поверхность блока, обращенная к своду, вследствие чего период нагрева блока увеличивается с двух-трех до пяти-шести минут. При этом возрастает неравномерность вспучивания и оплавления гранул в слое, приводящая к неоднородности структуры, как в слоях, так и между слоями.The disadvantage of this method is the long duration of the process of forming a glass-ceramic block, due to its multilayer, since it takes at least 5-6 minutes to form each layer. In addition, the method is complicated by the need to form grooves and the use of an abrasive processing method to obtain a flat surface. Another significant drawback is the low heating efficiency, since only the block surface facing the arch is heated mainly, as a result of which the block heating period increases from two to three to five to six minutes. In this case, the non-uniformity of swelling and melting of the granules in the layer increases, leading to heterogeneity of the structure, both in the layers and between the layers.
Известен способ получения блоков пеностекла (SU 1158511 А1, 1985), включающий стадию приготовления шихты, варку стекла в контролируемой атмосфере при температуре 1350-1510°C, размалывание его с газообразователем и повторную термообработку в форме при температуре 700-800°C с последующим отжигом.A known method of producing foam glass blocks (SU 1158511 A1, 1985), including the step of preparing the charge, cooking glass in a controlled atmosphere at a temperature of 1350-1510 ° C, grinding it with a blowing agent and re-heat treatment in a mold at a temperature of 700-800 ° C with subsequent annealing .
Недостатком этого способа является большая длительность технологического цикла, повышенные энергозатраты, невысокие прочностные характеристики конечного продукта, необходимость жесткого контроля параметров процесса и обеспечения их высокой стабильности на всех стадиях изготовления пеностекла. В результате на основе данного способа производится преимущественно гранулированное пеностекло и в значительно меньшей мере конструкционные блоки.The disadvantage of this method is the long duration of the technological cycle, increased energy consumption, low strength characteristics of the final product, the need for tight control of process parameters and ensuring their high stability at all stages of the production of foam glass. As a result, based on this method, predominantly granular foam glass and, to a much lesser extent, structural blocks are produced.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является «Способ получения пористого остеклованного блока» (SU 1787965 А1, 14.08.1993), согласно которому пористый остеклованный блок получают путем непрерывной загрузки шихты, одновременного вспенивания ее и формирования блока с использованием в качестве шихты кварцесодержащих суглинков с последующей подачей в зону с температурой 1060-1300°C со скоростью, обеспечивающей нагрев 180-400°C/мин. Способ обеспечивает прочность блока 8,4-15,3 МПа при плотности 400-900 кг/м.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed invention is the "Method of obtaining a porous vitrified block" (SU 1787965 A1, 08/14/1993), according to which a porous vitrified block is obtained by continuously loading the mixture, simultaneously foaming it and forming a block using as batch of quartz-containing loams with subsequent feeding into the zone with a temperature of 1060-1300 ° C with a speed providing heating of 180-400 ° C / min. The method provides a block strength of 8.4-15.3 MPa at a density of 400-900 kg / m
Указанный способ имеет ряд недостатков, главным из которых является малоэффективный и неравномерный нагрев гранул шихты, обусловленный односторонним нагревом блока, при котором обеспечивается термическое воздействие лишь на верхний слой шихты. Гранулы нижележащего слоя оказываются экранированными и подвержены различному энергетическому воздействию вследствие разного времени воздействия прямого нагрева.The specified method has several disadvantages, the main of which is ineffective and uneven heating of the granules of the charge, due to the one-sided heating of the unit, which provides thermal effect only on the upper layer of the charge. The granules of the underlying layer are shielded and are subject to different energetic effects due to different times of exposure to direct heating.
Другим существенным недостатком прототипа является то, что формирование блока происходит из неоднородных по состоянию и структуре гранул шихты в течение неконтролируемых временных интервалов, значительно отличающихся от оптимальных значений, в результате чего происходит разная степень вспученности и оплавленности гранул и снижаются прочностные свойства блока. При этом повышение однородности может быть достигнуто за счет увеличения времени нагрева или повышения мощности нагревателя, что увеличивает длительность технологического процесса и увеличивает энергетические затраты.Another significant disadvantage of the prototype is that the formation of the block occurs from a mixture of granules that are heterogeneous in state and structure during uncontrolled time intervals, significantly different from the optimal values, resulting in a different degree of swelling and fusion of the granules and the strength properties of the block are reduced. In this case, an increase in uniformity can be achieved by increasing the heating time or increasing the heater power, which increases the duration of the process and increases energy costs.
Известно устройство получения гранул керамзита в «кипящем слое», включающее в себя зону нагрева, бункер-питатель, арматуру подачи сжатого воздуха и механизм удаления вспученных гранул. (А.А.Смирнова, Б.Л.Грановский. Печи для обжига в кипящем слое. М.: Стройиздат, 1956 г.).A device for producing expanded clay granules in a "fluidized bed", including a heating zone, a hopper feeder, valves for supplying compressed air and a mechanism for removing expanded granules. (A.A.Smirnova, B.L. Granovsky. Fluidized-bed kilns. M: Stroyizdat, 1956).
Недостатком этого устройства является необходимость проведения дополнительных операций, связанных с получением готовых строительных блоков, таких как компактирование керамзита на различных связующих смолах или цемента, что приводит к большим затратам и большой длительности процесса.The disadvantage of this device is the need for additional operations associated with obtaining finished building blocks, such as compacting expanded clay on various binder resins or cement, which leads to high costs and a long process time.
Известно устройство получения газа из твердых гранул углеводородного сырья путем нагрева его в «кипящем слое» до температуры 900-1100°C и выше, включающее в себя зону нагрева, газосборник, колосник, арматуру подачи сжатого воздуха и механизм удаления шлаковых масс (А.А.Щукин. Газовое и печное хозяйство заводов. М.: Энергия, 1996 г.).A device for producing gas from solid granules of hydrocarbon raw materials by heating it in a "fluidized bed" to a temperature of 900-1100 ° C and above, including a heating zone, a gas collector, a grate, valves for supplying compressed air and a mechanism for removing slag masses (A.A. . Schukin. Gas and stove economy of plants. M.: Energy, 1996).
Недостатком данного устройства является необходимость в дополнительных затратах на погрузку, транспортировку, очистку и подготовку шлаковой массы для дальнейшего использования в производстве строительных блоков.The disadvantage of this device is the need for additional costs for loading, transportation, cleaning and preparation of slag mass for further use in the production of building blocks.
Известно устройство получения аглопорита, включающее зону нагрева, колосник, арматуру подачи сжатого воздуха и сбора газовых продуктов горения, механизм подачи сырья и извлечения готового продукта (Сведения из Интернет-сайта, Электронный ресурс www/rosstan.ru/library/stroitel/2249, доступ свободный).A device is known for producing agloporite, including a heating zone, a grate, valves for supplying compressed air and collecting gas combustion products, a mechanism for supplying raw materials and extracting the finished product (Information from the Internet site, Electronic resource www / rosstan.ru / library / stroitel / 2249, access free).
Недостатком данного устройства является необходимость включения выгорающих добавок и выполнения дополнительной операции дробления аглопорита или выпиливаниия блоков из массива полученного аглопорита.The disadvantage of this device is the need to include burnable additives and perform an additional operation of crushing agloporite or sawing out blocks from an array of obtained agloporite.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству для получения пористого керамического блока с заданными физико-механическими свойствами является устройство для получения остеклованного блока, включающее зону нагрева, расположенную в силитовой печи, бункер-питатель и механизм удаления вспученных гранул. (SU 1787965, 15.01.1993)The closest in technical essence to the claimed device for producing a porous ceramic block with desired physicomechanical properties is a device for producing a vitrified block, including a heating zone located in a silicone furnace, a hopper-feeder and a mechanism for removing expanded granules. (SU 1787965, 01/15/1993)
Существенным недостатком данного устройства является малоэффективный и неравномерный нагрев гранул шихты, обусловленный односторонним нагревом формы с керамическим блоком, при котором обеспечивается термическое воздействие на гранулы лишь в верхней части, и связанные с этим дополнительные энергетические и временные затраты. Кроме того, керамический блок, получаемый в данном устройстве обладает невысокими качественными характеристиками, поскольку обладает неоднородной структурой и неровными гранями.A significant disadvantage of this device is the ineffective and uneven heating of the granules of the charge, due to the one-sided heating of the mold with a ceramic block, which provides thermal effects on the granules only in the upper part, and the associated additional energy and time costs. In addition, the ceramic block obtained in this device has low quality characteristics, since it has a heterogeneous structure and uneven edges.
Основной задачей, решаемой заявляемой группой изобретений является создание способа и устройства, позволяющих повысить производительность и уменьшить энергозатраты на изготовление керамических блоков, а также получить пористые керамические блоки с повышенными качественными характеристиками при сохранении теплоизолирующих свойств.The main task solved by the claimed group of inventions is the creation of a method and device that can improve productivity and reduce energy consumption for the manufacture of ceramic blocks, as well as obtain porous ceramic blocks with improved quality characteristics while maintaining heat-insulating properties.
Технический результат - повышение эффективности и производительности процесса изготовления керамических блоков и улучшение качественных характеристик продукции за счет получения керамических блоков с однородной структурой и ровной поверхностью всех граней, не требующих дополнительной абразивной обработки после их изготовления.The technical result is an increase in the efficiency and productivity of the process of manufacturing ceramic blocks and an improvement in the quality characteristics of products by producing ceramic blocks with a homogeneous structure and a flat surface of all faces that do not require additional abrasive processing after their manufacture.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения пористого керамического блока, заключающемся в нагревании и вспенивании кварцесодержащей шихты при температуре, обеспечивающей переход на стадию стеклофазы, формовании пористого керамического блока, гранулированную кварцесодержащую шихту подают в зону нагрева дозированными порциями, осуществляют перемешивание гранул, а формование осуществляют в период появления слоя жидкой стеклофазы на поверхности гранул, при этом форму с пористым стеклокерамическим блоком удаляют из зоны нагрева в начале кристаллизации.The problem is solved in that in the known method of obtaining a porous ceramic block, which consists in heating and foaming a quartz-containing mixture at a temperature that provides a transition to the glass phase, forming a porous ceramic block, a granular quartz-containing mixture is fed into the heating zone in metered portions, the granules are mixed, and molding is carried out during the appearance of a layer of liquid glass phase on the surface of the granules, while the mold with the porous glass-ceramic block is removed removed from the heating zone at the beginning of crystallization.
Целесообразно нагрев кварцесодержащей шихты осуществлять при температуре 700-1700°C.It is advisable to heat the quartz-containing mixture at a temperature of 700-1700 ° C.
Предпочтительно в качестве кварцесодержащей шихты использовать пористую гранулированную кварцесодержащую шихту, гранулы которой имеют покрытие из легкоплавкого материала.It is preferable to use a porous granular quartz-containing charge, the granules of which are coated with a low-melting material, as a quartz-containing charge.
Можно также использовать пористую гранулированную кварцесодержащую шихту, гранулы которой выполнены из тугоплавкого материала.You can also use a porous granular quartz-containing mixture, the granules of which are made of refractory material.
Оптимально использовать в качестве кварцесодержащей шихты материалы техногенных и рудных отходов различных кварцесодержащих смесей.It is optimal to use materials of industrial and ore wastes of various quartz-containing mixtures as a quartz-containing charge.
Предпочтительно производить формование стеклокерамического блока при толщине слоя жидкой стеклофазы на поверхности гранул 0,5 мм-1 мм.It is preferable to form a glass-ceramic block with a thickness of a layer of liquid glass phase on the surface of granules of 0.5 mm-1 mm.
Целесообразно выбирать кварцесодержащую шихту с гранулами толщиной 4-12 мм.It is advisable to choose a quartz-containing mixture with granules with a thickness of 4-12 mm
Предпочтительно перемешивание гранул осуществлять путем наддува нагретого сжатого воздуха.Preferably, the granules are mixed by pressurization of heated compressed air.
В иных вариантах исполнения способа перемешивание гранул можно осуществлять путем наддува нагретого сжатого воздуха и реакционных и/или инертных газов.In other embodiments of the method, the mixing of the granules can be carried out by boosting heated compressed air and reaction and / or inert gases.
Предпочтительно удалять форму с керамическим блоком в период не более 30 сек.It is preferable to remove the mold with the ceramic block in a period of not more than 30 seconds.
Поставленная задача решается также тем, что в известном устройстве для получения пористого керамического блока из кварцесодержащей шихты, содержащем основание, установленные на нем корпус, соединенный с бункером-дозатором, снабженным задвижкой, механизм подачи и извлечения форм, в корпус введен воздушно-механический затвор, разделяющий корпус на две неравные камеры, в большей из которых расположена зона нагрева с обеспечением возможности нагрева и вспенивания кварцесодержащей шихты, а в меньшей расположена зона нагрева для обеспечения возможности формования и удаления формы с пористым керамическим блоком механизмом подачи и извлечения форм.The problem is also solved by the fact that in the known device for producing a porous ceramic block from a quartz-containing mixture containing a base, a housing mounted on it, connected to a metering hopper equipped with a valve, a feed and extraction mechanism, an air-mechanical shutter is introduced into the housing, dividing the casing into two unequal chambers, the larger of which has a heating zone to allow heating and foaming of the quartz-containing charge, and the smaller has a heating zone to provide I am able to mold and remove molds with a porous ceramic block feed mechanism and mold extraction.
Целесообразно выполнить воздушно-механический затвор с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости в пределах размеров корпуса.It is advisable to perform an air-mechanical shutter with the ability to move in a horizontal plane within the dimensions of the housing.
Предпочтительно снабдить воздушно-механический затвор в верхней плоскости отверстиями.It is preferable to provide the air-mechanical shutter in the upper plane with holes.
Торцевые части воздушно-механического затвора выполнены заглушенными, а на одной из них установлен патрубок для подачи нагретого сжатого воздуха.The end parts of the air-mechanical shutter are muffled, and one of them has a pipe for supplying heated compressed air.
Заявляемый способ обеспечивает равномерный и всесторонний нагрев гранул шихты, при этом формирование керамического блока производится в нижней части зоны нагрева в момент максимальной вспученности и оплавленности. Для этого шихта в верхнюю часть зоны нагрева подается порциями при непрерывном перемешивании потоком нагретого сжатого воздуха до образования вязкой стеклофазы на поверхности гранул и пористой структуры внутри гранул, а формирование блока заданного размера осуществляется в нижней части зоны нагрева посредством уплотнения порции однородно вспененных и оплавленных гранул шихты в форме требуемого размера.The inventive method provides uniform and comprehensive heating of the granules of the mixture, while the formation of the ceramic block is carried out in the lower part of the heating zone at the time of maximum swelling and fusion. For this, the charge is fed into the upper part of the heating zone in batches under continuous stirring with a stream of heated compressed air until a viscous glass phase forms on the surface of the granules and a porous structure inside the granules, and a block of a given size is formed in the lower part of the heating zone by compaction of a portion of uniformly foamed and fused granules of the mixture in the form of the required size.
В заявляемом устройстве зона нагрева делится на две неравные по объему камеры, в большей из них, расположенной в верхней части, происходит вспучивание и оплавление шихты, а в меньшей, (нижней камере) формируется керамический блок. Верхняя и нижняя камеры разделены воздушно-механическим затвором, через который в верхнюю камеру подается нагретый сжатый воздух.In the inventive device, the heating zone is divided into two chambers unequal in volume, in the larger one located in the upper part, the charge is expanded and melted, and in the smaller (lower chamber) a ceramic block is formed. The upper and lower chambers are separated by an air-mechanical shutter, through which heated compressed air is supplied to the upper chamber.
Способ и устройство направлены на решение одной и той же задачи одним и тем же путем, объединены общим изобретательским замыслом и в силу этого включены в группу изобретений.The method and device are aimed at solving the same problem in the same way, combined by a common inventive concept and, therefore, are included in the group of inventions.
При этом качественные характеристики керамического блока за счет обеспечивания однородной структуры материала, подлежащего формованию, и ровных граней керамического блока значительно улучшаются.At the same time, the qualitative characteristics of the ceramic block due to the provision of a homogeneous structure of the material to be molded, and the smooth edges of the ceramic block are significantly improved.
Сравнение с наиболее близкими аналогами способа и устройства показывает, что заявляемые способ и устройство получения пористого керамического блока содержат отличительные признаки, совокупность которых обеспечивает решение поставленной задачи с указанным техническим результатом.Comparison with the closest analogues of the method and device shows that the inventive method and device for producing a porous ceramic block contain distinctive features, the combination of which provides a solution to the problem with the specified technical result.
Предлагаемые способ и устройство для получения пористого стеклокерамического блока позволяют получить технический результат за счет следующего.The proposed method and device for producing a porous glass-ceramic block allows to obtain a technical result due to the following.
Во-первых, шихта в зону нагрева подается дозированными порциями, достаточными для формирования одного блока сразу в заданный товарный необходимый типоразмер. При этом исключается деление блока, например, абразивным способом, снижающим прочность на десятки процентов.Firstly, the charge is fed into the heating zone in metered portions sufficient to form one block at once in a given commodity size. This eliminates the division of the block, for example, by an abrasive method that reduces tensile strength by tens of percent.
Во-вторых, нагрев порции шихты до состояния вязкой стеклофазы на поверхности гранул и пористой структуры внутри них осуществляется всесторонне путем вращения и перемешивания гранул в верхней камере, подверженной более интенсивному нагреву. Благодаря этому в два и более раз возрастает скорость образования вспененной и остеклованной однородной массы гранул, что дает соответствующее повышение производительности при неизменных теплозатратах.Secondly, a portion of the charge is heated to the state of a viscous glass phase on the surface of the granules and the porous structure inside them is carried out comprehensively by rotation and mixing of the granules in the upper chamber, subject to more intense heating. Due to this, the formation rate of the foamed and vitrified homogeneous mass of granules increases by two or more times, which gives a corresponding increase in productivity with constant heat consumption.
В-третьих, формирование блока осуществляется в нижней камере, нагреваемой менее интенсивно, в момент максимальной однородности вспученной и остеклованной шихты путем уплотнения в соответствующей форме. Это позволяет получить блок с ровными поверхностями заданного размера и конфигурации путем установки соответствующей формы без опасности ее повреждения благодаря более низкой температуре нижней камеры.Thirdly, the formation of the block is carried out in the lower chamber, heated less intensely, at the time of maximum uniformity of the expanded and vitrified charge by compaction in the appropriate form. This allows you to get a block with smooth surfaces of a given size and configuration by installing the appropriate shape without the risk of damage due to the lower temperature of the lower chamber.
В-четвертых, после уплотнения материала заполненная форма практически немедленно удаляется из зоны нагрева и перемещается в печь стабилизации, где из нее извлекается блок. Это позволяет повысить производительность технологического процесса и качество изделия, так как стабилизация керамических блоков осуществляется вне формы.Fourth, after compaction of the material, the filled form is almost immediately removed from the heating zone and transferred to the stabilization furnace, where a block is removed from it. This allows you to increase the productivity of the process and the quality of the product, since the stabilization of ceramic blocks is carried out out of shape.
Повышение производительности предлагаемого способа и устройства достигается за счет создания зоны нагрева, разделенной на верхнюю и нижнюю камеры, в которых одновременно по принципу конвейера выполняются две последовательные операции. В верхней камере происходит вспенивание кварцесодержащей шихты и образование слоя жидкой стеклофазы на поверхности гранул, а в нижней камере осуществляется формирование блока и уплотнение его по всему объему, совмещенное со сбросом остеклованной массы в форму, предварительно установленную в нижней камере.Improving the performance of the proposed method and device is achieved by creating a heating zone, divided into upper and lower chambers, in which two sequential operations are simultaneously performed by the conveyor principle. In the upper chamber, foaming of the quartz-containing charge and the formation of a layer of liquid glass phase on the surface of the granules take place, and in the lower chamber, the block is formed and compacted throughout the volume, combined with the discharge of the vitrified mass into a mold previously installed in the lower chamber.
Повышение прочности керамических блоков обеспечивается равномерным и всесторонним нагревом шихты при непрерывном перемешивании в верхней камере, а формирование блока производится посредством уплотнения порции однородно вспененных и оплавленных гранул шихты под действием собственного веса при сбросе вязкой массы из верхней камеры в форму, установленную в нижней камере.Increasing the strength of ceramic blocks is ensured by uniform and comprehensive heating of the mixture with continuous stirring in the upper chamber, and the block is formed by densifying a portion of uniformly foamed and melted granules of the mixture under its own weight when dumping a viscous mass from the upper chamber into a mold installed in the lower chamber.
Сохранение и в значительной степени повышение теплоизолирующих свойств блока достигается тем, что формирование блока осуществляется в момент максимальной однородности гранул шихты по вспученности и оплавленности. Это обеспечивается подачей шихты в верхнюю камеру точно дозируемыми порциями и активным перемешиванием ее при продувке нагретым сжатым воздухом, поступающим через отверстия в верхней плоскости воздушно-механического затвора.The preservation and, to a large extent, increase of the heat-insulating properties of the block is achieved by the fact that the formation of the block is carried out at the moment of maximum uniformity of the granules of the charge by swelling and fusion. This is ensured by feeding the charge into the upper chamber in precisely metered portions and actively mixing it while blowing with heated compressed air entering through openings in the upper plane of the air-mechanical shutter.
Сохранение и в некоторой мере снижение энергозатрат при производстве стеклоблоков обеспечивается разделением зоны нагрева на две неравные части, с более интенсивным нагревом верхней части, большей по объему, а меньшая по объему нижняя часть нагревается менее интенсивно, благодаря чему происходит снижение энергозатрат.The conservation and, to some extent, reduction of energy consumption in the production of glass blocks is ensured by dividing the heating zone into two unequal parts, with more intensive heating of the upper part, larger in volume, and a lower volume in the lower part, which is heated less intensively, due to which energy consumption is reduced.
На фиг.1 схематически представлена конструкция предлагаемого устройства.Figure 1 schematically shows the design of the proposed device.
Устройство для получения пористого стеклокерамического блока содержит установленный на основании 1 корпус 2, состоящий из большей - верхней 3 и меньшей - нижней 4 камер, разделенных между собой воздушно-механическим затвором 5, выполненным с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости. Верхняя плоскость воздушно-механического затвора 5, обращенная к верхней камере 3, снабжена отверстиями 6. Торцевые части воздушно-механического затвора 5 заглушены, и на одной из них установлен патрубок 7 для сопряжения с арматурой подачи нагретого сжатого воздуха (на рисунке не показана). В нижней камере 4 расположена форма 8, кинематически связанная с механизмом подачи и извлечения форм 9, установленным на основании 1. К верхней части корпуса 2 прикреплен бункер-дозатор 10, снабженный заслонкой 11.A device for producing a porous glass-ceramic block contains a
Заявляемые способ и устройство для получения стеклокерамического блока работают следующим образом.The inventive method and device for producing a glass-ceramic block work as follows.
Подготовленное для использования сырье - гранулированная кварцесодержащая шихта засыпается в бункер-дозатор 10 и при открывании заслонки 11 соответствующая порция ее загружается в верхнюю камеру 3, в которой поддерживается температура в пределах 700-1700°C. Выбор диапазона температур верхней части зоны нагрева в пределах 700°C-1700°C продиктован использованием сырья с разной температурой плавления.The raw material prepared for use, a granular quartz-containing charge, is poured into the
Нижняя граница диапазона обусловлена тем, что при более низких температурах образуется значительное количество кристаллической фазы, приводящей к ухудшению спекаемости материала, а для перевода образованных кристаллов в расплавленное состояние требуется нагрев до гораздо более высокой температуры по сравнению с температурой исходной шихты. Выбор верхней границы температурного диапазона (1700°C) обусловлен тем, что при более высоких температурах скорость оседания на стадии пористой стеклофазы начинает превышать скорость прироста объема вспученной массы.The lower limit of the range is due to the fact that a significant amount of crystalline phase is formed at lower temperatures, which leads to a deterioration in the sintering ability of the material, and the transfer of the formed crystals to the molten state requires heating to a much higher temperature compared to the temperature of the initial charge. The choice of the upper limit of the temperature range (1700 ° C) is due to the fact that at higher temperatures the sedimentation rate at the stage of the porous glass phase begins to exceed the growth rate of the expanded mass volume.
Границы удельного времени нагрева на единицу толщины гранул (0,1-0,3 мин/мм) обусловлены протеканием интенсивных теплообменник процессов, характерных для «кипящего слоя» с размером гранул 4-12 мм. Указанные границы позволяют осуществлять технологический процесс за период времени в пределах 2-3 минут.The boundaries of the specific heating time per unit thickness of the granules (0.1-0.3 min / mm) are due to the occurrence of intensive heat exchanger processes characteristic of the "fluidized bed" with a granule size of 4-12 mm. These boundaries allow the process to be carried out over a period of time within 2-3 minutes.
Одновременно с подачей в зону нагрева гранулированной кварцесодержащей шихты начинается подача нагретого, например, до 200°C воздуха через патрубок 7 воздушно-механического затвора 5 и отверстия 6 в верхнюю камеру 3, где происходит всесторонний нагрев шихты, перемешивание ее потоком нагретого сжатого воздуха, поступающего из отверстий 6, и вспенивание с удельным временем нагрева на единицу толщины гранул не более 0,3 мин/мм, в результате чего на поверхности гранул возникает слой жидкой стеклофазы. Нагрев порции шихты производится всесторонне за счет вращения и перемешивания гранул в верхней, более интенсивной части зоны нагрева до состояния вязкой стеклофазы на поверхности гранул и образования пористой структуры внутри. При этом нагрев гранул шихты до необходимого состояния в перемешиваемом подвижном объеме происходит со скоростью, превышающей скорость при одностороннем нагреве не менее чем в два раза. Это обеспечивает значительное увеличение (в два-три раза) объема вспученной остеклованной шихты, что позволяет с точностью до нескольких секунд определить момент оптимальной ее однородности и обеспечить своевременный переход к следующему этапу процесса.Simultaneously with the feeding of a granular quartz-containing charge into the heating zone, the supply of heated, for example, up to 200 ° C, air begins through the
Далее включается механизм отпирания (на чертеже не показан) воздушно-механического затвора 5, и реверсом потока воздуха пластичная масса сбрасывается в меньшую - нижнюю камеру 4, попадает в установленную предварительно форму 8, уплотняясь под действием собственного веса. Одновременно происходит заполнение верхней части зоны нагрева следующей порцией кварцесодержащей шихты. После этого форма 8 с пористым керамическим блоком в течение, например, двух-трех секунд (не более 30) автоматически удаляется механизмом подачи и извлечения форм 9 в зону стабилизации (на рисунке не показана), где производится разъединение формы 8. В дальнейшем происходит стабилизация блока в течение двух-трех часов без ограждающих элементов формы.Next, the unlocking mechanism (not shown) of the air-
Размер порции гранул шихты подбирается таким образом, чтобы во вспененном и уплотненном состоянии материал заполнил весь объем формы.The portion size of the granules of the mixture is selected so that in the foamed and compacted state, the material fills the entire volume of the form.
Формование керамического блока производится в нижней, менее интенсивной части зоны нагрева в момент максимальной однородности вспученной и остеклованной шихты путем уплотнения под действием собственного веса, благодаря чему обеспечивается однородная структура объема и ровная поверхность блока.The ceramic block is formed in the lower, less intense part of the heating zone at the time of maximum uniformity of the expanded and vitrified mixture by compaction under its own weight, which ensures a uniform volume structure and a smooth block surface.
Сформированный в форме керамический блок удаляется из нижней части зоны нагрева в течение нескольких секунд, не более 30. При этом одновременно из бункера-дозатора в верхнюю часть зоны нагрева поступает следующая порция шихты и цикл повторяется.The ceramic block formed in the form is removed from the lower part of the heating zone within a few seconds, no more than 30. At the same time, the next portion of the charge enters the upper part of the heating zone from the metering hopper and the cycle repeats.
В зависимости от вида сырья процесс получения блока от момента начала загрузки порции шихты до момента удаления блока на стабилизацию колеблется от нескольких десятков до нескольких сотен секунд, а объем получаемых блоков лежит в пределах от единиц до нескольких десятков кубических дециметров.Depending on the type of raw material, the process of obtaining a block from the moment of loading a portion of the charge to the moment of removal of the block for stabilization ranges from several tens to several hundred seconds, and the volume of blocks obtained ranges from units to several tens of cubic decimeters.
Заявляемый способ может быть проиллюстрирован следующими примерами конкретной реализации, один из которых является примером реализации способа-прототипа.The inventive method can be illustrated by the following examples of specific implementation, one of which is an example implementation of the prototype method.
Пример 1. Реализация способа-прототипаExample 1. The implementation of the prototype method
Кварцесодержащий суглинок подавали непрерывно в форму, установленную в силитовой печи, при температуре зоны нагрева 1300°C со скоростью нагрева 400°C/мин. Вспенивание, оплавление и кристаллизация материала происходило в форме. Длительность процесса составила 6 мин. Получили блок с неоднородной структурой и неровной поверхностью. Блок удаляли из формы выпиливанием. Плотность полученного блока составила 550 кг/м3, прочность 9,8 МПа.The quartz-containing loam was fed continuously into a mold installed in a silica furnace at a temperature of the heating zone of 1300 ° C with a heating rate of 400 ° C / min. Foaming, melting and crystallization of the material occurred in the form. The duration of the process was 6 minutes Got a block with a heterogeneous structure and an uneven surface. The block was removed from the mold by sawing. The density of the obtained block was 550 kg / m 3 , strength 9.8 MPa.
Пример 2. Порция гранул кварцесодержащего суглинка, имеющих размер от 4 до 6 мм, подавали в бункер-дозатор, а далее в корпус печи цилиндрической формы, в которой с помощью нагревательных элементов была создана зона нагрева с температурой 1250°C. Снизу через патрубок и отверстия в воздушно-механическом затворе подавали горячий воздух со скоростью 3-4 м/сек для перемешивания кварцесодержащей шихты. Время нагрева для вспенивания кварцесодержащей шихты в верхней камере выбирали с учетом размера гранул (в среднем 5 мм толщины), которое составило 2,5 мин. После появления тонкого слоя стеклофазы 0,5-1 мм и вспучивания гранул до объема, превышающего первоначальный объем не менее чем в 2 раза, открывали затвор между нижней и верхней камерой и сбрасывали оплавленную шихту в форму, поданную в нижнюю камеру, температура в которой не менее чем на 200°C была ниже температуры верхней камеры. Удаляли форму с керамическим блоком в начале кристаллизации за 3 с из корпуса. После стабилизации блока вне корпуса размыкали края формы и удаляли керамический блок из корпуса. Длительность процесса составила 3 мин. Получили керамический блок с однородной структурой и ровной поверхностью всех граней. Прочность полученного керамического блока составила 10,5 МПа, а плотность материала блока составила 600 кг/м3.Example 2. A portion of quartz-containing loam granules having a size of 4 to 6 mm was fed into a metering hopper, and then into a cylindrical furnace body in which a heating zone with a temperature of 1250 ° C was created using heating elements. From below, hot air was supplied through a nozzle and openings in the air-mechanical shutter at a speed of 3-4 m / s to mix the quartz-containing charge. The heating time for foaming a quartz-containing charge in the upper chamber was selected taking into account the granule size (on average 5 mm thickness), which was 2.5 min. After a thin layer of glass phase 0.5-1 mm appeared and the granules expanded to a volume exceeding the initial volume by at least 2 times, the shutter was opened between the lower and upper chambers and the melted charge was dropped into a mold fed into the lower chamber, the temperature of which did not less than 200 ° C was lower than the temperature of the upper chamber. The mold with the ceramic block was removed at the beginning of crystallization in 3 s from the housing. After stabilization of the block outside the housing, the edges of the mold were opened and the ceramic block was removed from the housing. The duration of the process was 3 minutes Received a ceramic block with a homogeneous structure and a flat surface of all faces. The strength of the obtained ceramic block was 10.5 MPa, and the density of the block material was 600 kg / m 3 .
Пример 3. Порция гранул кварцесодержащей тугоплавкой глины, имеющих размер от 7 до 8 мм, подавали в бункер-дозатор, а далее в корпус печи цилиндрической формы, в которой с помощью нагревательных элементов была создана зона нагрева с температурой 1700°C. Снизу через патрубок и отверстия в затворе подавали горячий воздух, обогащенный пропаном, со скоростью 3-4 м/сек для перемешивания кварцесодержащей шихты. Время нагрева для вспенивания кварцесодержащей шихты в верхней камере составило 3 мин. После появления тонкого слоя стеклофазы 0,5-1 мм и вспучивания гранул до объема, превышающего первоначальный объем в 1,5 раза, открывали затвор между нижней и верхней камерой и сбрасывали оплавленную шихту в форму, поданную в нижнюю камеру, температура в которой составила 1400°C. Удаляли керамический блок в начале кристаллизации за 3 с из корпуса. После стабилизации керамического блока вне корпуса размыкали края формы и удаляли из нее блок. Длительность процесса составила 3,5 мин. Получили керамический блок с однородной структурой и ровной поверхностью всех граней. Прочность полученного блока составила 16 МПа, а плотность материала блока составила 900 кг/м3.Example 3. A portion of quartz-containing refractory clay granules having a size of 7 to 8 mm was fed into a metering hopper, and then into a cylindrical furnace body in which a heating zone with a temperature of 1700 ° C was created using heating elements. From below, hot air enriched with propane was supplied through a branch pipe and openings in the shutter at a speed of 3-4 m / s to mix a quartz-containing charge. The heating time for foaming a quartz-containing charge in the upper chamber was 3 minutes. After a thin layer of glass phase 0.5-1 mm appeared and the granules expanded to a volume 1.5 times higher than the initial volume, the shutter was opened between the lower and upper chambers and the melted charge was dropped into a mold fed into the lower chamber, the temperature of which was 1400 ° C. The ceramic block was removed at the beginning of crystallization in 3 s from the housing. After stabilization of the ceramic block outside the casing, the edges of the mold were opened and the block was removed from it. The duration of the process was 3.5 minutes Received a ceramic block with a homogeneous structure and a flat surface of all faces. The strength of the obtained block was 16 MPa, and the density of the block material was 900 kg / m 3 .
Пример 4. Порция гранул кварцесодержащей легкоплавкой глины, имеющих размер от 10 до 12 мм, подавали в бункер-дозатор, а далее в корпус печи цилиндрической формы, в которой с помощью нагревательных элементов была создана зона нагрева с температурой 700°C. Снизу через патрубок и отверстия в затворе подавали горячий воздух с инертным газом со скоростью 3-4 м/сек для перемешивания гранул. Время нагрева для вспенивания кварцесодержащей шихты в верхней камере с учетом размера гранул составило 2 мин. После появления тонкого слоя стеклофазы 0,5-1 мм и вспучивания гранул до объема, превышающего первоначальный объем не менее чем в 2,5 раза, открывали затвор между нижней и верхней камерой и сбрасывали оплавленную шихту в форму, поданную в нижнюю камеру, температура в которой составляла 450°C. Скачкообразное снижение температуры между зонами нагрева привело к быстрому началу кристаллизации. В течение 5 сек удаляли форму с керамическим блоком и отправляли ее на стабилизацию. Длительность процесса составила 2,5 мин. Далее из формы с размыкающимися стенками удаляли пористый керамический блок. Получили керамический блок с однородной структурой и ровной поверхностью всех граней. Прочность на сжатие керамического блока составила 2,5 МПа, а плотность материала блока составила 300 кг/м3.Example 4. A portion of granules of quartz-containing low-melting clay, having a size of 10 to 12 mm, was fed into the hopper, and then into the furnace body of a cylindrical shape in which a heating zone with a temperature of 700 ° C was created using heating elements. From below, through the nozzle and the openings in the gate, hot air with inert gas was supplied at a speed of 3-4 m / s to mix the granules. The heating time for foaming a quartz-containing charge in the upper chamber, taking into account the size of the granules, was 2 minutes. After the appearance of a thin layer of glass phase of 0.5-1 mm and swelling of the granules to a volume exceeding the original volume by at least 2.5 times, the shutter was opened between the lower and upper chambers and the melted charge was dumped into the mold fed into the lower chamber, the temperature was which was 450 ° C. The abrupt decrease in temperature between the heating zones led to the rapid onset of crystallization. Within 5 seconds, the mold with the ceramic block was removed and sent for stabilization. The duration of the process was 2.5 minutes Next, a porous ceramic block was removed from the mold with opening walls. Received a ceramic block with a homogeneous structure and a flat surface of all faces. The compressive strength of the ceramic block was 2.5 MPa, and the density of the block material was 300 kg / m 3 .
Заявляемые способ и устройство для получения пористого керамического блока были реализованы в опытном производстве на конвейерной печи, обеспечивающей следующие технические характеристики.The inventive method and apparatus for producing a porous ceramic block were implemented in pilot production on a conveyor furnace, providing the following technical characteristics.
При мощности нагревателей в 240 кВт и объеме получаемого материала в 75 дм3 длительность одного цикла составила 2-3 минуты, что обеспечило производительность для разного состава сырья в пределах 1,5-2,25 м3/час, а удельные энергозатраты составили 107-160 кВт/час на 1 м3 изделия. Температура нагрева верхней камеры устанавливалась не ниже температуры спекаемости используемого сырья, в пределах 0,8 Т плавления. В нижней камере поддерживалась температура на 200-250°C ниже, чем в верхней камере, то есть в интервале устойчивой кристаллизации получаемого материала и ниже предельных рабочих температур материала формы.With a heater power of 240 kW and a material volume of 75 dm 3, the duration of one cycle was 2-3 minutes, which ensured the productivity for different raw materials in the range of 1.5-2.25 m 3 / h, and the specific energy consumption was 107- 160 kW / h per 1 m 3 products. The heating temperature of the upper chamber was set not lower than the sintering temperature of the raw materials used, within 0.8 T of melting. The temperature in the lower chamber was 200–250 ° C lower than in the upper chamber, that is, in the range of stable crystallization of the resulting material and below the limiting operating temperatures of the mold material.
Таким образом, при реализации заявляемой группы изобретений достигается конвейерный режим работы, позволяющий значительно повысить производительность, практически вдвое сократить потери тепла и получить керамический блок с однородной структурой и ровной поверхностью.Thus, when implementing the claimed group of inventions, a conveyor mode of operation is achieved, which can significantly increase productivity, almost halve the loss of heat and get a ceramic block with a homogeneous structure and a flat surface.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010130959/03A RU2443640C1 (en) | 2010-07-23 | 2010-07-23 | Method and device for production of porous ceramic block |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010130959/03A RU2443640C1 (en) | 2010-07-23 | 2010-07-23 | Method and device for production of porous ceramic block |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2443640C1 true RU2443640C1 (en) | 2012-02-27 |
Family
ID=45852246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010130959/03A RU2443640C1 (en) | 2010-07-23 | 2010-07-23 | Method and device for production of porous ceramic block |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2443640C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2525076C1 (en) * | 2013-06-17 | 2014-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ) | Method and device for manufacture of porous vitrified block |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1491558A1 (en) * | 1987-10-19 | 1989-07-07 | Институт тепло- и массообмена им.А.В.Лыкова | Plant for granulating powder-like multicomponent materials |
| SU1726456A1 (en) * | 1990-01-31 | 1992-04-15 | Научно-инженерный центр строительного материаловедения Госстроя СССР | Process for manufacturing porous products |
| DE19835591A1 (en) * | 1998-08-06 | 2000-02-17 | Verein Zur Foerderung Von Inno | Sintered fine ceramic or ceramic article, e.g. porcelain model for product development, roof tile model or technical ceramic, is produced by program controlled layer-wise laser sintering of solid ceramic granules |
-
2010
- 2010-07-23 RU RU2010130959/03A patent/RU2443640C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1491558A1 (en) * | 1987-10-19 | 1989-07-07 | Институт тепло- и массообмена им.А.В.Лыкова | Plant for granulating powder-like multicomponent materials |
| SU1726456A1 (en) * | 1990-01-31 | 1992-04-15 | Научно-инженерный центр строительного материаловедения Госстроя СССР | Process for manufacturing porous products |
| DE19835591A1 (en) * | 1998-08-06 | 2000-02-17 | Verein Zur Foerderung Von Inno | Sintered fine ceramic or ceramic article, e.g. porcelain model for product development, roof tile model or technical ceramic, is produced by program controlled layer-wise laser sintering of solid ceramic granules |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2525076C1 (en) * | 2013-06-17 | 2014-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ) | Method and device for manufacture of porous vitrified block |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8663546B2 (en) | Cellular ceramics apparatus and methods of production | |
| CN106396731A (en) | Refractory material with heat insulation and heat preservation as well as preparation method thereof | |
| CN112759412A (en) | Method for preparing foamed ceramic by using ceramic production waste | |
| CN105985020A (en) | Foam microcrystalline glass and foam glass preparation method | |
| US5830394A (en) | Process for making building products, production line, process for firing, apparatus for firing, batch, building product | |
| RU2443640C1 (en) | Method and device for production of porous ceramic block | |
| CN106396727A (en) | Light refractory material and preparation method thereof | |
| CN104402520B (en) | A kind of production method of premixing light aggregate concrete heat-insulating material | |
| RU2405743C1 (en) | Crude mixture for producing foamed silicate material and method of producing foamed silicate material (versions) | |
| RU120418U1 (en) | LINE FOR MANUFACTURE OF PRODUCTS FROM GLASS-CRYSTAL FOAM CERAMICS | |
| RU100073U1 (en) | TECHNOLOGICAL LINE FOR PRODUCING GRANULATED FOAM-CERAMIC MATERIAL | |
| RU2525076C1 (en) | Method and device for manufacture of porous vitrified block | |
| CN106518138A (en) | Preparation method for foam ceramic thermal insulation building block | |
| US5686037A (en) | Method and raw ceramic mass for manufacturing building elements | |
| US1761108A (en) | Method for the manufacture of cellular building materials | |
| RU122380U1 (en) | INTEGRATED TECHNOLOGICAL LINE FOR PRODUCING GLASS GRANULATES FOR THE PRODUCTION OF FOAM GLASS | |
| RU2671582C1 (en) | Method of producing heat-insulating material - foam glass and mixture for production thereof | |
| CN102060504A (en) | Automatic expansion molding aerated brick and preparation method thereof | |
| RU1787965C (en) | Process for producing porous vitrified block | |
| RU2004512C1 (en) | Method for filler production | |
| RU2223237C2 (en) | Method of production of multi-layer porous glass ceramic block and articles made from such block | |
| RU2707639C1 (en) | Method of making glass-ceramic articles of lithium aluminosilicate composition | |
| SU833770A1 (en) | Method of making claydite articles | |
| RU2629506C1 (en) | Method of manufacturing granulated foam glass and granulated foam glass crystalline materials and device for its implementation | |
| RU2302390C2 (en) | Method of production of granulated porous materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150724 |