Обжиг в напольных печах
Устройство печи. Обыкновенная напольная печь с постоянными стенами, топками и подом представляет сложенную из кирпича и открытую сверху камеру с решетчатым подом (рис. 46 и 47). Топки печи расположены ниже ее пода.
Рис. 47. Топка и решетчатый пол напольной печи
Печь загружают высушенным сырцом, разводят огонь в топках, накаливая постепенно загруженный сырец до требуемой температуры, после чего всю печь охлаждают и разгружают. Таким образом, напольная печь является печью периодического действия.
Напольные печи могут быть различных размеров в зависимости от требуемой производительности, применяемого топлива и других условий.
От вместимости печи в свою очередь зависят сроки обжига, которые при равных других условиях тем продолжительнее, чем больше вместимость печи. Средняя продолжительность обжига (включая охлаждение, выгрузку и садку) для печей разных размеров приведена в табл. 5
Таблица 5
Вместимость печи Продолжительность
(в шт. кирпича) обжига (в сутках)
До 3 000 5—6
Or 3 000 до 6 000 7-8
» 6 000 » 10 000 8-10
» 10000 » 15 000 10-12
* 15 000 » 25 000 12-15
Приведенные средние сроки могут меняться в зависимости от свойств глины и от опытности обжигальщиков. При определении объема печи следует исходить из того, что в 1 м3 внутреннего объема вмещается 270—300 кирпичей.
Высота камеры (от подовой решетки до верха садки) у напольной печи не должна превышать: при обжиге углем — 3 м, торфом 3,5 м, дровами 4 м, соломой или углем в пересыпку 4,5 м. Это объясняется тем, что пламя в напольных печах имеет восходящее направление (снизу вверх) и при слишком большой высоте камеры огонь недостает до верхних рядов садки, в результате чего самые нижние ряды кирпичей пережигаются, а верхние недожигаются.
Ширина камеры при односторонних топках приблизительно равна высоте. Длина печи может быть различной, но обычно ее рассчитывают не более чем на шесть топок; при большем количестве топок печь трудно обслуживать. Если по производительности завода требуется построить печь большего размера, чем на шесть топок, ее надо разделить на две камеры.
Напольные печи часто строят с частичным или полным заглублением в землю. В этом случае толщину стен несколько уменьшают и выкладывают стены с небольшой выпуклостью (в плане) в сторону грунта для большей их устойчивости.
Печь выкладывают из обожженного кирпича или кирпича-сырца. Топки и подовые арки лучше выкладывать из обожженного кирпича. Если печь не заглубляют в землю, толщина стен должна быть внизу в три кирпича, посередине — в два с половиной и вверху— в два кирпича, причем стены для устойчивости снабжают контрфорсами.
В передней стене печи внизу оставляют проемы для топок и одновременно с наружными стенами выкладывают междутопочные стенки толщиной в два-два с половиной кирпича, которые служат основанием для подовых арок. Эти арки делают шириной в один кирпич (т. е. 25 см). Промежутки 'между арками 10—12 см-, промежутки у соседних арок должны совпадать по всей длине печи. Выемки между соседними арками, опирающимися на общую для них междутопочную стенку, заделывают кирпичом, выравнивая весь под печи, который после этого представляет ровные полосы шириной 25 см с промежутками 10—12 см. Своды арок перекрывают собой топки, огонь из которых проходит кверху через промежутки между арками. После выравнивания пода на нем выкладывают подовую решетку из поставленных на ребро кирпичей.
Кирпичи укладывают на арки с промежутками, равными толщине кирпича, а в эти промежутки ставят опирающиеся на края смежных арок кирпичи, перекрывающие пролеты между ними.
В боковой стене печи, обращенной в сторону сушильных сараев, выше подовой решетки делают проем, так называемый ходок для садки и выгрузки кирпича. После окончания садки проем этот каждый раз закладывают кирпичом, а при выгрузке разбирают. Против передней стены печи устраивают приямок для обслуживания топок.
Над печью и приямком строят навес-шатер для защиты работающих, а также печи с загруженным в нее сырцом от дождя и снега. Сверху шатра делают фонарь для выхода дыма.
Вновь выстроенную печь оставляют на 2—3 недели для просушки, после чего можно приступать к садке в нее сырца и к обжигу.
Садка сырца. Садчик сырца, принимая подвезенный и подаваемый ему сырец, должен следить за его качеством и влажностью, не допуская для садки сырец надбитый, с трещинами и другими серьезными недостатками, а также недостаточно просушенный. Наиболее сухой сырец следует ставить в нижнюю часть садки, а менее просушенный — наверх.
Садчик и подвозчики обязательно должны работать в рукавицах (лучше брезентовых) с нашитой на ладонь кожей или тканью. Для удобства работы садчику надо подавать по два сырца сразу, складывая их один к другому удлиненными узкими гранями (ложками) и держа за противоположные длинные грани (рис.48).
От правильности садки в очень большой мере зависят результаты обжига, поэтому следует строго соблюдать установленную систему садки.
Рис. 48. Правильное положение сырца при подаче его садчику
В нижних рядах сырец нужно ставить реже, чем в верхних, для того, чтобы пламя глубже проникало внутрь садки. Нижние ряды
кирпича ставят с промежутками между отдельными кирпичами приблизительно на толщину большого пальца. В последующих рядах промежутки между кирпичами постепенно уменьшают, а в самых верхних рядах сырец ставят совсем вплотную один к другому.
Кирпичи ставят наискось по отношению к стене печи (в елку), причем кирпичи в одной елке должны стоять в противоположном направлении, чем в соседней елке. Вследствие этого между торцами кирпичей смежных елок образуются продолговатые четырехугольные отверстия, через которые пламя проходит кверху. Эти отверстия должны по возможности совпадать во всех рядах по высоте печи (рис. 49).
Рис. 49. Садка сырца в напольной печи
/ — прогары; 2— оси топок (очелков) и бычков; 3 —под печи; 4 — решетка; 5 — первый ряд садки; 6 — второй ряд садки; 7 — третий ряд садки
Поверх всей садки делают настил из уложенных плашмя кирпичей, швы между которыми промазывают глиной. В настиле їв шахматном порядке оставляют отверстия 12X12 см для выхода дыма на расстоянии 70—80 см одно от другого. Обязательно должны быть оставлены отверстия в углах печи и около стен. Отверстия обкладывают кирпичом, заподлицо с которым покрывают настил слоем земли или шлака (рнс. 50).
Если для обжига кирпича используют уголь, его следует просеивать, направляя крупные куски в топки, а мелкие — для пересыпки садки. Уголь внутри садки в процессе обжига загорается и обеспечивает равномерное распределение температуры по высоте .печи.
Обжиг кирпича углем в напольных печах рекомендуется проводить по методу, разработанному мастером колхоза имени Ворошилова Павловского района Воронежской области А. П. Пугачевым. Этот метод обжига существенно отличается от прежних.методов и позволяет значительно экономить топливо.
По этому методу садку выполняют в следующем порядке (рис. 51). На поду печи поперек арочек (прогаров) укладывают первый ряд кирпичей в шахматном порядке с промежутками 12— 13 см. Второй ряд кирпичей ставят в елку с промежутками 4—-5 см. Следующие по высоте ряды также ставят в елку, причем направление скоса кирпичей меняют, а щели между кирпичами с каждым рядом по высоте уменьшают.
Рис. 50. Настил на верхней части садки в напольной печи 1 — верхний ряд садки; 2 — первый ряд настила; 3 — второй ряд настила; 4 — глиняная обмазка; 5 — слой засыпкн; 6 —- регулировочные отверстия
В третьем снизу ряду оставляют щели, равные 3 см, в четвертом— 2 см, а начиная с пятого ряда кирпичи ставят вплотную друг к другу. Отверстия оставляют между торцами кирпичей смежных по ширине печи елок.
В первых по высоте десяти рядах елки располагают поперек арочек, а начиная с 11-го ряда и до верха печи,— перпендикулярно к нижним рядам, т. е. вдоль арочек. При этом в 11-м и 22-м по высоте рядах кирпичи ставят не вплотную, а с промежутками около 4 см.
Начиная с пятого ряда снизу все ряды садки по высоте, кроме 11-го и 22-го, пересыпают тонкими слоями мелкого угля. Количество угля, расходуемого на пересыпку, садки, принимают из расчета в среднем 130 кг угля на каждую тысячу кирпичей, загружаемых в печь. При этом на нижние ряды угля загружают несколько больше, а на верхние ряды — на 10—15% меньше. Самые верхние три-
четыре ряда углем совеем не пересыпают. При пересыпке углем следует обращать внимание на то, чтобы уголь расстилался ровными слоями и по возможности не попадал в отверстия, оставляемые между торцами кирпичей.
Обжиг углем по методу А. П. Пугачева позволяет увеличить высоту садки сырца до 33—35 рядов, для чего стены печи, если
высота их недостаточна, следует нарастить. Верх печи заделывают обычным спосо
бом, оставляя только отверстия над прогарами, которые устраивают для регулирования хода огня и отвода дымовых газов. Прогары располагают по ширине печи через один кирпич друг от друга и через два кирпича по длине ее.
После окончания садки надо заложить загрузочный ходок двумя стенками толщиной в полкирпича (12 см). Между стенками должен быть оставлен промежуток 20 см. Первую стенку можно класть насухо и только снаружи обмазать глиной. Вторую стенку обязательно выкладывают на глиняном растворе.
Для наблюдения за обжигом в стенке оставляют по два отверстия (вверху и внизу ходка) размером в четверть кирпича. Эти отверстия закрывают кусками щебня или пробками из мягкой глины.
Проведение обжига. До розжига печи необходимо убедиться в наличии запаса топлива, достаточного для проведения обжига. Одновременно следует проверить исправность всего необходимого инвентаря- фонарей, кочерги, скребка, топора, пилы, ведер и т. д.
Рис. 51. Садка сырца в напольной печи по методу Пугачева (цифрами указаны номера рядов)
Первую стадию обжига окур следует вести на очень слабом огне и при полностью открытых топках и поддувалах. Это позволяет ускорить удаление влаги из сырца и разбавить горячий воздух внутри топок наружным холодным воздухом. Необходимо учитывать, что быстрое удаление влаги из сырца должно быть
обеспечено не повышением температуры в топках, а подогретым воздухом, подаваемым в печь в возможно большем количестве.
При обжиге дровами надо следить, чтобы они сильно не разгорались, иначе сырец начнет растрескиваться (треск напоминает звук хлопушки). В топке надо держать по два-три полена, раздвигая их, когда они Сильно разгорятся, и снова сдвигая, когда они начнут гаснуть. При обжиге углем или кусковым торфом сначала надо поддерживать горение только на передней части колосниковых решеток и лишь в конце окура распространить его на всю площадь колосниковой решетки.
Подъем температуры при окуре должен быть медленным и очень постепенным, но непрерывным, так как всякий перерыв в подъеме температуры или ее снижение влекут напрасную трату времени и топлива. Продолжительность окура зависит от правильности его проведения, размеров печи и влажности сырца. Обычно она составляет от 1 до 3 суток. В небольшой печи при сухом сырце окур может быть проведен и за половину суток. В большой печи при недостаточно просушенном сырце окур может затянуться даже до 4 суток.
Окончание окура проверяют по ряду признаков. Если вставленный внутрь камеры (через отверстие в ходке или в верхнем настиле садки) на 2—3 мин. и вынутый затем железный штырь будет теплым и сухим, можно считать окур законченным. Если же на штыре окажутся капельки «росы», то окур нужно продолжать. Можно также поднести к отверстию пучок сухой соломы и немного подержать ее. Если окур закончен, солома останется сухой и ломкой, а если не закончен, то она распарится и станет гибкой. Наконец, можно просто поднести к отверстию руку, которая при законченном окуре не будет потеть.
Однако все приведенные способы неточны и, пользуясь ими, недостаточно опытные обжигальщики могут допустить ошибку. Поэтому точный контроль окура рекомендуется выполнять термометрами с температурной шкалой не менее 150°. Когда температура в верхних рядах садки достигнет 120°, можно с полной уверенностью считать окур законченным.
После окончания окура надо прикрыть топки и понемногу начинать увеличивать температуру горения. Температуру следует повышать, хотя и постепенно, но быстрее, чем при окуре. Когда температура достигает 300—400°, искры из пламени, попадая на кирпичную кладку в задней части топок, гаснут не сразу; они видны некоторое время и затем пролетают вверх камеры. Вставленная в это время через отверстие в ходке сухая щепка постепенно начинает тлеть и загорается. Еще через некоторое время задняя часть топок и подовые арки начинают накаливаться, постепенно приобретая все более яркий красный цвет. Этот накал понемногу распространяется на всю толщину арок и переходит на нижние ряды садки, куда в первую очередь проникают пламя и горячие газы из топок. Позднее темно-красный накал (соответствующий температуре около 600—700°) с нижних рядов садки переходит на следующие по высоте ряды и постепенно распространяется все выше. После прогорания топлива предыдущей набойки надо немедленно заправлять топки, чтобы горение развивалось как можно сильнее.
Когда накал кирпича станет ярко-красным, т. е. температура в камере достигнет 800°, и топочные арки будут накалены почти добела, обжиг надо вести осторожнее, чтобы не произошло сплавления и обвала арок, а также нижних рядов садки. Как только топочные арки слишком сильно раскалятся, топливу дают прогореть и делают так называемые вздышки или продухи, т.е. 15—20-минутные перерывы. На это время закрывают не только топки, но и поддувала. Во время вздышек накал у арок уменьшается и температура по всей высоте печи постепенно выравнивается. После такого перерыва топки снова загружают топливом и обжиг возобновляется.
Таким образом, обжиг продолжается до тех пор, пока температура в середине камеры не достигнет требуемого предела (900— 950°). При этом накал кирпича в садке становится настолько ярким, что при наблюдении через отверстие в ходке очертания кромок отдельных кирпичей теряют четкость и различаются неясно, как сквозь дымку. Самые верхние ряды садки в это время также уже накаливаются докрасна, а из верхних отверстий в настиле садки вылетают мелкие синеватые искры.
Определение температуры по цвету накала кирпича требует определенного опыта, поэтому на первое время для контроля температуры рекомендуется пользоваться керамическими пироскопами[2]. Они представляют собой маленькие трехгранные пирамидки, изготовленные из специальных смесей, плавящихся только при определенной температуре. На пироскопах обозначены номера, показывающие температуру их плавления (для определения температуры к номеру надо приписать нуль; например, пироскоп № 88 плавится при 880°, а № 96 при 960° и т. д.).
Для контроля обжига берут несколько пироскопов, из которых один должен плавиться при нормальной температуре обжига кирпича, один — при немного большей температуре, а остальные — при меньшей.
Если кирпичи обжигают в напольной печи, следует выравнивать
температуру не только по высоте (при помощи вздышек), но также по ширине и длине камеры, пользуясь для этого отверстиями в верхнем настиле садки. Например, если в передней части .печи кирпич уже обожжен, а в задней части температура недостаточна, отверстия над передней частью закрывают, и весь огонь благодаря этому переносят в заднюю часть печи. Обычно возле стен температура всегда ниже, поэтому крайние отверстия следует закрывать в последнюю очередь.
Сразу же после окончания обжига надо плотно закрыть (лучше заложить кирпичом) топки и поддувала, промазать их тощей глиной и закрыть все отверстия в настиле садки. В таком плотно закупоренном состоянии печь довольно долго сохраняет высокую температуру, которая в первое время почти не снижается, а только выравнивается по всей камере. Этот период, называемый томлением или закалом, имеет большое значение для качества кирпича. Он способствует лучшему спеканию глиняной массы, равномерному обжигу изделий по всей камере, высокой прочности кирпича, издающего звонкий звук при легком ударе.
Спустя 1 сутки или более, в зависимости от свойств глины и ее отношения к резкому охлаждению, печь понемногу начинают открывать, постепенно ускоряя охлаждение. Вначале открывают часть отверстий в верхнем настиле, садки, затем все отверстия. Еще через 1 сутки (когда кирпич совсем потеряет накал) пробивают отверстие в ходке, постепенно его разбирая. Наконец, в последнюю очередь, незадолго перед разгрузкой печи, открывают поддувала, а также топки. Весь период охлаждения занимает обычно в 1,5 раза больше времени, чем самый обжиг.
При обжиге кирпича в напольных печах по методу А. П. Пугачева, как и при других способах обжига, топливо вначале загружают в топки небольшими порциями и поддерживают слабый огонь. Прогары держат частично открытыми, регулируя ими распределение и прохождение дымовых газов по всей печи. Для удаления остатков влаги из посаженного в печь сырца в количестве, например, 30 тыс. шт. расходуется в среднем 2—3 мъ дров или 12—15 ц соломы.
В дальнейшем, при увеличении огня уголь в садке начинает воспламеняться. Однако важно зажечь его именно тогда, когда период досушки сырца уже полностью закончен, и необходимость в подаче больших количеств воздуха в печь для удаления остатков влаги миновала. Преждевременное воспламенение угля в садке может повлечь массовое растрескивание кирпича.
После окура, т. е. когда из сырца удалена вся остаточная влага, температуру в печи поднимают, сжигая для этого в течение примерно 20 час. 4—5 мъ дров или 25—30 ц соломы. Особенно усиливают огонь в последние 3—4 часа, чтобы обеспечить воспламенение угля в садке, после чего температура в печи начинает быстро повышаться. Углю дают загореться вначале только в трех-четырех рядах. Затем топки закладывают кирпичом и замазывают, одновременно закрывая и замазывая также и прогары на верху печи, за исключением прогаров около стенок печи. В таком положении печь оставляют на 1 сутки для выравнивания в ней температуры.
На следующий день в каждом топочном очелке пробивают по одному отверстию диаметром 3—5 см. Поступающий через эти отверстия воздух способствует интенсивному горению угля, при котором развивается высокая температура в печи. Регулирование равномерного распределения температуры в печи обеспечивается при помощи верхних прогаров.
На вторые сутки отверстия в очелках увеличивают до 12 см для того, чтобы еще больше усилить горение, а на третьи сутки, когда огонь выйдет в верхние ряды садки, отверстия в топках и верхние прогары снова закладывают и замазывают, оставляя печь на закал и охлаждение.
При этом методе обжига, начиная с периода загорания угля, печь обслуживает только один рабочий. На обжиг 1 тыс. кирпичей (при емкости печи около 30 тыс. шт.) расходуется примерно 130 кг угля и 0,2—0,3 м3 дров или 150 кг соломы, т. е. суммарный расход топлива уменьшается против обычного в 2—2,5 раза.
