Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Усачев Александр Михайлович. Повышение эффективности процесса сушки сырца керамического кирпича пластического формования : диссертация... кандидата технических наук : 05.23.05 Воронеж, 2006 176 с. РГБ ОД, 61:07-5/2958


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСАПО РАССМАТРИВАЕМОЙ ПРОБЛЕМЕ ... 10

1.1 Значимость процесса сушки в технологии строительных мате
риалов и изделий 12

  1. Возникновение усадочных деформаций при высушивании изделий 18

  2. Перспективные направления реализации бездефектного процесса сушки сырца керамических изделий 20

1.2 Основные закономерности, проявляющиеся при взаимодейст
вии глинистых минералов с водой 27

  1. Взаимодействие глин с водой 27

  2. Энергетические аспекты процесса сушки 33

1.3 Особенности распределения влаги во влажном капиллярно-
пористом материале при его сушке 35

Выводы по главе 1 40

2 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 41

  1. Характеристика сырьевых материалов 41

  2. Характеристика материалов-посредников 42

  3. Методика исследований 43

  1. Методика оценки свойств материалов-посредников 44

  2. Методика оценки физико-механических свойств керамических изделий 47

  3. Методика определения массообменного критерия Кирпичева... 47

  4. Методика определения коэффициента диффузии влаги и коэффициента поверхностной влагоотдачи 48

  5. Методика определения удельной изотермической влагоем-кости и потенциалов влагопереноса материалов-посредников и глиняного сырца ->0

3 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СУШИЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ
ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ КОНТАКТНО-ДИФФУЗИОННОГО СПО
СОБА СУШКИ 52

3.1 Научно-практическое обоснование возможности использования
контактно-диффузионной сушки капиллярно-пористых материалов... 52

3.2 Предварительная оценка эффективности контактно-
диффузионного способа сушки 55

Выводы по главе 3 59

4 ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИА
ЛОВ-ПОСРЕДНИКОВ 60

  1. Обоснование выбора материалов-посредников для контактно-диффузионного способа сушки 60

  2. Удельная изотермическая влагоемкость и потенциал влагопереноса как главные критерии при выборе материалов-посредников 75

  3. Влажностные характеристики материалов-посредников и сырца в динамическом их равновесии при изменении внешних параметров среды 84

Выводы по главе 4 ^"

5 ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ СУШКИ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕ
ЛИЙ ПРИ КОНТАКТНО-ДИФФУЗИОННОМ СПОСОБЕ 118

5.1 Подбор оптимального режима контакгао-диффузионной сушки 118

  1. Предложения по расчетам оптимальных режимов контактно-диффузионной сушки на основе математической модели влагопереноса 131

  2. Результаты опытно-промышленных испытаний контактно-диффузионного способа сушки керамических изделий 143

Выводы по главе 5 ^'

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 149

Библиографический список 151

Приложение А Патент 14

Приложение Б Акты внедрения 172



Введение диссертации:

Актуальность работы.

Несмотря на большое разнообразие строительных и облицовочных материалов, современное строительство невозможно представить без лицевого керамического кирпича, сочетающего в себе такие положительные свойства, как долговечность возводимых из него зданий, их архитектурная выразительность, а также хорошие экологические показатели и комфортность жилья.

Вместе с тем большинство заводов по производству кирпича в нашей стране не могут выпускать лицевой кирпич, так как технология этого изделия ориентирована на сырье высокого качества, которое не во всех регионах имеется. В частности, в Воронежской области наблюдается некоторый дефицит высококачественного глинистого сырья для производства строительной керамики. В связи с этим возникает необходимость изыскания путей создания качественных изделий, в том числе и из высокочувствительного к сушке сырья. Главным, на наш взгляд, здесь является управление технологическим процессом и прежде всего - процессом сушки сырца.

В связи с изложенным, актуальной является проблема повышения эффективности сушильных процессов керамических изделий, которая в данной работе решается за счет использования принципиально нового способа сушки, в котором определяющим является диффузионный перенос влаги из высушиваемого сырца к материалу-посреднику, находящемуся с одной стороны в контакте с сырцом, а с другой - с конвективно движущимся теплоносителем. Такая схема влагопереноса дает возможность более тонко управлять процессами тепло - и массопереноса, позволяет избежать образования недопустимых влажностных градиентов и, соответственно, гарантировать высокое качество готовых изделий. Предлагаемый способ сушки мы назвали контактно-диффузионным.

Управление процессом контактно-диффузионной сушки удается осу-

ществлять, прежде всего, за счет влагоемкостных параметров посредника и параметров конвективной составляющей процесса, совокупность которых предопределяет направление и интенсивность суммарного влагопереноса.

Предлагаемый способ сушки через посредника аналогов в отечественной и мировой практике не имеет.

Цель работы - теоретическое обоснование и практическое подтверждение использования контактно-диффузионного способа сушки для повышения эффективности высушивания строительных материалов с капиллярно-пористой структурой на примере сырца керамического кирпича.

Основные задачи работы:

рассмотреть закономерности, проявляющиеся при высушивании влажных капиллярно-пористых материалов;

углубить представления о причинах возникновения усадочных явлений и деформаций сырца в процессе сушки, установить условия образования трещин;

получить зависимость деформаций усадки от уровня влажности высокочувствительной к сушке глины;

установить общую закономерность влагопереноса при контакте сырца с посредником на основании их влагоемкостных характеристик;

обосновать возможность управления диффузионной сушкой через вла-гоемкостные свойства материала-посредника и параметры окружающей среды;

выявить благоприятные, с точки зрения высокого качества и сокращения продолжительности высушивания, режимы сушки при использовании материалов-посредников из различных материалов;

решить оптимизационную задачу в математическом представлении для отыскания безопасных режимов сушки;

провести опытно-промышленные испытания контактно-диффузионного способа сушки.

Объект исследований - сырец керамического кирпича пластического

формования из глины высокочувствительной к сушке.

Теоретической и методологической основой исследований являются разработки отечественных и зарубежных ученых в области материаловедения, тепло- и массопереноса, технологии керамики. Для решения вопросов, поставленных в диссертационной работе использовались стандартные методы определения физико-механических свойств глиняных образцов и материалов-посредников и нестандартные методики, позволяющие определить значения массообменного критерия Кирпичева, коэффициентов диффузии и поверхностного испарения, оценить величину изотермической влагоемкости и значения потенциалов влагопереноса.

Научная новизна.

  1. Усадочные явления, происходящие при удалении влаги из сырца, могут рассматриваться как структурообразующий фактор с точки зрения получения изделий высокого качества.

  2. Теоретически обоснована и практически подтверждена возможность использования контактно-диффузионного способа сушки для капиллярно-пористых строительных материалов.

  3. Установлены общие закономерности влагопереноса при контактно-диффузионной сушке, которые определяются величинами потенциала переноса влаги и удельной влагоемкости глиняного сырца и материалов-посредников.

  4. Изучена кинетика изменения влажности высушиваемого сырца и посредников при различных соотношениях внешних параметров среды, на основании которой спроектированы варианты практической реализации процесса.

  5. Научно обоснованы оптимальные режимы сушки с применением посредников из различных материалов.

Достоверность полученных результатов обеспечена применением в исследованиях научно обоснованных методик, вероятностно-статистических методов обработки полученных результатов; использованием аттестованного

лабораторного оборудования; сопоставимостью полученных результатов с ранее выполненными исследованиями других авторов, а также опытными испытаниями и их положительным практическим эффектом.

Практическое значение работы состоит в возможности использования контактно-диффузионного способа сушки для различных строительных материалов с капиллярно-пористой структурой, что позволит обеспечить управление процессом высушивания без превышения критических влажно-стных градиентов, какие имеют место при непосредственном контакте сушильного агента с поверхностью сырца; сократить время сушки, вследствие возможности использования скоростных режимов сушки материала-посредника по сравнению с режимами сушки самого сырца; исключить образование сушильных трещин и тем самым повысить качество готовых изделий.

Внедрение результатов работы.

В промышленных условиях на предприятии по производству керамического кирпича ОАО «ВАСО» в г. Воронеже выпущена опытно-промышленная партия керамического кирпича пластического формования, высушенная контактно-диффузионным способом. Результаты показали преимущества предлагаемого способа сушки по сравнению с традиционно применяемым конвективным.

Результаты экспериментальных исследований, полученные при выполнении диссертационной работы, внедрены в учебный процесс для студентов ВГАСУ специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» при изучении дисциплин «Технология строительной керамики» и «Технология изоляционных строительных материалов и изделий», а также при выполнении УИРС по курсу «Основы научных исследований и технического творчества».

На защиту выносятся:

1. Научное обоснование возможности применения контактно-диффузионного способа сушки для капиллярно-пористых материалов.

  1. Экспериментальные данные влагоемкостных характеристик материалов-посредников и их влияние на направление и интенсивность влагопе-реноса при контакте посредника с сырцом керамических изделий.

  1. Результаты исследования закономерностей влагопереноса при контактно-диффузионной сушке.

4. Практические рекомендации по применению контактно-
диффузионного способа сушки сырца керамических изделий.

Апробация работы.

Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях международного, республиканского и др. уровней: «Актуальные проблемы современной науки» (Самара 2003 г., 2004 г., 2005 г.), «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии» (Тула 2004 г.), «Высокие технологии в экологии» (Воронеж 2005 г., 2006 г.), «Туполевские чтения» (Казань 2005 г.), «Строительные и отделочные материалы» (Новосибирск 2006 г.), на десятых Академических Чтениях РААСН «Достижения, проблемы и перспективные направления развития теории и практики строительного материаловедения» (Казань-Пенза 2006 г.), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского государственного архитектурно-строительного университета (Воронеж 2003-2006 гг.).

Публикации по теме работы. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 12 научных публикациях (статьях), из них 2 - в изданиях из перечня ВАК. По материалам исследований получен патент на изобретение № 2274621 «Способ сушки отформованного кирпича-сырца».

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, изложена на 176 страницах, содержит 111 страниц машинописного текста, 71 рисунок, 29 таблиц, список литературы из 135 наименований и 2 приложения.

Работа выполнена в Воронежском государственном архитектурно-

строительном университете на кафедре строительного материаловедения.

Автор выражает благодарность и глубокую признательность научному консультанту - доктору технических наук, профессору, зав. каф. технологии строительных изделий и конструкций Е.И. Шмитько за помощь в постановке проблемы и при проведении экспериментальных исследований.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО РАССМАТРИВАЕМОЙ ПРОБЛЕМЕ

В настоящее время в связи с развитием индивидуального жилищного строительства все большим спросом пользуются мелкоштучные стеновые материалы. Эта большая группа строительных материалов, которая включает изделия из ячеистого и поризованного бетонов, керамический и силикатный кирпич, деревянные конструкции и др.

В России, как известно, более 80 % от общего объема производства стеновых материалов приходится на штучные изделия. Даже в годы наибольшего развития крупнопанельного строительства большая часть зданий в нашей стране возводилась из мелкоштучных стеновых материалов. В последнее время в строительстве все чаще используется комбинированное решение стен зданий, наружная часть которых выполняется из мелкоштучных изделий высокого качества и архитектурной выразительности, чаще всего -лицевого кирпича [1...3].

Поэтому перед предприятиями-производителями кирпича остро стоит проблема повышения качества, увеличения объемов производства и расширения ассортимента выпускаемой продукции.

Вместе с тем большинство заводов по производству керамического кирпича в нашей стране не могут выпускать лицевой кирпич, так как технология этого изделия ориентирована на сырье высокого качества, которое не во всех регионах имеется. В частности, в Воронежской области наблюдается некоторый дефицит высококачественного глинистого сырья для производства строительной керамики, в связи с этим возникает необходимость изыскания путей создания качественных изделий, в том числе и из низкосортного высокочувствительного к сушке сырья. Но на наш взгляд проблема здесь все-таки не в том, что в большинстве регионов наблюдается нехватка высококачественного глинистого сырья, а в том, что мы пока не умеем достаточно эффективно управлять технологическим процессом, прежде всего - процессом сушки сырца.

На керамических предприятиях, работающих по технологии пластического формования, процесс сушки занимает центральное место, как по продолжительности, так и по его влиянию на качество готовой продукции и на ее себестоимость.

Известно [4...7], что препятствием к интенсивной сушке изделий является их растрескивание. Образование трещин происходит в результате объемно-напряженного состояния, которое возникает из-за неравномерного удаления влаги из различных зон сырца, возникновения влажностных градиентов. Это обусловлено относительно быстрым испарением влаги с поверхности сырца при существующих конвективных способах сушки. Если существующий влажностный градиент превышает предел, называемый критическим перепадом влагосодержания или критическим градиентом влажности [8... 13], то кирпич-сырец растрескивается. Поэтому, условия сушки должны быть такими, при которых образующийся перепад влагосодержания не превышает критического значения. Наилучшие условия сушки создаются при одинаковой скорости внешней и внутренней диффузии влаги.

В связи с изложенным, актуальной является проблема повышения эффективности сушильных процессов керамических изделий, которая в данной работе решается за счет использования принципиально нового способа сушки, в котором определяющим является диффузионный перенос влаги от поверхности высушиваемого сырца к посреднику.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций