Способ сушки огнеупорных изделий

 

Использование: огнеупорная промышленность, в частности сушка огнеупорных изделий. Сущность изобретения: огнеупорное изделие термообрабатывают в электромагнитном поле сверхвысокой частоты, при этом плотность потока мощности излучения изменяют в зависимости от влажности материала изделия по закону определяемому выражением с учетом коэффициентов: , вт/см, где a - коэффициент уровня плотности потока мощности; Вт/см; b - коэффициент максимума плотности потока мощности; c - коэффициент скорости изменения плотности потока мощности; w - влажность материала изделия; P₀ - плотность потока мощности при нулевой влажности, Вт/см. 5 ил.

Изобретение относится к огнеупорной промышленности и может быть использовано для сушки огнеупорных изделий.

Известен способ нагрева диэлектрических материалов, основанный на перемещении их в поле СВЧ, имеющем постоянную мощность. Однако использование этого способа для сушки огнеупорных изделий не позволяет получить качественной продукции.

Наиболее близким техническим решением является сверхвысокочастотный способ нагрева диэлектрических материалов, при котором обрабатываемый материал пропускают через n камер, где n > 2 и в каждой из них перемещают его по криволинейной траектории, причем в соседних камерах траектории перемещения являются противоположными. При этом мощность в камерах от первой до n-ной изменяют по экспоненциальному закону.

Практика сушки огнеупорных изделий показывает, что скорость удаления влаги напрямую связана с мощностью СВЧ-поля и не может превышать некоторых допустимых значений, в противном случае происходит растрескивание материала и, как следствие, появление брака при сушке. При этом допустимая скорость влагоудаления связана с влажностью материала, его структурой, и величина ее тем меньше, чем больше влажность.

При малой влажности допустимая скорость влагоудаления велика, однако необходимо учитывать, то обстоятельство, что огнеупорный материал имеет значительно большую, чем вода, радиопрозрачность и, следовательно, меньшую поглощающую способность в СВЧ-поле. Поэтому энергия СВЧ-поля должна быть пропорциональна влажности огнеупорного изделия, в противном случае она расходуется не столько на удаление воды из материала, сколько на нагревание самого материала, что существенно снижает коэффициент полезного действия процесса.

Поэтому существенным недостатком способа является то, что мощность СВЧ-поля и, следовательно, скорость влагоудаления не зависят от влажности материала, что снижает качество сушки и уменьшает КПД процесса, следовательно добиваться получения качественных огнеупоров описанным способом не представляется возможным.

Целью предложенного способа является повышение качества огнеупорных изделий при сушке в СВЧ-поле и повышение эффективности процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в процессе обработки огнеупоpных изделий в поле СВЧ плотность потока мощности излучения изменяется в зависимости от влажности изделия по закону, определяемому выражением P= a e+P₀, (1) где а - коэффициент уровня плотности потока мощности, Вт/см²; b - коэффициент минимума плотности потока мощности; с - коэффициент скорости изменения плотности потока мощности; w - влажность материала изделия, % ; Р_о - плотность потока мощности при нулевой влажности изделия, Вт/см².

Значения коэффициентов а, b и с устанавливают по результатам обработки экспериментальных данных.

Проведены экспериментальные исследования по сушке образцов трех принципиально различных огнеупорных материалов: ультрапенолегковесов, шамота пластического формования и легковесного материала на основе перлита. Образцы ультрапенолегковесов наливали в формы размером 30х15х10 см в виде жидкого шликера с начальной влажностью 50% . Образцы шамота представляли собой кирпичи размером 25,0х12,5х6,5 см с начальной влажностью 20% . Образцы перлитного легковеса представляли собой пластины размером 20х10х2 см с начальной влажностью 50% , которые формовали путем набивки влажного материала в форму.

Допустимые и необходимые уровни плотности потока мощности при сушке ультрапенолегковесных огнеупорных изделий определяли экспериментальным путем в следующем порядке.

Определяли влажность шликера в форме путем взвешивания и сушки образцов. Затем последовательно сушили образцы с начальной влажностью 50% в полях СВЧ с различной плотностью потока мощности последовательно от больших значений к меньшим. При этом начальное значение плотности потока мощности поля выбиралось заведомо больше, чем допустимое для определения максимально возможной плотности потока мощности.

Критерием получения допустимого значения плотности потока мощности являлось отсутствие вспучивания и расслаивания материала при сушке образца в течение 30 мин (поскольку установлено экспериментально, что более длительное пребывание в поле СВЧ не приводит к существенным изменениям и период 30 мин вполне достаточен для выявления отрицательных последствий действия СВЧ-поля на образец). Таким образом, подвергали облучению первый образец при определенной плотности потока мощности. Образец вспучивался, плотность потока мощности уменьшали на некоторую величину шага и подвергали воздействию поля второй образец, который также вспучивался, плотность потока мощности снова уменьшали и воздействовали полем на следующий образец, имеющий ту же влажность 50% и так до тех пор, пока не получили уровень плотности потока мощности, при котором не происходило вспучивания образца с влажностью 50% . При этом определяли потерю влаги из образца за 30 мин и рассчитывали удельную скорость влагоудаления.

Таким образом, получили значение допустимой удельной скорости влагоудаления с поверхности образца и соответствующее ей значение плотности потока мощности СВЧ-поля при влажности образца w = 50% .

После этого образцы с исходной влажностью 50% высушивали до влажности 45% на режиме, установленном на предыдущем этапе, затем для образцов, имеющих влажность 45% , проводили эксперименты по определению допустимой плотности потока мощности СВЧ-поля и соответствующей ей удельной скорости влагоудаления. Так же, как и для образцов с влажностью 50% .

Эксперименты проводили последовательно для образцов с уменьшающейся влажностью с шагом 5% . Таким образом, была получена зависимость допустимого уровня плотности потока мощности от влажности обрабатываемого огнеупорного изделия из ультрапенолегковесного огнеупорного материала. Аналогично установлены соответствующие зависимости для шамотного огнеупора и перлитного легковеса. При этом критерием качества является отсутствие трещин на изделии.

На фиг. 1 приведены экспериментально полученные зависимости допустимых уровней плотности потока мощности СВЧ-поля от влажности обрабатываемого изделия из шамота (кривая I) и ультралегковеса (кривая 2); на фиг. 2 - аналогичная зависимость для перлитного легковеса.

В процессе проведения экспериментов было установлено, что при влажности образцов в интервале 2-12% удельная скорость влагоудаления уменьшается независимо от повышения плотности потока мощности. Это существенно влияет на эффективность процесса сушки с точки зрения коэффициента полезного действия, т. е. соотношения затраченной энергии и полученного положительного результата, поскольку увеличение мощности поля не всегда существенно повышает скорость удаления влаги из образца, что приводит к неоправданным затратам энергии. Это вызвало необходимость проведения экспериментов по определению оптимальных значений плотности потока мощности относительно удельной скорости влагоудаления.

В результате экспериментов установлено, что удельная скорость влагоудаления с поверхности образца при влажности 2-12% имеет тенденцию к насыщению и критерием необходимого и достаточного уровня плотности потока мощности может служить точка перелома кривой V = ϕ (Р). На фиг. 3 представлены зависимости удельной скорости влагоудаления от плотности потока мощности при различной влажности образцов ультралегковесов. При этом указаны значения плотностей потока мощности, которые можно считать оптимальными с точки зрения соответствия энергозатрат и полученного результата (удельная скорость влагоудаления с поверхности образца). Аналогично экспериментально получены зависимости для шамота и перлитного легковеса.

В результате проведенных экспериментов установлены зависимости плотности потока мощности СВЧ поля от влажности обрабатываемого материала, которые приведены на фиг. 4 и 5. На фиг. 4 приведены зависимости плотности потока мощности от влажности шамотного изделия (кривая 1) и ультралегковесного изделия (кривая 2); на фиг. 5 - аналогичная зависимость перлитного легковеса.

Ультралегковесный шликер представляет собой материал с большим количеством закрытых пор и малым сцеплением частиц между собой, поэтому в интервале влажности 50-25% допустимая плотность потока мощности поля увеличивается с уменьшением влажности медленно, поскольку излишний нагрев приводит к повышению давления паров воды в закрытых порах и к увеличению их объема, материал при этом вспучивается и расслаивается, что приводит к неисправимому браку.

По мере сушки изделий из шамотного материала допустимая плотность потока мощности поля увеличивается при снижении влажности образца с 20 до 10% . Плотность потока мощности, превышающая допустимые значения, приводит к растрескиванию образца тем большему, чем больше это превышение.

Перлитный легковес допускает существенно большие плотности потока мощности СВЧ-поля, это объясняется тем, что в материале большое количество открытых пор, которые сформировались еще в процессе формовки, что делает материал малочувствительным к высокому уровню плотности потока мощности, что позволяет проводить процесс сушки за короткое время.

Все экспериментально полученные зависимости, представленные на фиг. 4 и 5 могут быть апроксимированы кривыми, описанными одной формулой (1). При этом коэффициенты приведены в таблице.

Подставляя данные коэффициенты в формулу 1, получаем конкретные законы изменения плотности потока мощности от влажности огнеупорных изделий. Кривые, полученные по этим законам, изображены на фиг. 4 и 5 пунктирными линиями.

В качестве примера реализации этого способа можно привести процесс сушки огнеупорных изделий в экспериментальной установке, состоящей из камеры, соединенной волноводом с генератором СВЧ-энергии. При этом обрабатываемое изделие устанавливают в камере, снабженной датчиком измерения влажности, сигнал от которого подается в блок сравнения, а затем - в расчетный блок. В расчетном блоке по алгоритму, задаваемому законом, выраженным формулой 1, фоpмируется сигнал, подаваемый в блок управления генератора, который устанавливает мощность излучения, соответствующую влажности изделия.

Установленная зависимость позволяет разработать систему управления установками СВЧ-сушки, в которой соотношение между текущими значениями влажности высушиваемого изделия и плотностью потока мощности СВЧ-излучения определяется одним математическим выражением, конкретные значения коэффициентов в котором задаются оператором.

Сушку ультралегковесных изделий традиционным способом в туннельных печах производят в течение 48-52 ч, а процесс сушки тех же изделий предлагаемым способом продолжается 22-26 ч. Сушка шамотных изделий продолжается в течение 16-18 ч, в то время как предалагаемый способ позволяет проводить процесс за 6-7 ч. (56) Авторское свидетельство СССР N 223956, кл. Н 05 В 9/06, 1968.

Авторское свидетельство СССР N 813826, кл. Н 05 В 6/64, 1981.

Формула изобретения

СПОСОБ СУШКИ ОГНЕУПОРНЫХ ИЗДЕЛИЙ в электромагнитном поле сверхвысокой частоты путем изменения плотности потока мощности сверхвысокочастотного излучения обрабатываемого материала по экспоненциальному закону, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, предварительно определяют уровень плотности потока мощности при нулевой влажности материала изделия, устанавливают коэффициент уровня плотности потока мощности, коэффициент максимума плотности потока мощности, определяют влажность материала изделия и изменяют плотность P потока мощности сверхвысокочастотного излучения в соответствии со следующим выражением: P= a e+P₀ где a - коэффициент уровня плотности потока мощности, Вт/см²; b - коэффициент максимума плотности потока мощности;
c - коэффициент скорости нарастания плотности потока мощности;
W - влажность материала огнеупорного изделия, % ;
P₀ - уровень плотности потока мощности при нулевой влажности изделия, Вт/см².

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6