способ обжига керамических изделий

Формула изобретения

Способ обжига керамических изделий, включающий размещение слоя обжигаемых изделий сверху слоя углеродистого восстановителя, окисление углеродистого восстановителя с образованием оксида углерода и водорода, нагрев и изотермическую выдержку изделий в атмосфере водорода, вытеснение оксида углерода снизу реакционной зоны, отличающийся тем, что углеродистый восстановитель окисляют горячими продуктами сгорания углеводородного топлива (диоксидом углерода и парами воды), при этом продукты сгорания углеводородного топлива пропускают через слой углеродистого восстановителя сверху вниз со скоростью, обеспечивающей удержание образующегося водорода в слое обжигаемых изделий.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к изготовлению керамических изделий из природного минерального сырья и может быть использовано для обжига сырых изделий в восстановительной атмосфере водорода.

Известен способ обжига керамических изделий в неокислительной атмосфере, в котором обжигаемые изделия помещают в коксовую мелочь, уложенную на дне металлической емкости, которую сверху и сбоку можно закрывать крышкой и дверцей, загружают в печь и осуществляют нагрев и изотермическую выдержку [JP, заявка, 62-14511, кл. С04В 35/64, 1987].

В известном способе обжиг изделий протекает в атмосфере оксида углерода, образующегося в результате неполного окисления коксовой мелочи кислородом воздуха.

К недостаткам известного способа относятся техническая сложность его осуществления и небольшой объем загрузки обжигаемых керамических изделий в металлическую емкость.

Известен способ обжига керамических изделий в восстановительной среде, включающий загрузку заготовок в газонепроницаемый капсель (реакционный объем), выполненный из нескольких слоев материала, причем наружный слой выполнен из газонепроницаемого огнеупорного материала, промежуточный из углеродсодержащего вещества (порошковая засыпка) и внутренний из пористого керамического материала, с последующим нагревом и изотермической выдержкой при максимальной температуре [ЕР, заявка, 0154713, кл. F27В 5/00, 1985].

В известном способе обжиг изделий протекает в атмосфере оксида углерода, образующегося в результате неполного окисления углеродсодержащего вещества кислородом воздуха.

К недостаткам известного способа относятся техническая сложность его осуществления и небольшой объем загрузки заготовок в газонепроницаемый капсель.

Известен способ, принятый за прототип, обжига керамических изделий в присутствии твердого углеродистого восстановителя, включающий укладку изделий и восстановителя в реакционном объеме с газонепроницаемым сводом, нагрев реакционной зоны и изотермическую выдержку изделий, отличающийся тем, что нагрев осуществляют в атмосфере водорода, при этом образующиеся газообразные продукты отводят снизу реакционной зоны [Патент РФ №2096382 по заявке №95117197 от 09.10.95].

В способе по прототипу обжиг изделий протекает в атмосфере водорода, образующегося при температуре свыше 600°С из углеродистого восстановителя и паров воды, химически связанной или поглощенной обжигаемыми изделиями, по реакции:

При этом образующийся водород, являющийся самым легким газом с плотностью 0.09 г/л, обладающий способностью занимать весь предоставленный ему объем, удерживается под газонепроницаемым сводом и вытесняет вниз из реакционной зоны оксид углерода с плотностью 1.25 г/л, поскольку выход газообразных продуктов реакции обеспечивается снизу реакционной зоны.

В прототипе восстановление оксидов металлов, присутствующих в керамических изделиях, осуществляется удерживаемым в реакционной зоне водородом по реакции:

образующиеся по реакции (2) пары воды реагируют с углеродистым восстановителем по реакции (1), а постоянное удаление снизу реакционной зоны оксида углерода, образующегося по реакции (1), способствует необратимости протекания суммарной реакции восстановления:

и, соответственно, повышению качества обжигаемых изделий.

Пример осуществления способа по протипу.

Фарфоровые изделия, сформованные из массы состава (мас.%): SiO ₂ - 65.84; Al₂O₂ - 23.07; TiO₂ - 0.30; Fe ₂О₃ - 0.50; CaO - 0.34; MgO - 0.36; K₂O+Na₂O - 2.93; п.п.п.- 6.28, подвергали обжигу в туннельной печи. На подине укладывали нефтяной кокс, на него ставили обжигаемые изделия, а сверху накрывали глазурованным капселем для создания газонепроницаемого свода над реакционной зоной. Затем осуществляли нагрев реакционной зоны до 1300°С и выдержку обжигаемых изделий при этой температуре в течение двух часов. В реакционной зоне происходило образование водорода и оксида углерода из паров воды и нефтяного кокса по реакции (1). При этом водород, являясь самым легким из присутствующих в реакционной зоне газов, удерживался под газонепроницаемым сводом и восстанавливал оксиды железа и титана в обжигаемых изделиях, придавая им белизну, а оксид углерода вытеснялся снизу реакционной зоны через газопроницаемую подину. После обжига определяли белизну изделий, которая составила 80% по ГОСТ 24768-81.

К недостаткам прототипа относится низкая производительность, обусловленная небольшим объемом обжигаемых изделий, ограниченным размерами реактора с газонепроницаемым сводом.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание способа обжига керамических изделий, позволяющего повысить производительность за счет увеличения объема обжигаемых изделий путем удержания и многократного использования водорода в открытом реакторе.

Технический результат достигается тем, что в способе обжига керамических изделий, включающем размещение слоя обжигаемых изделий сверху слоя углеродистого восстановителя, окисление углеродистого восстановителя с образованием оксида углерода и водорода, нагрев и изотермическую выдержку изделий в атмосфере водорода, вытеснение оксида углерода снизу реакционной зоны, согласно изобретению углеродистый восстановитель окисляют горячими продуктами сгорания углеводородного топлива (диоксидом углерода и парами воды), при этом продукты сгорания углеводородного топлива пропускают через слой углеродистого восстановителя сверху вниз со скоростью, обеспечивающей удержание образующегося водорода в слое обжигаемых изделий.

Предлагаемый способ осуществляется в печи, снабженной колосниковой решеткой, где размещаются обжигаемые изделия и углеродистый восстановитель, газовыми или мазутными горелками, расположенными над колосниковой решеткой, и системой вакуумирования, обеспечивающей регулируемое просасывание газов сверху вниз через слой обжигаемых изделий и углеродистый восстановитель.

Образующиеся при сжигании метана в горелках пары воды просасываются сверху вниз и при температуре свыше 700°С взаимодействуют с углеродистым восстановителем с образованием водорода, который диффундирует вверх через слой керамических изделий, например периклазовых огнеупоров. При этом система вакуумирования, просасывающая вниз через слой твердого топлива диоксид углерода и пары воды, регулируется таким образом, чтобы водород увлекался вниз встречным потоком этих газов и постоянно удерживался в слое периклазовых огнеупоров.

Имеющий высокую температуру водород взаимодействует с оксидами железа, расположенными в структуре периклаза, а образующиеся пары воды просасываются через углеродистый восстановитель и взаимодействуют с ним, регенерируя водород, который вновь диффундирует вверх в слой периклазовых огнеупоров и вновь транспортирует кислород от оксида железа к углероду в виде паров воды, при этом образующийся оксид углерода удаляется вниз системой вакуумирования.

Таким образом, предлагаемый способ обжига керамических изделий с позволяет с большой производительностью осуществлять обжиг сырых изделий в восстановительной атмосфере водорода.