5. Основные  технологические  процессы и оборудование.

     Все разнообразие керамических материалов производится в принципе по однотипной схеме, включающей в себя следующие переделы: добычу сырьевых материалов и карьерные работы, подготовку сырьевой массы, формование изделий, сушку и обжиг, сортировку и хранение. Однако для получения изделий с различной структурой черепка и различной конфигурации применяют разные методы формования: литье, пластическое формование, полусухое и сухое прессование. Основные изделия стеновой строительной керамики — кирпич и керамические камни, производят методами пластического и полусухого формования. Эти методы формования наиболее просты и получили наибольшее распространение. Ниже рассмотрена схема производства керамики с использованием метода пластического и метода полусухого формования на примере производства обычного глиняного кирпича.

     1. Добыча глины и  карьерные работы.

     Когда глина испытана и намечено место  для организации производства, приступают к ее добыче и заготовке.

     Кирпич  можно вырабатывать из глины вылежавшейся и из свежей глины, только что взятой из карьера — «свежевки». Лучший кирпич получается из вылежавшейся, промороженной глины. Особенно необходимо вылеживание, если глина плотная, жирная, трудно размокающая. Добытая осенью глина обычно вылеживается и промораживается.

     С глиняной залежи снимают растительный слой и весь не пригодный для выработки кирпича грунт. Затем начинают добычу глины уступами, как показано на рис. 3. Глину нагружают в тачку и отвозят к месту переработки, где укладывают в конус. Высота конуса не должна быть более 1 м, так как иначе глина плохо промерзнет; длина и ширина конуса принимаются в зависимости от количества заготовляемой глины. При добыче глины в карьере ее обычно берут сразу на всю глубину, чтобы перемешать слои, имеющие различные свойства. При заготовке же глины в конусах в карьере ее можно брать не на всю глубину сразу, а на два-три штыка на всю длину врачи: первые два-три штыка надо развалить по земле там, где предполагается устройство конуса, затем на них сверху еще два-три штыка, а самые нижние — на верх конуса. Весною, при выборке глины из конуса на производство, ее следует брать на всю высоту конуса, чтобы она еще раз перемешалась. Тогда получается однородная глина, а из нее хороший кирпич. При послойной загрузке глины в конус каждый слой обильно поливают водой. Кроме того, в конусе делают отверстия ломом или деревянным кслом, чтобы вода проникала на всю толщину конуса.

     

     Рис. 3. Разработка ступенчатого карьера.

     Желательно  на конусах глины, заложенной для  промораживания, не допускать большого снежного покрова, чтобы глина могла хорошо промерзнуть.

     Площадка  для размещения конуса должна быть очищена от дерна, утрамбована и  выровнена, чтобы с нее не стекала вода.

     Если  осенью глину не заготовили, можно  подвергнуть ее летованию (выветриванию). Для этого глину также укладывают в гряды высотою около 0,5 м и замачивают, а затем, когда она подсохнет, неоднократно поливают водой. Чем жирнее глина, тем продолжительней должно быть ее вылеживание.

     Летование рекомендуется производить в  течение 15—30 дней.

     Если  глина не промораживалась и не подвергалась летованию, ее следует подвергнуть замачиванию. Замачивают глину в невысоких грядах (40—50 см), в кучах или в специальных траншеях, облицованных горбылями. Замочив послойно глину, ее покрывают рогожами, соломенными матами и т. п., чтобы влага из глины не испарялась. Малопластичные глины выдерживают в замоченном состоянии от 0,5 до 2 суток, более жирные — до 3 и 7 суток.

     2. Подготовка сырьевой  массы. 

     Подготовка  сырья в старину велась «естественным» образом: глина, добытая в карьере, в течение 1...2 лет выдерживалась в буртах под открытым небом. Периодическое намокание, замораживание и оттаивание разрушало природную структуру глины, вымывало из нее соли (вспомните белые высолы на современном кирпиче). После этого глину обрабатывали на глинорыхлителях и камнеотделительных валках и доводили до требуемой пластичности добавлением воды.

     

Рис. 4.  Механизмы для измельчения глины:

     1 — вальцовая дробилка с гладкими вальцами; 2 — дезинтеграторные вальцы; 3 — бегуны; 4 — дезинтегратор; 5 — ножевая глинорезка . 
 

     В настоящее время глину увлажняют  паром и интенсивно обрабатывают на бегунах, дезинтеграторах и валках (это в какой-то мере заменяет вылеживание) до получения пластичной удобоформуемой массы без крупных каменистых включений (кусочки СаС0₃ должны быть удалены или измельчены в порошок).

     Качество  массы и будущих изделий зависит  от тщательности проработки сырьевых компонентов. Подготовка сырьевых материалов состоит из разрушения природной структуры глины, удаления или измельчения (рис. 4) крупных включений, смешения глины с добавками и увлажнения до получения  удобоформуемой  глиняной  массы.

     3. Формование изделий.

     Формование  изделий ведется двумя способами: пластическим и полусухим.

     Пластическое  формование.

     Производство  кирпича методом пластического формования ведется на хорошо проработанной пластичной массе с влажностью 15...25 % из легкоплавких глин средней пластичности, содержащих 40...50 % песка.

     Формование  кирпича-сырца производят на ленточном прессе (рис. 5). Увлажненная и тщательно размятая глиняная масса продавливается винтовым конвейером 8 через решетку 7 в вакуумную камеру 6, где жгуты глины разбиваются вращающимся ножом 5 для удаления воздуха из глиняной массы. Далее масса винтовым валом 1 подается в конусную головку 2 пресса, где окончательно уплотняется и продавливается сквозь формующую часть пресса — мундштук 3. Мундштук придает глиняной ленте, выходящей из пресса, определенную высоту и ширину. В мундштуке могут быть установлены керны, образующие каналы в выдавливаемой ленте; так получают пустотелый кирпич и трубы.

     Глиняная  лента нарезается автоматическим устройством  на кирпич-сырец. Размер таких кирпичей несколько больше требуемого, так как в процессе последующей обработки глина дважды (при сушке и при обжиге) претерпевает усадку, достигающую 10... 15 %.

     

Р и с. 5. Ленточный вакуумный пресс:

1 — винтовой вал; 2 — конусная головка; 3 — мундштук; 4 — глиняный брус; 5 — нож; 6— вакуумная камера; 7—решетка; 8 — винтовой конвейер 

     Однако  известный способ не лишен недостатков, а именно: 
возрастает сопротивление движению керамической массы в полости мундштука в процессе формования кирпича, что снижает производительность пресса и увеличивает нагрузку на его приводной механизм, т.е. увеличиваются энергозатраты на операцию формования керамического бруса.

     Другим  существенным недостатком является снижение конструкционной прочности  изделия из-за наличия в кирпиче  искусственно созданных крупных  по размерам большого количества пустот, с суммарным объемом в 13-30% и  даже выше от объема изделий, что во многих случаях не позволяет использовать такой кирпич в качестве стенового материала при строительстве высотных зданий и увеличивает процент боя (поломок), особенно на транспортных операциях. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Основные  производственные процессы и операции при изготовлении стеновых керамических материалов способом  пластического формования

     Таблица 1

      
 
 
 

^{Технологическая схема производства керамического кирпича}

_{пластическим  способом}

     Рис.6.

 
 
 

     Полусухое формование.

     Полусухой способ производства кирпича отличается от пластического тем, что прессование кирпича производят из сильно отощенных жестких масс (применяют малопластичную глину) влажностью 8...10 % на гидравлических или механических прессах высокого давления (10...30 МПа). Такой сырец, как правило, не требует сушки - его сразу после формования можно обжигать. Так как кирпичи полусухого прессования (рис. 7.) получаются более плотными, в них делают несквозные пустоты. Изделия, спрессованные из порошков, обладают в сырце большой прочностью и точностью размеров, характеризуются низкой   усадкой   при   обжиге,   однако   имеют   пониженную морозостойкость.

Рис. 7. Технологическая схема производства кирпича методом полусухого формования:

1 — ящичный подаватель; 2 — ленточный транспортер; 3—дезинтеграторные вальцы; 4 — циклон; 5 — сушильный барабан; 6 — бункер; 7 — тарельчатый питатель; 8 — дезинтегратор;    9 — элеваторы;    10—грохот;    11 — глиносмеситель    с    пароувлажнителем;

     12 — питатель;  13 — пресс 

     Данный  метод предусматривает подсушку глины в сушильном барабане в  течение 10-15 минут, после чего глина  измельчается стержневым смесителем в порошок с фракцией 0,5-5 мм и формуется в кирпич колено-рычажными прессами. Поскольку формование происходит при влажности порошка 8-10%, то отформованный кирпич не требует сушки и подается сразу после формовки в печь.

     Следовательно:

• не требуются затраты на энергоносители для сушки;
• не требуется ввод в глину добавок для улучшения сушильных свойств кирпича;
• даже при наличии в глине солей, они не выступают на поверхности кирпича;
• технологическое оборудование более простое и потребляет значительно меньше электроэнергии.

     4. Сушка изделий.

     Процесс сушки сопутствует производству всех видов керамических изделий. При этом сушат не только сформованные изделия, но также глину, фильтр-прессные коржи, заготовки. При изготовлении многих керамических изделий сушка оказывает решающее влияние на качество готовой продукции. Так, трещины, появляющиеся при сушке многих керамических изделий, обусловливают их брак, а при производстве кирпича существенно снижают его качество.