Производство облицовочного керамического кирпича с ангобированной лицевой поверхностью

       Примеси делятся на тонкодисперсную часть  и включения.

       Кремнезем SiO₂ содержится в глине в виде силикатов или кварцевого песка и тонкодисперсной пыли. Высокое содержание SiO₂ имеют суглинки и супеси. Кварцевый песок ухудшает формовочные свойства: крупнозернистый (но не крупнее 2 мм) уменьшает воздушную усадку изделий и, следовательно, добавка его к высокопластичным глинам улучшает их сушильные свойства; напротив, мелкий кварцевый песок ухудшает сушильные свойства глин.

       Кварцевые пески понижают трещиностойкость изделий  при их охлаждении после обжига в  связи с увеличением кварца в  объеме на 16-17%.

       Глинозем AL₂О₃ в составе алюмосиликатов представляет основную часть глинистых минералов. По содержанию оксида алюминия можно судить о количестве глинистой составляющей в породе, о пластичности глины; при его увеличении растет чувствительность глины к сушке, интервал между температурами спекания и плавления, температура плавления.

       Железистые  соединения встречаются в глинистых  грунтах в виде примесей (гематит, лимонит, сульфид, пирит). Кроме того, в глинистых минералах оксид железа содержится в связанном виде. Чем больше соединений железа присутствует в глинистом сырье, тем ниже температура его плавления.

       Оксид железа придает обожженному черепку окраску от светло-розовой до красной. В сильно окислительной среде обжига получается синевато-зеленый цвет. При увеличении содержания железа в глине в результате обжига изделия приобретают темную окраску, вплоть до черной. Наличие в глине тонкодисперсных карбонатных соединений ослабляет красящее действие оксидов железа.

       Карбонатные примеси встречаются в глинах в виде тонкодисперсных равномерно распределенных частиц, рыхлых и плотных  каменистых включений.

       Тонкодисперсные карбонаты, если они составляют с остальной частью глины однородную массу, создают пористую структуру черепка, несколько снижают прочность, однако для производства стеновых керамических материалов они не вредны.

       Рыхлые  разновидности карбонатов легко  могут быть разрушены при переработке глин и в дальнейшем равномерно усреднены, а плотные каменистые карбонатные включении (дутик) вызывают разрушение готовых изделий после обжига.

       При высоком содержании тонкодисперсных  карбонатов глины называют карбонатными.

       Щелочи  находятся в глинах в составе слюд и полевых шпатов и являются сильными плавнями при температуре выше 1100°С.

       Растворимые соли находятся в глинах в основном в виде сульфатов. Вредными являются сульфаты магния и кальция. Двуводный  гипс CaSO₄-2Н₂O при нагреве вызывает вспучивание изделий. При наличии значительного количества сульфатов морозостойкость изделий снижается. Кроме этого, сульфаты растворяются в воде, которая выносит их на поверхность изделий и ухудшает внешний вид.

       Органические  примеси содержатся в глине в  виде растворимых остатков или углистых и битуминозных примесей. В процессе обжига они выгорают.

       В глинистых породах различают  три вида связанной воды. Химически  связанная вода, которая входит в  состав кристаллической решетки  глинистого минерала, удаляется при  высоких температурах. Физико-химически связанная вода, или адсорбционная, обволакивающая частички глины тонким слоем, находится под влиянием сильного электрического заряда глинистой частицы. Свободная, или механическая связанная вода, заполняет пространство между частицами, поры, капилляры.

       На  основе практического опыта можно  установить следующие технические  требования к глинистому сырью для  производства керамических камней и  кирпича. Содержание химических составляющих, % по массе, должно удовлетворять таким  данным: диоксид кремния SiO₂ – не более 85, в том числе свободного кварца – не более 60; сумма оксидов алюминия и титана А1₂О₃+TiO₂ не менее 7; сумма соединений серы в пересчете на SO₃ – не более 2, в том числе сульфидной – не более 0,8.

       При наличии SO₃ более 0,5 и в том числе сульфидной составляющей не более 0,3 %, глинистые породы должны быть испытаны на возможность устранения высолов на обожженных изделиях путем перевода растворимых солей в нерастворимые.

       Сумма оксидов железа FeO-Fe₂O₃ в глинистой породе может быть не более 14, а оксидов калия и натрия K₂0-Na₂0 не более 7 %.

       Если  содержание названных оксидов превышает указанные пределы, то пригодность глинистой породы определяется испытаниями.

       В процессе разведки глинистого сырья  определяются такие его технологические свойства: пластичность, влажность (естественная и формовочная), гранулометрический и минералогический состав, содержание крупнозернистых включений, усадка, спекаемость и прочность обожженных изделий. Глинистая порода должна иметь число пластичности не менее 7.

       По  гранулометрическому составу предъявляются  следующие требования: содержание в  глинистой породе тонкодисперсной  фракции (менее 1 мкм) должно быть не менее 15, а фракции до 10 мкм – более 30 % по массе; содержание фракции 0,01-0,5 мм определяется, но не регламентируется; содержание в глинистой породе крупнозернистых включений (размером более 5 мм) не должно превышать 5 % по массе.

       Полузаводские испытания глинистого сырья являются окончательными. На их основании составляется заключение о качестве и пригодности сырья для производства. При этом надо учитывать, что некоторые виды сырья, не отвечающие данным требованиям, могут быть применены в составе шихты как один из компонентов или применяться с определенными добавками.

       Песок. Для производства керамического кирпича он доложен быть крупнозернистым с зернами размерами 0,5-2 мм, отсеянным от включений размером более 2 мм. Тонкозернистые свойства изделий. Лучшим для отощения является кварцевый песок с модулем крупности 2-2,5 (ГОСТ 8736-67). Добавляют песок в количестве 10 %. Добавка большого количества песка снижает прочность и морозостойкость керамического материала и может явиться причиной «разрыхления» керамического черепка из-за модификационных превращений кварца: изделие в этом случае лишается звонкости или на нем появляются короткие тонкие волосные трещины.

       Ангобы  представляют собой краски, приготовленные из обогащенных глин, получивших при  обжиге красивый цвет, или из белых  глин с введением в них минеральных  пигментов из глин и руд: железа, марганца, меди, хрома и пр.

       Для лучшего спекания ангобы добавляют  полевой шпат, бой стекла и другие компоненты. Для сокращения усадки вводятся песчаные добавки или шамот  из тех же глин, которые используются для ангоба. В 1936 г. в лаборатории строительных материалов Московского архитектурного института автором настоящей главы при консультации академика Е.И. Орлова была восстановлена рецептура некоторых ангобов.

       Ангобы  готовят путем тонкого помола всех компонентов, входящих в их состав. Покрывать ангобом кирпич-сырец можно непосредственно при выходе глиняного бруса из мундштука ленточного пресса или же после сушки кирпича. Покрывают методами пульверизации и полива обычно две смежные поверхности кирпича – ложковую и тычковую. По составу ангобы можно разделить на глинопесчаные, флюсовые и античные лаки. Глинопесчаные ангобы применяют как промежуточный слой между основным черепком изделия и последующим глазурным покровом. Обычно они состоят из глины и песка, иногда добавляют мел или известняк, а для цветных ангоб пигменты.

       Глинопесчаные ангобы используют главным образом  в гончарном производстве – большей частью для росписи или сплошного покрытия посуды с последующей ее глазуровкой. Флюсовые ангобы, помимо глины и кварцевого песка (шамота), содержат в своем составе материалы, способствующие спеканию и уплотнению или даже оплавлению. Этот вид ангоб применяют для получения плотной водонепроницаемой поверхности с мягкой полуматовой фактурой или для промежуточного слоя между черенком и глазурью. Флюсовые ангобы иногда наносят без дополнительной глазуровки изделий. В этом случае они образуют плотный склеивающийся покров с разной степенью блеска. Для ангобирования изделий, обжигаемых при высокой температуре, основными флюсующими материалами являются полевой шпат, мел или известняк и доломит. Для понижения температуры спекания вводят более сильные плавки в виде боя оконного стекла. Используется этот вид ангобов для покрытия терракотовых изделий и кирпича. 

        1.3 Выбор и обоснование технологического способа производства 

       В зависимости от вида изготовляемой продукции и свойств исходного сырья керамическую массу получают пластическим, полусухим и шликерным (мокрым) способами. В связи с этим выбирают и способ формования изделий – пластическое формование, полусухое или сухое прессование, литье.

       Пластический  способ формования используют для изготовления кирпичей, черепицы и других изделий. Процесс формования (прессование) протекает  нормально, если достигнута влажность  массы позволяющая образовать на твердых частицах гидратные прослойки, которые по толщине равны двум молекулам воды. Это соответствует примерно влажности глиняных масс 18-24%. Формование изделий осуществляется вьщелением бруса, штамповкой в формах, лепкой сложных изделий. Наиболее распространено ленточное формование на горизонтальных шнековых прессах, в которых материал не только транспортируется и уплотняется, но также интересно проминается и гомогенизируется.

       Структура формируемых в прессе масс представляет собой напластование вложенных  друг в друга ряда полых конусов. При этом внутренние слои выталкиваемого бруса перемещаются быстрее, чем  наружные, испытывающие трение о стенки. В результате в формуемых изделиях возможно появление различных дефектов. Однородность структуры повышается с увеличением влажности формуемой массы, отощением массы за счет введения крупного песка или шамота, при пароувлажнении.

       Характер  перемещения массы в прессе зависит  от ее упругопластических свойств, силы трения о стенки, давления, создаваемого шнеком, и сопротивления выходных насадок – головки и мундштука. На проталкивание массы через мундштук расходуется 20-50% мощности пресса. Поэтому мундштуки, соответствующие структурно-механическим свойствам глин, способствуют повышению производительности прессов на 7-10% и снижению расхода электроэнергии на 12-15%.

       На  проталкивание массы через мундштук расходуется большая часть мощности прессов (до 40%). В зависимости от вида формуемых изделий мундштук имеет сечение: прямоугольное – для рядового кирпича, со вставными стержням – для пустотелых камней, кольцевое – для труб. Выходное отверстие мундштука рассчитывают с учетом упругих деформаций прессуемой массы и усадки при сушке и обжиге.

       Наличие в глиняных массах воздуха снижает  их пластичность, вызывает неравномерность  уплотнения при формовании, а упругое  последействие – образование микротрещин. Поэтому желательно удаление из керамических масс воздуха, например, в вакуум-прессах различной конструкции. Тестообразная масса разминается в смесителе прессе лопастным винтом и продавливается в виде отдельных прутков через дымчатую перегородку или конус в вакуум-камеру, где из нее отсасывается воздух. Вакуумированную массу захватывает шнековый вал, уплотняет ее и перемещает в прессующую головку с мундштуком, откуда масса выходит в виде непрерывного глиняного бруса. Чем выше пластичность глиняных масс, тем выше должна быть величина вакуума и дольше пребывание массы в вакуумной камере. Прочность высушенного сырца из вакуумированной массы в 1,6 раза выше, чем из невакуумированной. Плотность обожженных изделий увеличивается на 3-4%. Водопоглощение понижается на 10-15%, а прочность почти в 2 раза. Резку кирпича-сырца и керамических камней из бруса производится на струнных резательных автоматах.

       Сухой способ формования заключается в  получении полуфабрикатов изделий  прессованием из несвязанных порошкообразных глиняных масс с влажностью 8-12% (полусухой способ) или 2-8% (сухой способ). Получение изделий заданной формы обеспечивается сближением частиц, ростом поверхности их контакта, проявлением Ван-дер-ваальсовых и капиллярных сил.

       Полусухое прессование позволяет использовать в производстве более тощие глины, а также в больших количествах  добавки золы и шлаков. Изделия  имеют правильную форму и более  точные размеры, при обжиге дают значительно  меньшую усадку. Преимуществами сухого формования по сравнению с пластическим являются также сокращение длительности сушки и всего производственного процесса, потребностей в производственных площадях и рабочей силе. Однако этот способ связан с применением более сложного прессующего оборудования, использованием более высококвалифицированной рабочей силы, а также снижением морозостойкости изделий.