Строительная керамика

Наряду с шамотом  из обожженной глины в производстве лицевого кирпича применяют шамот из отходов производства: размолотых брака и боя керамических изделий, а также шамотных огнеупорных изделий, бывших в употреблении в кладке различных промышленных печей. Шамот является более эффективным отощителем, чем кварцевый песок, сильнее снижает усадку глины, меньше —прочность изделий. Количество шамота в шихте может составлять до 30 — 45%..

Дегидратированную глину (низкожженый шамот) применяют при  производстве кирпича из легкоплавких глин. Природную легкоплавкую глину обжигают при 600—800°С во вращающихся печах в течение 10—15 мин. или в печах с кипящим слоем, а иногда на агломерационных решетках

Обычно степень дегидратации природной глины в процессе обжига составляет до 70 вместо 100% для обычного шамота. Дегидратированную глину вводят в шихту в количестве 25—50% общего объема массы. Для повышения морозостойкости изделий при добавке дегйдратированной глины в состав шихты следует вводить, уголь, а обжиг изделий вести при более высокой температуре (на 40—50°С), чем обычно.

Существенное влияние  на сушильные свойства глины и прочность сухих и обожженных изделий оказывает гранулометрический состав дегидратированной глины.

При увеличении количества крупных фракций (более 0,5 мм) и уменьшении мелких (менее 0,25 мм) снижается чувствительность глин к сушке, однако во многих случаях уменьшается и механическая прочность готовых изделий. Оптимальным составом дегидратированной глины следует считать такой, в котором содержание зерен 0,25—1 мм составляет 50—55%, зерен менее 0,25 мм 45—50%.

Эффективным отощителем при производстве лицевого кирпича из легкоплавких глин является керамзитовый песок, получаемый путем измельчения керамзитового гравия, при условиях отсутствия в нем гипса и известняка.

Отходы углеобогащения могут быть использованы в производстве кирпича в качестве топливосодержащей и отощающей добавки и в ряде случаев как основное сырье. Так, например, из отходов обогащения некоторых кузнецких, донецких и карагандинских углей по технологии, разработанной ВНИИСтромом, получен пустотелый кирпич, характеризующийся прочностью на сжатие от 15 до ,20—25 МПа (от 150 до 200—250 кгс/см²), на изгиб 2,1—4,4 МПа (21—44 кгс/м²), водопоглощением 8—14% при объемной массе 1220—1450 кг/м³ и морозостойкостью более 35 циклов.

Отходы углеобогащения сушат и измельчают до требующегося гранулометрического состава. При наличии в них карбонатных включений они должны быть измельчены до крупности зерен менее 0,5 мм.

Золошлаковая смесь  из гидроотвалов ТЭС представляет собой продукт сжигания углей. При производстве кирпича из смеси огнеупорных и легкоплавких глин она иногда может быть использована как отощающая добавка. Золошлаковую смесь при необходимости предварительно частично обезвоживают и удаляют из нее крупные стекловидные и другие включения (или измельчают их).

(Количество добавляемой золошлаковой смеси составляет: 10—20% и зависит от количества несгоревшего топлива и количества и дисперсности золы, содержащихся в ней.

Наиболее пригодными к использованию и производстве стеновых изделий являются золошлаковые смеси от сжигания донецких и кузнецких углей.

В качестве эффективной  добавки может быть использован   гранулированный   фосфорный шлак, являющийся отходом электролитического способа производства желтого фосфора. Отличительная особенность его — это наличие 4—6%  активных   катализаторов    кристаллизации пятиокиси фосфора  и  фторидов.

Добавки, вводимые в глины, не должны содержать: карбонатных включений, растворимых солей, включений дающих темные выплавки на лицевых поверхностях кирпича. Наибольшая крупность вводимых добавок не должна превышать 2 мм, особенно для лицевого кирпича с высокой пустотностью, имеющего междупустотные перегородки толщиной 10 мм и менее. В зависимости от пластичности, связующей способности исходного глиняного сырья, его воздушной усадки, количество добавок составляет 20—50%. При организации производства лицевого кирпича вопрос о выборе и приготовлении добавок должен быть решен своевременно с учетом качества их, имеющихся ресурсов, условий завода и экономики.

Природная глина, добытая из карьера, в естественном состоянии непригодна для изготовления изделий. В силу условий своего образования осадочные глины отличаются более или менее явно выраженной сложностью структуры, что предопределяет послойное различие как состава, так и свойств используемого глиняного сырья. Для придания глине требуемых технологических свойств выполняют ряд операций, предусматривающих разрушение ее естественной структуры, удаление вредных примесей (камни, галька, корни растений, металл и т.п.), измельчение, увлажнение, усреднение влаги в массе и, наконец, получение однородной смеси-шихты.

Часто для достижения необходимых свойств используют шихту сложного состава. Комбинированная  шихта может состоять из нескольких видов глин либо в нее могут вводиться специальные добавки, получившие наибольшее распространение в производстве строительной керамики.

В зависимости от свойств  сырьевых материалов, типа изготавливаемой  продукции, объемов производства применяют  три основных способа подготовки формовочных масс: пластический, полусухой и шликерный.

Наиболее распространенными  операциями и оборудованием при  производстве  керамических изделий являются следующие:

Предварительное рыхление необходимо для разрушения крупных комьев поступающей из карьера глины и равномерной подачи ее на дальнейшую обработку. Для этой технологической операции используются одно- и двухвальные рыхлители. Принцип действия глинорыхлителя заключается в том, что крупные комья глины, попадая в корпус рыхлителя, разрезаются билами, а при сухой глине дробятся. Измельченные комья через решетку с размером ячеек 150 мм направляются в ящичный питатель. Для очистки валов от налипания на двух боковых стенках корпуса предусмотрено два ряда ножей. Дозирование компонентов шихты и равномерная подача ее в производство обеспечиваются ящичными (СМ -1090, СМК - 78) и тарельчатыми (СМ - 179А, СМ - 86А, СМ - 274А, СМ - 276А) питателями.

Ящичный питатель - это  открытый сверху прямоугольный ящик, дном которого является транспортер. Передняя стенка питателя оснащена подъемным шибером, от высоты подъема которого зависит количество материала, подаваемого транспортером на производство. Ящичные питатели выпускают с резиновой (СМ-1090) и металлической бесконечной пластинчатой (СМК-78) лентой.

Тарельчатый питатель применяется  преимущественно для дозирования и непрерывной подачи сухих отощающих добавок и топлива. Дном питателя служит вращающаяся тарелка, во время вращения которой материал снимается с нее скребком и ссыпается в приемное устройство, расположенное под питатетелем.

Первичное измельчение. Прошедшая рыхление и отдозированная глина для разрушения естественной структуры, выделения каменистых и других включений пропускается через камневьделительные вальцы с гладким или винтовым валком. Вальцы с ребристым валком СМ - 1198Б  для грубого измельчения плотных, связных, камнеподобных и комкующихся пород  и выделения из них камней; вальцы с винтовым валком СМ - 194 используются для измельчения пластичных и влажных глин. Камневыделительные вальцы обоих типов монтируются так, чтобы поток массы подавался параллельно.

Увлажнение и разувлажнение  глиняной массы осуществляют с целью  придания ей нормальной формовочной влажности, т.е. такой, при которой глина легко мнется в руках, но не  прилипает к пальцам. Для этого необходимо, чтобы добавляемая вода впитывалась в глину, вызывая ее равномерное по всей массе, набухание. Увлажнять массу можно как водой, так и паром; при этом увлажнение паром считается предпочтительнее так как позволяет более равномерно увлажнять все частицы.

Смешивание  глины с добавками и ее увлажнение осуществляются в лопастных двухвальных смесителях СМК-125А, СМК-126А, СМК-373 с пароув-лажнением, СМ-447 без пароувлажнения и СМК-1238 с фильтрующей решеткой. Смеситель состоит из корытообразного сварного корпуса, двух валов с лопастями, привода и системы водоорошения или пароувлажнения.

Для вторичного измельчения и обработки глиняной массы применяют дырчатые вальцы, бегуны мокрого помола или глинорастиратели. В зависимости от свойств керамической массы требуемой степени ее обработки в технологическую; линию включают ту или иную машину или сразу несколько. Принцип действия этих машин основан на многократном циклическом нагружении и разгружении измельчаемой шихты в сочетании с раздавливанием и истиранием материала, которое сопровождается перемешиванием слоев массы. Наиболее эффективны они для глинистого сырья с включениями (особенно карбонатными), труднорастворимых и неоднородного зернового состава глин.

Тонкое измельчение  пластичной глиняной массы сводится к ее перетиранию с целью разрушения водопрочных оболочек, цементирующих отдельные зерна глинообразующих материалов, разрушение самих зерен и освобождение в конечном счете молекулярных связей. Разрушение водопрочных оболочек, окружающих зерна глинистых минералов, оказывает существенное влияние на улучшение сушильных свойств глины.

Сушка глинистого сырья в основном производится в сушильном барабане. Сушильный барабан представляет собой сварной стальной цилиндр диаметром 1,5 - 2,8 и длиной 8 -14 м с двумя бандажами, каждый из которых опирается на пару роликов. Барабан имеет наклон 3 - 5° и приводится в действие от привода через венцовое зубчатое колесо, насаженное на корпус барабана. Материал, загружаемый через вышестоящее торцовое отверстие барабана, перемещается в результате его наклона и вращения к разгрузочному отверстию. Сушка осуществляется дымовыми газами с температурой входящих газов 800°С, образующихся за счет сгорания твердого, жидкого или газообразного топлива. Сушилки работают по прямоточной и противоточной схемам. В первом случае теплоноситель перемещается попутно с материалом, а во втором - материал перемещается навстречу теплоносителю. Прямоточная схема является наиболее распространенной, так как обеспечивает более интенсивную сушку и максимальный влагосъем вследствие достижения высоких температурных напоров в начале процесса, когда влажность материала и температура теплоносителя максимальны. Отработанные газы с температурой 90 - 120°С отсасываются из барабана, очищаются в мультициклоне и выбрасываются в атмосферу. Чтобы газы и пыль не выбивались из барабана, на его торцах установлены скользящие уплотняющие устройства.

 Если высушенная  глина подвергается измельчению  с целью получения порошка  заданного гранулометрического  состава с предельным размером  зерен 3 мм то для этой цели используют дезинтеграторы, бегуны сухого помола, ротационные и центробежные мельницы.

Просеивание глины производят с  целью отделения крупных фракций порошка или разделения молотой глины по размерам зерен для получения 
шихты заданного зернового состава. Для этого применяют струнные, качающиеся и вибрационные сита и барабанные грохоты (бураты). Струнное сито, представляющее собой раму, на которой на расстояний 5 - 7 мм одна от другой натянуты струны, позволяет отделить только очень крупные куски материала, вибрационное сито - наиболее совершенное и высокопроизводительное оно также имеет вид рамы, соединенной со станиной через пружины-сита с различным диаметром отверстий крепятся на вибрирующей раме в наклонном положении, что обеспечивает классификацию порошка. (Вибрационные сита характеризуются высоким КПД, небольшими размерами и простотой конструкции, на них можно просеивать липкие и слеживающиеся глины.

Пластический  способ

Подготовка глиняных порошков пластическим способом применяется при смешивании нескольких глин для достижения высокой однородности массы. При этом каждую разность глины сушат до влажности 8 - 9% в сушильном барабане, а затем размалывают в дезинтеграторных, центробежных или роторных мельницах. Полученные порошки дозируют и смешивают сначала в сухую, а затем увлажняют до 18 - 20% в двухвальных смесителях. Из пластичной массы формуют валюшки, которые подсушивают до влажности 8 - 9%. Высушенные валюшки подвергают дроблению и помолу, а полученный порошок просеивают и увлажняют на оборудовании, используемом при сухой подготовке масс. Несмотря на обеспечение высокой однородности, такой способ приготовления пресс-порошков используется редко, так как двукратная сушка и измельчение связаны с большими затратами энергии.

Шликерный  способ

Подготовка глиняных порошков шликерным способом используется в тех случаях, когда необходимо особо тщательное смешивание тонкодисперсных  компонентов, с тем чтобы достигалось  контактирование элементарных зерен  компонентов смеси, а не их скоплений (агрегатов). Это, например, характерно для производства облицовочных фаянсовых плиток.

Формование  изделий

Назначение формования как технологического процесса производства изделий строительной керамики заключается в придании формы, достаточной прочности и требуемой плотности полуфабрикату (сырцу) для проведения последующих технологических операций сушки и обжига.

При оценке способности керамической массы к формованию прежде всего  рассматривают количественное соотношение  между твердыми, жидкими и газообразными фазами смеси: ведь керамические массы представляют собой дисперсные системы различной концентрации глин в воде - от высококонцентрированных до разбавленных суспензий. Вода, с одной стороны, стягивает глинистые частицы, с другой - обусловливает их значительную сдвиговую подвижность, обеспечивая им возможность скольжения друг относительно друга.

Различают системы пластической консистенции (пластичные массы), предельно концентрированные (пресс-порошки) и жидкотекучие (шликеры). Для каждой концентрации керамической массы характерны свои параметры состояния и, следовательно, способы формования.

Формование изделий из пластичного  теста осуществляется либо ленточным формованием (экструзией), либо штамповкой, а в отдельных случаях - ручным формованием.

Ленточное формование

Процесс формования на ленточных  прессах можно разделить на три  операции: получение из керамической массы непрерывного бруса требуемого поперечного сечения, резка его на части, укладка полученных сырцовых изделий на транспортные устройства для направления на сушку.

Полусухое формование

Способ прессования  изделий из порошкообразных масс называют также полусухим прессованием. Оно имеет ряд преимуществ перед пластическим формованием: устраняется сложный и длительный процесс сушки сырца, изделия в сырце обладают большой прочностью, точностью размеров и конфигурации, почти не дают усадки при сушке и имеют пониженную усадку а обжиге. В производстве возможно использование тощих глин, что дает возможность расширить сырьевую базу производства. Сыпучесть порошков позволяет механизировать все транспортные операции, а высокая прочность сырца - автоматизировать межоперационные процессы. Благодаря этим достоинствам полусухое прессование получило распространение в производстве многих видов керамических изделий и область его применения продолжает расширяться. Наиболее часто применяется этот способ при изготовлении плоских тонкостенных изделий.