Технология производства и потребительские свойства кирпича керамического

В большинстве методов  глина для придания формы должна быть относительно влажной, поэтому заготовки должны достаточное время просушиваться после прессования, чтобы в них не появлялись трещины при обжиге. В прошлом заготовки несколько недель содержались на сушилке под открытым небом и защищались от дождя. Сегодня их хранят в закрытом помещении. Во время этого процесса кирпичи дают усадку.

Большинство кирпичей обжигается в стационарных печах, сложенных  из огнеупорного материала (чаще всего  из обожженных кирпичей), которые легко  заполняются и опустошаются. В более старых методах из необожженных кирпичей складывалось временное сооружение, так называемая полевая обжиговая печь или кирпичный котел.

Когда обожженные кирпичи охладились и вынуты из печи, каменщик может начинать работать с  ними [6, 137-143].

Итак, керамические материалы получают из природных  глин или их смесей с органическими  и минеральными добавками путем  формирования, сушки и последующего обжига.

 

1. Характеристика сырья производства керамических изделий

Сырьем для  производства кирпича керамического являются глинистые породы, т.е. глины и добавки к ним. Глины являются продуктом разложения и взаимодействия с водой различных горных пород. Основная составная часть глинистого сырья – различные по составу гидроалюмосиликатные минералы, такие как каолинит, монтомориллонит, гидрослюды и полигорскит, состав которых можно выразить формулой mAl₂O₃. nSiO₂. pH₂O. Эти минералы называются глинистыми или глинообразующими.

Кроме гидроалюмосиликатов  в состав глин в различных соотношениях входят примеси зерна кварцевого песка, соединения железа, карбонатные примеси, оксиды щелочных металлов, а также органические вещества и растворимые соли. Примеси других минералов существенно влияют на характер процессов, имеющих место при обжиге керамических материалов, а также на качество получаемых изделий. Например, повышенное содержание кварцевого песка в глине вызывает снижение прочности обожженных изделий, так как SiO₂ при нагревании претерпевает полиморфные превращения сопровождающиеся увеличением объема. Соединения железа, являясь сильными плавнями, понижают огнеупорность глины; кроме того, оксиды железа оказывают красящее действие – придают изделиям кирпично-красный цвет. Углекислый кальций уменьшает огнеупорность и интервал спекания глины; увеличивает усадку при обжиге и пористость, что понижает прочность и морозостойкость керамических изделий. Крупные включения известняка, при обжиге превращающегося в оксид кальция, вообще не допустимы, так как они образуют в обожженном изделии «дутик», разрушающий их в результате увеличения объема гасящейся извести.

Органические  примеси окрашивают глину в черный цвет. При обжиге они выгорают, выделяя  газы. Это явление полезно в  производстве пористых материалов, но может явиться источником определенных пороков (пузырей) при обжиге изделий с плотным черепком.

Полезными примесями  в глинах являются оксиды щелочных металлов (K₂O и Na₂O), которые понижают температуру обжига изделий, придавая им большую прочность.

Не смотря на то, что свойство глин зависит от вида и количества примесей в них, свойства глин определяются наличием глинистых веществ.

Основными свойствами глин являются: пластичность, воздушная  и огневая усадка, огнеупорность  и спекаемость.

Пластичностью называют способность глины в смеси с водой образовывать массы, принимающие под влиянием внешнего механического воздействия нужную форму, и сохранять ее после высыхания.

Количественной  мерой пластичности является число  пластичности. По числу пластичности глины делятся на пять групп: высокопластичные – число пластичности более 25; среднепластичные – число пластичности от 15 до 25; умеренно пластичные – число пластичности от 7 до 15; малопластичные – число пластичности менее 7; непластичные – не образующие пластичного теста.

Пластичность  глин зависит прежде всего от их гранулометрического состава. С  повышением дисперсности глин их пластичность возрастает; при этом наиболее сильное  влияние на пластичность глины оказывает  содержание в ней глинистых фракций размером зерен менее 0.001 мм.

Различают следующие  виды глин: высокодисперсные, содержащие выше 60 % глинистых фракций; низкодисперсные, содержащие 15-40 % глинистых фракций  и грубодисперсные – содержание глинистых фракций менее 15 %.

  В значительной  степени пластичность глин зависит от их минералогического состава, формы и характера поверхности зерен, а также от содержания растворимых солей, органических примесей и количества воды. Чем больше содержание глинистых частиц, тем выше пластичность глин. Запесоченность глин понижает их пластичность.

Пластичность  глин может быть повышена или понижена искусственным путем. Повышение  пластичности глин достигается различными способами: естественной обработкой (промораживанием), добавкой пластичных глин, отмучиванием (освобождение глины от примесей песка, усиленной механической обработкой, проминанием на глинообрабатывающих машинах, вылеживанием механически обработанной глины, обработкой пара). Понижается пластичность глин в результате их отощения песком, шамотом (обожженная и размолотая глина), шлаком, древесными опилками, крошками угля и т.д.

Воздушная усадка – это уменьшение линейных размеров и объема глиняного образца при его сушке. Для изготовления изделий заданных размеров необходимо знать величину усадки, которая выражается в процентах. В зависимости от качества глины она колеблется в пределах от 4 до 16 %. Если величина усадки по сечению и поверхности изделия не одинаковая, то внутри изделия возникают напряжения, которые являются причиной образования трещин.

Огневая усадка – это сокращение размеров абсолютно сухого глиняного образца при его обжиге. Огневая усадка колеблется в пределах от 2 до 8 %.

Огнеупорностью называют способность глин противостоять воздействию высоких температур не расплавляясь. По огнеупорности глины делят на три класса: огнеупорные – температура плавления не ниже 1580 ⁰С; тугоплавкие - температура плавления не ниже 1350-1580 ⁰С и легкоплавкие - температура плавления ниже 1350 ⁰С. Огнеупорность глины зависит от химического состава.

Спекаемостью глин называют их способность при обжиге уплотнятся с образованием твердого камнеподобного черепка. Количественно степень спекаемости глин характеризуется температурным интервалом спекания. Наименьшим интервалом спекания (50-100 ⁰С) обладают легкоплавкие глины; наибольшим (до 400 ⁰С) – огнеупорные глины.

Для регулирования  отдельных технологических свойств  глинистого сырья в него вводят различного рода добавки и составляют шихты  – смеси глинистого сырья с  добавками. По роду своего действия добавки  могут быть отощающие, флюсующие, выгорающие, пластифицирующие, упрочняющие и др. Состав и зависящие от него свойства глин определяют их назначение         [7,   37-  40].  

Исходя из выше сказанного можно сделать следующие  выводы: сырьем для производства кирпича керамического являются глинистые породы, т.е. глины и добавки к ним; основными свойствами глин являются: пластичность, воздушная и огневая усадка, огнеупорность и спекаемость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Характеристика основных стадий производства кирпича керамического, их технико-экономическая оценка

 

Несмотря на то, что керамические материалы отличаются большим разнообразием по физико-механическим, форме и назначению, основные этапы  их производства являются общими и  состоят из следующих стадий (на примере кирпича керамического):

• Добыча и транспортирование сырьевых материалов (глины), рис. 4.2.1 - добычу, или выемку, глины из массива осуществляют открытым способом - экскаваторами или зубофрезерными машинами путем срезания ее слоями различной толщины. Транспортировку сырья из карьера к заводу производят автосамосвалами, вагонетками или транспортерами при небольшой удаленности карьера от завода;

 

 

Рисунок 4.2.1. Добыча и транспортирование сырьевых материалов

 

• Подготовка сырьевой массы (глины), рис. 4.2.2 - в числе подготовительных операций – измельчение и увлажнение глины, удаление камней. Использование дробильно-увлажняющей машины позволяет отказаться от многодневной передержки сырьевого материала в творильных ямах, а механизированный размол и перемешивание дают однородную пластичную массу, пригодную для гидроэкструзионного формования брикета;

 

 

Рисунок 4.2.2. Подготовка сырьевой массы

 

• Формование кирпича – формование глиняных изделий производится тремя методами: пластическим, полусухим и литьем в гипсовых формах (мокрый способ). Выбор способа формования зависит от вида изделий, типа глины, ее влажности и других причин:

1. Пластический способ формования (рис. 4.2.3) является наиболее распространенным; он позволяет формовать довольно крупные и сложные по форме изделия. При этом способе тщательно подготовленная глиняная масса, имеющая влажность 18-25 %, поступает в формующий пресс, чаще всего в ленточный. Для получения изделий более высокой плотности и улучшения формовочных свойств глин применяют вакуумные ленточные прессы.

 

 

Рисунок 4.2.3. Пластический способ формования

 

2. Полусухой способ формования (рис. 4.2.4) подготовленная масса, имеющая влажность 8-12%, формуется под большим давлением (15-40 МПа) на специальных автоматических высокопроизводительных прессах.

 

 

Рисунок 4.2.4. Полусухой  способ формования

 

3. При использовании способа литья (рис. 4.2.5) исходные материалы измельчают и смешивают с большим количеством воды (50-60 %) до получения однородной массы – шликера. Затем шликер заливают в сухие гипсовые формы. Пористые гипсовые формы впитывают часть влаги из прилегающего к нему шликера, в результате чего на их поверхности образуется слой пластичной массы, которая постепенно уплотняется за счет отдачи влаги; при последующей сушке изделие дает усадку и отделяется от формы. Способ литья применяется для изготовления особо сложных по форме изделий;

 

 

Рисунок 4.2.5 Способ литья кирпичей керамических

 

• Сушка отформованного кирпича, рис. 4.2.6 – применяется для изделий пластического и литьевого способов формования.  В большинстве случаеа сушка производится в многокамерных или туннельных сушилах при 70-80 ⁰С. Продолжительность сушки от 24 часов до 3 суток. Иногда керамические изделия сушат в естественных условиях. Срок естественной сушки длится от 6 до 15 суток;

 

 

Рисунок 4.2.6. Сушка  отформованного кирпича

 

• Обжиг предварительно подсушенного кирпича, рис. 4.2.7 – завершающая стадия производства керамических изделий. Процесс обжига для большинства керамических материалов осуществляется при температуре 900-1100 ⁰С. При обжиге происходит ряд физико-химических превращений, обусловливающих формирование наиболее важных свойств керамических изделий: прочность, плотность, морозо- и водостойкость и др. 

 

Рисунок 4.2.7. Обжиг кирпича керамического

Таким образом, основными этапами производства кирпича керамического являются: добыча и транспортирование сырьевых материалов (глины); подготовка сырьевой массы (глины); формование кирпича; сушка отформованного кирпича; обжиг предварительно подсушенного кирпича. Кроме того, необходимо знать, что формование глиняных изделий производится тремя методами: пластическим, полусухим и литьем в гипсовых формах (мокрый способ) [10, 318-325].

 

 

 

3. Анализ блок-схемы производства кирпича керамического и влияние технологии, сырья на качество продукции

 

Блок-схема технологического процесса производства кирпича керамического (пластическим способом), схема 4.3.1 [7, 42].

 

 

Схема 4.2.1. Технологический  процесс производства кирпича керамического: 1 – добыча глины; 2 – приготовление  глиняной массы; 3 – формование изделий; 4 – сушка отформованных изделий; 5 – обжиг высушенных изделий;

 - предмет труда и побочные  продукты на всех стадиях 

 

переработки;

  - стадии переработки продукции (операции), например 1 –   

 

добыча сырья;

 - технологические (предметные) связи.

 

Качество готового кирпича во многом зависит от качества сырья. Так, при использовании глины, засоренной камнями, получается брак при  формовке, сушке и обжиге. Кроме  того, камни могут повлечь поломку  оборудования. Слишком жирная глина плохо перемешивается и дает много трещин при сушке сырца. Из чрезмерно тощей глины получается непрочный, легко разрушающийся кирпич.

Основные требования к сырью, свойства глин и способы  их определения необходимо знать  для правильного выбора участка  сырья.

Используемая  для изготовления кирпича глина  не должна быть засорена включениями  гальки и камешков, особенно известняковых (называемых дутиком). Известняковые  включения при обжиге кирпича  превращаются в комочки негашеной  извести. При выдерживании на воздухе эти включения поглощают влагу из воздуха (гасятся) и, увеличиваясь в объеме (приблизительно в 3 раза), разрушают кирпич.