Керамические материалы. Тажибаева. Учебное пособие керамические материалы
 Скачать 3.55 Mb.
|
|
Глина Дозирование – ящичный питатель Удаление крупных каменистых включений – камневыделительные вальцы Увлажнение и смешивание глины – бегуны мокрого помола Получение однородной массы – вальцы тонкого помола Дозирование – весовой дозатор 86 Керамическая масса поступает в межвалковый зазор и увлекается поверхностью валков по направлению к минимальному зазору, равному 1 мм. Давление, воздействующее на массу, вблизи минимального зазора достигает очень больших значений [8]. В процессе эксплуатации в средней части поверхности вальцов зазор увеличивается, в то время как по краям он остается на установленном уровне. Назначение шлифовального устройства в том, чтобы по всей длине валков поддерживать постоянный межвалковый зазор [7]. Шамот направляется в шаровую мельницу для тонкого измельчения компонентов керамической массы. Цель тонкого помола – увеличение химически активной поверхности материала. Это необходимо для облегчения взаимодействий сырьевых компонентов с водой, для увеличения скорости процесса. Ангоб подвергается измельчению в бегунах мокрого помола, а затем в бегунах сухого помола. Далее направляется в смеситель, куда одновременно поступает вода и пигмент нужного цвета. Таким образом ангоб достигает влажности 30 – 40%. Формование и вылеживание валюшек. Глина и шамот дозируются весовыми дозаторами подаются в ленточный безвакуумный пресс для формования валюшек (рисунок 38). Рисунок 38 – Транспортировка глины и шамота на дозирование Безвакуумные ленточные прессы используются при пластическом формовании глиняных изделий. В этом прессе корпус имеет цилиндрическую форму. С целью предохранения внутренней поверхности корпуса пресса от износа его облицовывают листовой сталью, образующей съемную металлическую рубашку. Внутри корпуса между выпорной и винтовой лопастями в поперечном направлении закреплены два штыря, препятствующие проворачиванию массы. Корпус и прессовая головка имеют люки для осмотра и чистки. 87 Далее полученная масса направляется в камеры для вылеживания валюшек. Камеры предназначены для усреднения состава валюшек [1]. Камеры для вылеживания валюшек полностью механизированы. Загрузка и выгрузка валюшек осуществляется на вагонетках с подъемной платформой и специальным поддоном для их укладки. Формование черепицы. Формование черепицы осуществляется при помощи револьверного пресса. Весь цикл прессования совершается при непрерывном вращении стола. При этом осуществляется двустороннее двухступенчатое прессование. Станина пресса состоит из нижней и верхней массивных плит, соединенных между собой стенками, через которые проходит центральная колонна. На нижней плите помещены поршни гидравлического уравнителя давления, что обеспечивает регулировку давления без остановки пресса. К поршням крепят штампы с обогревательными элементами. Внизу поршни имеют прессовые ролики, катящиеся при вращении стола по направляющим. Верхние штампы имеют прессующие ролики. Надетые на ось и расположенные в углублении поршня; на выступающие концы осей надеты боковые ролики, которые при набегании на сектор заставляют поршни подниматься. Прессовые коробки стола пресса заполняют массой при помощи специального загрузочного устройства [1]. Рабочий процесс состоит из следующих стадий: наполнения формы массой, уплотнения массы тяжестью поршня, прессования при низком давлении, освобождения массы от воздуха за счет опускания на 20 мм нижнего поршня, прессования под высоким давлением, выталкивания сырца, удаления его со стола направляющей на роликовый транспортер и начала засыпки в форму. Сушка изделий. Для сушки керамической черепицы используется туннельная сушилка с горизонтально-поперечным движением теплоносителя. Готовность сырца для обжига определяют по потере в весе (путем взвешивания контрольных образцов) или по внешнему виду, главным образом по цвету; нормально сырец после сушки должен иметь влажность 7—8%. Туннель имеет три зоны, отличающиеся по параметрам агента сушки. В каждой зоне имеется самостоятельное калориферное отопление, которое позволяет поддерживать температуру в каждой зоне в соответствии с требованиями режима. Установленные в боковых стенках вентиляторы создают в каждой зоне поперечную циркуляцию. Сырец и воздух движутся в одном направлении, при этом нагрев воздуха постепенный, а температура воздуха повышается по мере продвижения вагонеток [1]. 88 Ангобирование высушенных изделий. После того, как черепица высохла, ее отправляют на конвейер, на котором ей придадут цвет. Цвет придается двумя основными способами: ангобированием и глазурированием. Ангоб – жидкая глина, с содержанием земельных минералов, которые дают цвет. Глазурь – покрытие, содержащее очень большое количество кварца. Есть и другие способы окраски, но они, обычно принципиально схожи с вышеописанными. Натуральным цветом черепицы является красный. Черепица, которая останется натурального цвета пропускает этап окраски. В черепица подвергается ангобированию в установках для покрытия ангобом. Обжиг. Окрашенная черепица и натурально-красная отправляется в туннельную печь, в которой происходит обжиг (рисунок 39). Температура внутри печи выше 1000 °С. Ангоб спекается, создавая тем самым прочное покрытие, которое будет дополнительно защищать черепицу, и держать цвет. Температура внутри печи 1130 °С. Рисунок 39 – Туннельная печь для обжига керамической черепицы При 800°С начинается повышение прочности изделия, благодаря протеканию реакции в твердой фазе на границах поверхностей частей компонентов. В процессе нагрева свыше 1000°С легкоплавкие соединения керамической массы и минералы плавки создают некоторое количество расплава, который обволакивает не расплавившиеся частицы, стягивает их, приводя к уплотнению и усадке массы в целом. Туннельные печи – печи непрерывного действия, где обжигаемый материал перемещается уложенным на вагонетках, а зона обжига находится на одном и том же месте [1]. Выдержку изделий при максимальной температуре обжига применяют для выравнивания температуры во всей толщине изделия, обеспечивая равномерное распределение жидкой фазы. 89 Охлаждение изделий после выдержки при максимальной температуре обжига является не менее ответственным периодом, чем нагрев. В начальный период охлаждения при падении температуры на 100 – 200°С температурный перепад по толщине изделий не превышает 25 – 35°С. Охлаждение изделий в интервале температур 650 – 500°С характеризуется модификационными изменениями кварца (температура 573°С) с уменьшением объема на 0,82%. Воздух для охлаждения изделий и транспортных средств нагнетается в печь у места выхода вагонеток вентилятором. Воздух нагретый за счет теплоты остывающих изделий, поступает в зону обжига для горения топлива. Высокотемпературные продукты горения из зоны обжига поступают в зону подготовки, а оттуда отработанные дымовые газы высасываются вентилятором в атмосферу [1]. Упаковка и складирование готовой продукции. Готовая черепица упаковывается в пачки по несколько штук, укладывается на транспортировочный паллет и закрывается толстой полиэтиленовой пленкой (рисунок 40). Рисунок 40 – Упаковка черепицы Надо отметить, что после этого внешняя упаковка еще нагревается открытым огнем. Таким образом, пленка натягивается и надежно фиксирует черепицу. Далее упакованный паллет отправляется на склад, где он будет храниться под открытым небом. 90 14 Ресурсосбережение в технологии керамических материалов. Технология керамического кирпича на основе золошлаковой шихты В современном мире большое внимание уделяется ресурсосбережению, использованию техногенных отходов с целью сохранения природных ресурсов. К техногенным материалам относятся шлаки металлургических производств, хвосты СМС, ММС, отсевы, золы ТЭС. Производство керамических материалов в отношении техногенного сырья является золоемким. Преимущество использования золы ТЭС – нет необходимости разработки глиняных карьеров, транспортирования на завод с карьера, а также полугодового вылеживания в запасниках. Золы и шлаки вводят в шихту в количестве 5 – 20 %. Небольшая добавка золы ТЭС повышает качество кирпича, при этом снижается расход электроэнергии, экономия топлива до 20 %, повышается качество готового продукта. Добавки золошлаковых отходов позволяют снизить температуру спекания керамической шихты на 50 – 100 °С. Доказана возможность получения с использованием золошлаковых отходов не только изделий грубой строительной керамики (глиняный кирпич, облицовочные и фасадные плитки), но и фаянсовых изделий строительного и культурно-бытового назначения. В присутствии золошлаковых смесей повышается спекаемость шихты, повышается прочность черепка. Изделия характеризуются высокой морозостойкостью, прочностью, имеют привлекательный внешний вид и цвет. В процессе фракционирования золошлаковых материалов выделяются магнитные микросферы, применяемые в металлургии, приборостроении, радиотехнике и электронике. Размер микросфер от 10 до 500 мкм. Содержание микросферы в золе 2 – 5 %, однако они обладают уникальными свойствами: насыпная плотность 100 – 150 кг/м 3 , имеют алюмосиликатный состав. Это определяет их повышенную кислотостойкость и термостойкость. В сочетании с такими материалами как цемент, глина, гипс позволяет получать эффективные строительные материалы. В производстве керамических изделий использование микросферы возможно в технологии огнеупорных изделий. В композиционных материалах микросфера снижает плотность, увеличивает прочность, улучшаются тепло-, звуко-, электроизоляционные характеристики [24]. Горелые шахтные породы по химическому составу близки к глинистому сырью, используемому в производстве керамических изделий, а органическая часть углеотходов позволяет использовать их в качестве топливного компонента шихты, тем самым позволяет экономить расход топлива на обжиг. Породы шахтных отвалов в составе шихты для кирпича можно широко применять как комплексную добавку (отощающую, частично выгорающую и алюмо-кремнеземистую). 91 При введении в сырьевую смесь глиняного кирпича 10 – 25 % добавки (горелых и негорелых пород) наблюдается снижение брака, повышается марка выпускаемого кирпича, т.е. улучшаются технологические свойства, снижается водопоглощение и чувствительность глин к сушке. Шахтные породы и отходы углеобогащения могут быть использованы в качестве добавок и основного компонента (до 80 %) в производстве стеновых изделий, керамических камней и дренажных труб. Отходы угольной промышленности и теплоэнергетики применимы в производстве керамзита, позволяет снизить расход сырьевых и энергетических затрат. Получаемый пористый заполнитель характеризуется насыпной плотностью 600 – 800 кг/м 3 , прочностью 0,6 – 1,4 МПа [24]. Результаты исследований [24] показали, что отходы, содержащие до 10 % топлива целесообразно использовать в качестве отощающей добавки, а содержащие 10 % и более – в качестве топливосодержащей, при этом возможно исключить технологическое топливо. Составы сырьевой смеси приведены в таблице 3. Технологическая схема по подготовке массы для производства кирпича методом пластического формования на основе техногенного сырья приведена на рисунке 41. Лабораторно-технологические испытания показали, что золошлаковые отходы и горелые породы являются не только отощающей, снижающей чувствительность керамической массы к сушке, но и легкоплавкой добавкой. Содержание оксидов железа, наличие углистой составляющей, щелочных оксидов интенсифицируют процесс спекания черепка и способствуют образованию легкоплавких соединений и кристаллизации новообразований на ранней стадии обжига. В результате снижается температура обжига, повышается механическая прочность и плотность изделий. Из глины с добавками золошлаковой смеси и горелых пород можно получить полнотелый высокомарочный керамический кирпич пластического формования. Таблица 3 – Состав сырьевой смеси для керамического кирпича № состава Содержание компонентов шихты, % глина золошлаковая смесь отсев горелой породы Пластическое формование 1 62 20 18 2 65 18 17 3 67 15 17 4 69 17 14 Полусухое прессование 5 55 20 25 92 Рисунок 41 – Технологическая схема производства кирпича Бункер молотой глины Твердые добавки (горелая порода, керамический бой идр.) Дробление I (щековая дробилка) Дробление II (молотковая дробилка) Фракционирование (сито-бурат) Помол (шаровая мельница) Бункер горелой породы Транспортирование + дозирование Ленточный 1 Ленточный 2 Ленточный 3 питатель питатель питатель Бункер молотой породы Бункер (2,0 – 1,25 мм) Бункер (менее 1,25 мм) Дробление (щековая дробилка) Сушка (сушильный барабан) Фракционирование (грохот) Дробление (молотковая дробилка) Хранение (бункер) Дозирование (дозатор) Транспортирование (Ковшовый элеватор) Просев (Струнные сита) Глина Исключение камней + дробление I (Вальцы грубого помола) Сушка (Сушильный барабан) Транспортирование (Ковшовый элеватор) Фракционирование (струнные сита) Хранение комовой глины (бункер) Дробление II (Дезинтегратор) Твердые выгорающие добавки (уголь, штыб.) Выгорающие добавки (зола и шлам) Вводят в шихту без доп. подготовки Перемешивание – приготовление глиняного теста (смеситель) Обжиг (туннельная печь) Формование (пресс) Склад готовой продукции 93 Глина с глинозапасника подается автосамосвалом в приемный бункер на 4-х вальный глинорыхлитель, после чего дозируется ящичным питателем, подвергается обработке на вальцах грубого и тонкого помола. Далее подготовленная глина поступает в глиносмеситель. Золошлаковая смесь из отвалов усредняется путем многократной перевалки бульдозером на открытом складе, подается бульдозером в приемный бункер ящичного питателя, на вальцы грубого и тонкого помола и в глиносмеситель. Отсев горелой породы, предназначенный для использования в производстве кирпича, поступает с дробильно-сортировочного комплекса и складируется под навесом, откуда подается в технологическую линию. Отдозированный ящичным питателем отсев подается на вальцы грубого и тонкого помола, а затем в глиномешалку. Отдозированные компоненты керамической массы: глина, золошлаковая смесь, отсев горелой породы перемешиваются в глиномешалке. С глиномешалки масса поступает на ленточный вакуум- пресс, предназначенный для пластического формования кирпича. Формование осуществляется методом экструзии при влажности бруса 18,5%. Резка бруса полнотелого кирпича, выходящего из мундштука, осуществляется резательным автоматом. После формования кирпич-сырец автоматом-укладчиком помещается и подается в туннельные прямоточно- противоточные сушилки в течение 68 часов. Влажность сырца после сушки 6 – 9%. После сушки сырец отправляется на обжиг в туннельную печь в течение 38 часов по следующему режиму: зона подготовки и выжигания топлива – 22 часа (50 – 900°С); зона обжига – 6 часов (950 – 980 °С); зона охлаждения – 10 часов (50 – 60 °С). Результаты физико-механических свойств кирпича приведены в таблице 4. Общая усадка, % Средняя плотность, кг/м 3 Прочность, МПа Водопоглощ ение, % Цвет Морозосто йкость, цикл при сжатии при изгибе 6,0 1780 15,83 2,57 14,8 терракота 25 Производственные испытания показали, что керамическая масса, содержащая 20% золошлаковой смеси и 18% горелой шахтной породы, при влажности 18,5% обладает удовлетворительной формовочной способностью при формовании полнотелого кирпича пластического прессования. После обжига при температуре 980°С кирпич имеет ровный насыщенный терракотовый цвет с небольшим белым налетом на некоторых образцах. По показателям механической прочности при сжатии кирпич соответствует марке «150», при изгибе марке «200», соответствует требованиям ГОСТ 530- 2007. «Кирпич и камень керамические. Общие технические условия» [24]. 94 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1 Воронцов, В.М. Стекло и керамика в архитектуре: учеб. пособие / В.М. Воронцов, И.И. Немец. – Белгород: БГТУ, 2010. – 107 с. 2 Салахов, А.М. Современные керамические материалы: учеб. пособие / А.М. Салахов. – Казань: Казанский (Приволжский) федеральный университет, 2016. – 407 с. 3 Масленникова, Г.Н. Керамические материалы / Г.Н. Масленникова, Р.А. Мамаладзе, С. Миндзута. – М.: Стройиздат, 1991. – 320 с. 4 ГОСТ 530–2007 Кирпич и камень керамические. Общие технические условия. – Введ. 2008-03-01. – М.: Cтандартинформ, 2007. – 38 с. 5 Крупа, А.А Химическая технология керамических материалов / А.А. Крупа, В.С. Городов. – Киев: Вища школа, 1990. – 399 с. 6 Миронова, Д.В. Керамический гранит в технологиях фасадов / Д.В. Миронова // Строительные материалы, оборудование и технологии XXI в. – 2007. – № 6. – С. 40 – 41. 7 Кондрашев, Ф.В. Производство керамических плиток для полов / Ф.В. Кондрашев, Л.Я. Мишулович, В.Ф. Павлов. – М.: Стройиздат, 1971. – 184 с. 8 Кошляк, Л.Л. Производство изделий строительной керамики / Л.Л. Кошляк, В.В. Калиновский. – М.: Высшая шко ла, 1990. – 206 с. 9 Топоркова, А.А. Глиняная черепица / А.А. Топоркова. – М.: Стройиздат, 1968. – 126 с. 10 Шелковникова, Т.И. Керамический клинкер – долговечный материал для покрытий различного назначения / Т.И. Шелковникова, Т.В. Мордовцева, С.Л. Лунин // Строительные материалы, оборудование и технологии XXI в. – 2007. – № 7. – С. 34 – 35. 11 Станевич, В.Т. Строительная керамика: учебное пособие / В.Т. Станевич. – Павлодар: Кереку, 2008. – 96 с. 12 Овчаренко Г.И. Цеолиты в строительных материалах. − Барнаул: Алт ГТУ, 2000. − 320 с. 13 Верещагин В. И. Диопсидовые породы - универсальное сырье для производства керамических и других силикатных материалов // Промышленность строительных материалов. Сер. 5. Аналитический обзор. − Вып.2. − М. : ВНИИЭСМ, 1990. − 60 с. 14 Августшик А.И. Керамика. − Л. : Стройиздат, 1975. − 592 с. 15 Чернова, О.А. Производство керамических материалов и черепицы / О.А. Чернова, Д.А. Матятин. М.: ВНИИЭСМ, 1994. – 103 с. 16 Мороз, И.И. Технология строительной керамики. − Киев: Вища школа. 1990. – 415 с. 17 Производство керамических стеновых материалов и черепицы: учебник / АО «Центр информации и экономических исследований в стройиндустрии – ВНИИЭСМ». – М.: 1994. – 104 с. 95 18 Роговой, М.И. Технология искусственных пористых заполнителей и керамики: учебник / М.И. Роговой. – М.: ЭКОЛИТ, 2011. – 320 с. 19 Канаев, В.К. Новая технология строительной керамики / В.К. Канаев. – М.: Стройиздат, 1990. – 264 с. 20 Наумов М.М. Справочник по производству строительной керамики том III / М.М. Наумова, К.А. Нохратян. – М.: Стройиздат, 1962. – 61 с. 21 Рахалин, И.А. Основы проектирования керамических заводов / И.А. Рахалин, Б.С. Югай, А.Г. Гришанов. – М.: Стройиздат, 1973. – 256 с. 22 Волкова, Ф. Н. Общая технология керамических изделий. – М.: Стройиздат, 1983. – 73 с. 23 Строительные материалы: учебник / под ред. В.Г. Микульского. – М.: Изд-во АСВ 2004. – 536 с. 24 Буравчик, Н.И. Ресурсосбережение в технологии строительных материалов: учеб. пособие / Н.И. Буравчик. – Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2009. – 224 с. 25 Завадский, В.Ф. Технология изделий стеновой и кровельной керамики / В.Ф. Завадский: учеб. пособие. − Новосибирск : НГАСУ, 1998. − 76 с. |