Общая схема производства керамических строительных изделий

   При всем многообразии керамических изделий по свойствам, формам, назначению, виду сырья и технологии изготовления основные этапы производства керамических и изделий являются общими и состоят из следующих операций: добыча сырьевых материалов, подготовка массы, формирование изделий, их сушка и обжиг.

   Добыча глины осуществляется на карьерах обычно открытым способом экскаваторами и транспортируется на предприятие керамических изделий рельсовым, автомобильным или другим видом транспорта. Разработке карьера предшествуют подготовительные работы: геологическая разведка с установлением характера залегания, полезной тощи и запасов глин; счистка поверхности от растений за год-два до начала разработки карьера, удаление пород, непригодных для производства.

Подготовка глин и формование изделий

   Карьерная глина в естественном состоянии обычно непригодна для получения керамических изделий. Поэтому проводится ее обработка с целью подготовки массы. Подготовку глин целесообразно вести сочетанием естественной и механической обработки. Естественная обработка подразумевает собой вылеживание предварительно добытой глины в течении 1-2 лет при периодическом увлажнении атмосферными осадками или искусственном замачивании и периодическом замораживании и оттаивании. Механическая обработка глин производится с целью дальнейшего разрушения их природной структуры, удаления или измельчения крупных включений, удаления вредных примесей, измельчения глин и добавок и перемешивания всех компонентов до получения однородной и удобоформуемой массы с применением специализированной техники (глинорыхлителей; камневыделительных, дырчатых, дезинтеграторных, грубого и тонкого помола вальцев; бегунов, глинорастирочных машин, корзинчатых дезинтеграторов, роторных и шаровых мельниц, одно- и двухвальных глиномешалок, пропеллерных мешалок и др.).

   В зависимости от вида изготовляемой продукции, вида и свойств сырья массу приготовляют пластическим, жестким, полусухим, сухим и шликерным способом. Способ приготовления массы определяет и способ формования и название в целом способа производства.

   При пластическом способе подготовки массы и формования исходные материалы при естественной влажности или предварительно высушенные смешивают с добавками воды до получения теста с влажностью от 18 до 28%. Этот способ производства керамических строительных материалов является наиболее простым, наименее металлоемким и потому наиболее распространенным. Он испльзуется в случаях применения среднепластичных и умеренно-пластичных, рыхлых и влажных глин с у

меренным содержанием посторонних включений, хорошо размокающих и превращающихся в однородную массу. На рис. 1. приведена одна из технологических схем производства кирпича пластическим способом.

   Набор и разновидности машин для подготовки массы могут отличаться от приведенных на рис. 1. в зависимости от свойств сырья и добавок. Однако формование при пластическом способе всегда производится на машине одного принципа действия – ленточном шнековом прессе (рис. 2.) с вакуумированием и подогревом или без них. Вакуумирование и подогрев массы при прессовании позволяет улучшить ее формовочные свойства, увеличить прочность обожженного изделия до 2-х раз. В корпусе пресса вращается шнек-вал с винтовыми лопастями. Глиняная масса перемещается с помощью шнека к сужающейся переходной головке, уплотняется и выдавливается через мундштук в виде непрерывного брус или ленты, или трубы под давлением 1,6-7 МПа.

   Производительность современных ленточных прессов по производству кирпича достигает 10000 штук в час.

Жесткий способ формования является разновидностью современного развития пластического способа. Влажность формуемой массы при этом способе колеблется от 13% до 18%. Формование осуществляется на мощных вакуумных шнековых или гидравлических прессах. При этом способе требуется меньшие энергетические затраты на сушку, а получение изделия сырца с повышенной прочностью позволяет избежать некоторые операции в технологии производства, обязательные при пластическом способе. Формование при пластическом и жестком способах завершается разрезкой непрерывной ленты отформованной массы на отдельные изделия на резательных устройствах. Эти способы формования наиболее распространены при выпуске: сплошных и пустотелых кирпичей, камней, блоков и панелей; черепицы и т.п.

   Полусухой способ производства строительных керамических изделий распространен меньше, чем способ пластического формования. Керамические изделия по этому способу формуют из шихты с влажностью 8-12% при давлениях 15-40 МПа. Недостатком данного способа является его металлоемкость почти в 3 раза выше, чем пластического. Но вместе с тем он имеет и преимущества. Длительность производственного цикла сокращается почти в 2 разе; изделия имеют более правильную форму и более точные размеры; до 30% сокращается расход топлива; в производстве можно использовать малопластичные тощие глины с большим количеством добавок отходов производства – золы, шлаков и др. Сырьевая масса представляет собой порошок, который должен иметь около 50% частиц менее 1мм и 50% размером 1-3мм.

   Прессование изделий производится в прессформах на одно или несколько отдельных изделий на гидравлических или механических прессах. По этому способу делаются все виду изделий, которые изготовляются и пластическим способом.

   Сухой способ является разновидностью современного развития полусухого производства керамических изделий. Пресс-порошок при этом способе готовится с влажностью 2-6%. При этом устраняется полностью необходимость операции сушки. Таким способом производят плотные керамические изделия-плитки для полов, дорожный кирпич, материалы из фаянса и фарфора.

   Шликерный способ применяется, когда изделия изготавливаются из многокомпонентной массы, состоящей из неоднородных и трудноспекающихся глин и добавок, и когда требуется подготовить массу для изготовления керамических изделий сложной форму методом литья. Отливка изделий производится из массы с содержанием воды до 40%. Этим способом изготовляются санитарно-технические изделия, облицовочные плитки.

Сушка изделий

   Перед обжигом изделия должны быть высушены до содержания влаги 5-6% во избежание неравномерной усадки, искривлений и растрескивания при обжиге.

   Прежде сырец сушили преимущественно в естественных условиях в сушильных сараях в течении 2-3 недель в зависимости от климатических условий.

   В настоящее время сушка производится преимущественно искусственная в туннельных непрерывного действия или камерных периодического действия сушилах в течении от нескольких до 72-х часов в зависимости от свойств сырья и влажности сырца. Сушка производится при начальной температуре теплоносителя – отходящих газов от обжиговых печей или подогретого воздуха – 120-150 °C.

Обжиг изделий

   Обжиг – важнейший и завершающий процесс в производстве керамических изделий. Этот процесс можно разделить на три периода: прогрев сырца, собственно обжиг и регулируемое охлаждение. При нагреве сырца до 120 °C удаляется физически связанная вода и керамическая масс становится непластичной. Но если добавить воду, пластические свойства массы сохраняются. В температурном интервале от 450 °C до 600 °C происходит отделение химически связанной воды, разрушение глинистых минералов и глина переходит в аморфное состояние. При этом и при дальнейшим повышении температуры выгорают органические примеси и добавки, а керамическая масса безвозвратно теряет свой пластические свойства. При 800 °C начинается повышение прочности изделий, благодаря протеканию реакций в твердой фазе на границах поверхностей частиц компонентов.

   В процессе нагрева до 1000°C возможно образование новых кристаллических силикатов, например силлиманита, а при нагреве до 1200°C и муллита. Одновременно с этим легкоплавкие соединения керамической массы и минералы плавни создают некоторое количество расплава, который обволакивает не расплавившиеся частицы, стягивает их, приводя к уплотнению и усадке массы в целом. Эта усадка называется огневой усадкой. В зависимости от вида глин она составляет от 2% до 8%. После остывания изделие приобретает камневидное состояние, водостойкость и прочность. Свойство глин уплотняться при обжиге и образовывать камнеподобный черепок называется спекаемостью глин.

   В зависимости от назначения обжиг изделий ведется до различной степени спекания. Спешимся считается черепок с водопоглощением менее 5%. Большинство строительных деталей и изделий обжигаются до получения черепка с неполным спеканием в определенном температурном интервале от температуры огнеупорности до начала спекания, называемым интервалом спекания.

   Интервал спекания для легкоплавких глин составляет 50-100°C, а огнеупорных до 400°C. Чем шире интервал спекания, тем меньше опасность деформаций и растрескивания изделий при обжиге.

   Интервал температур обжига лежит в пределах: от 900°C до 1100°C для кирпича, камня, керамзита; от 1100°C до 1300°C для клинкерного кирпича, плиток для полов, гончарных изделий, фаянса; от 1300°C до 1450°C для фарфоровых изделий; от 1300°C до 1800°C для огнеупорной керамики.

Авторы: редакционная статья ТехСтройЭкспертизы

Техническая строительная экспертиза

Узнать стоимость и сроки online, а также по тел.: +7(495) 641-70-69; +7(499) 340-34-73; e-mail: manager@tse-expert.ru