Расчет состава шихты для производства кирпича
Обновлено: 08.05.2024
3. Технологическая часть
3.1 Ассортимент и характеристика выпускаемой продукции
3.1.1 Основные параметры и размеры
3.1.2 Технические требования
3.2 Выбор сырьевой базы и энергоносителей
3.2.1 Характеристика сырья
3.2.2 Характеристика топлива
3.3 Обоснование состава композиции
3.4 Технологическая схема проектируемого производства
3.5 Теоретические основы технологических процессов цеха формования, сушки, обжига
3.6 Контроль производства и качества продукции
3.7 Технохимические расчеты
3.7.1 Расчет химического состава шихты по шихтовому составу массы
3.8 Материальные расчеты
3.8.1 Материальный баланс цеха
3.9 Режим работы цехов предприятия
3.10 Производственная программа предприятия.
3.11 Выбор и расчет оборудования цеха формования, сушки и обжига
3.12 Выбор и расчет бункеров и складов.
3.13 Теплоэнергетические расчеты
3.13.1 Теплотехнический расчет печи
3.13.1.1 Расчет горения топлива
3.13.1.2 Теплотехнический расчет печи
4. Автоматизация технологического процесса
4.1 Описание схемы автоматизации туннельной печи
5. Охрана труда
5.1 Анализ степени опасности технологического процесса при производстве керамического кирпича
5.2 Микроклиматические условия
5.3 Выбор и расчет системы вентиляции
5.4 Оценка взрывопожарной и пожарной опасности. Пожарная профилактика
5.5 Освещение
6. Охрана окружающей среды
7. Строительная часть
8. Экономическая оценка проектных решений
Введение
Строительная керамика – большая группа керамических изделий, применяющихся при строительстве жилых и промышленных зданий и сооружений. Керамические стеновые изделия – один из наиболее древних искусственных материалов, их возраст около 5 тыс. лет. Они отличаются своей долговечностью, высокими художественными характеристиками, кислотостойкостью и полным отсутствием токсичности. Применение глины для изготовления посуды и других керамических изделий было известно уже в глубокой древности, за несколько тысяч лет до нашей эры. Ассирийцы и египтяне уже были знакомы с обжигом керамических изделий и приготовлением цветной глазури. В древней Греции и Риме керамическое производство также было весьма развито. При археологических раскопках на территории Европы и Азии были найдены керамическая посуда, вазы, различные украшения, относящиеся к IV—V векам.
Лучшими образцами древнерусского керамического производства могут служить украшения старинных русских соборов (Владимирского, Новгородского и др.) X—XIII веков.
Начало строительства кирпичных зданий в Москве относится к началу XIV века (1326—1333 гг.). В этот период было построено несколько кирпичных церквей, однако широкое распространение кирпичные постройки получили лишь с середины XV века, когда начали осуществлять широкое строительство не только в Москве, но и в других городах — Коломне, Туле, Смоленске и других.
Качество кирпича, изготовляемого на Руси в XV—XVII вв., было очень высоким. Об этом свидетельствуют упоминания иностранцев, посещавших Россию. Так, например, Петр Аленский, посетивший Россию в XVI в., писал: «…кирпичи в этой стране превосходны, московиты весьма искусны в изготовлении их».
За длительный период существования керамической промышленности в России техника производства почта не менялась. Дешевизна рабочих рук не вызывала необходимости применения механического оборудования. Так, процесс производства кирпича на протяжении долгого времени сводился к следующему: добыча глины вручную; замес глины ногами или в деревянных глиномялках с конным приводом; формование в деревянных формах вручную или на гончарном столе (круге); сушка под навесом или на открытых площадках; обжиг в простейших напольных печах.
Ассортимент керамических строительных материалов ограничивался почти исключительно обыкновенным глиняным кирпичом и черепицей.
В первые же годы после великой Октябрьской революции началась реконструкция кирпичной промышленности, принявшая наиболее широкий размах в годы первой пятилетки. В этот период организуется отечественное производство технологического оборудования (глиномялок, формовочных машин и дробильно-помольных агрегатов). Советскими изобретателями
В. Е. Грум-Гржимайло, А. И. Артемкиным и другими были созданы конструкции искусственных сушил. Модернизации подверглись кольцевые печи.
В те годы были построены первые механизированные кирпичные заводы (при ст. Лобня под Москвой, в г. Подольске и др.), заводы, выпускавшие кирпич полусухого прессования (в Таганроге, Сталинске и др.). К этому же времени относятся первые опыты производства пустотелой керамики.
Большую помощь оказали промышленности созданный в 1918 г. Государственный керамический институт (ГИКИ) в Ленинграде и Всесоюзный институт строительных материалов в Москве, а также его филиалы на периферии.
В 30-х годах началась массовая реконструкция кирпичных заводов с переводом их на круглогодовое производство, путём широкого внедрения искусственных сушил и механизации трудоемких процессов. Применение экскаваторов для добычи глины, механизированного транспорта, мотовозной тяги для доставки глины, полуавтоматической резки сырца вытесняло ручной труд, способствуя повышению производительности труда, улучшению качества продукции и росту ее выпуска.
Производство строительной керамики является важной отраслью народного хозяйства. В последние десятилетия созданы механизированные заводы с объемом производства в 50-100 млн. штук в год, оснащены мощными глинообрабатывающими и формующими машинами, механизированными экономичными сушилками и печами. В настоящее время предусматривается преимущественное развитие производства изделий, обеспечивающих снижение металлоёмкости, стоимости и трудоёмкости строительства, веса зданий, сооружений и повышение их теплозащиты, развитие мощности по производству строительных материалов с использованием золы и шлаков тепловых электростанций, металлургических и фосфорных шлаков, отходов горнодобывающих отраслей промышленности и углеобогатительных фабрик, техническое перевооружение производства кирпича на базе новейшей техники.
Строительный керамический кирпич является самым распространённым местным стеновым материалом, позволяющим экономить дефицитные металлы, цемент, а также транспортные средства. В общем балансе производства и применения стеновых материалов керамический кирпич занимает более 30%. Кирпич, накапливая солнечную энергию, медленно и равномерно отдает тепло, что защищает от чрезмерного нагревания летом и сохраняет тепло зимой. Кирпичная стена «дышит», пропуская испарения сквозь свою толщу. В результате в помещениях поддерживается уровень равновесной влажности
В данный момент в производстве строительного керамического кирпича сосредоточено внимание на совершенствовании технологии, улучшении качества выпускаемой продукции и расширении ассортимента. При строительстве новых предприятий предусматривается установление автоматизированных и высокомеханизированных технологических линий на базе современного отечественного и импортного оборудования. Осваивается выпуск эффективной пустотелой продукции, которая должна постепенно заменять традиционный полнотелый кирпич. Это позволит не только экономить сырьё, но и уменьшать толщину и массу наружных стен без снижения их теплозащитных свойств, а также создавать облегчённые конструкции панелей для индустриализации строительства.
Расширение ассортимента и, в частности, производство эффективных изделий с увеличением размеров и уменьшением средней плотности до 1250-1350 кг/м 3 и менее за счёт рациональной формы и увеличения количества пустот снизит расход материалов на 1м 2 наружных стен на 20-30%. На действующих заводах наряду с дальнейшей механизацией и автоматизацией производства кирпича будут всемерно улучшаться его качество и повышаться прочностные свойства, требующиеся для строительства зданий повышенной этажности и специальных сооружений. Применение в строительстве кирпича высоких марок в несущих конструкциях позволяет уменьшить его расход на 15-30%.
Необходимо более широко развивать производство лицевого кирпича, позволяющего исключать оштукатуривание зданий и улучшать их архитектурный вид.
Улучшение качества продукции вызывает необходимость повышения культуры производства, более строгого соблюдения технологических параметров по всем переделам, улучшения обработки, рациональной шихтовки путём ввода различных добавок, в том числе отходов других отраслей промышленности.
1. Обоснование необходимости реконструкции действующего предприятия
Завод по производству глиняного кирпича строиться в городе Тюмень. Он является центром Тюменской области, в состав которой входят Ханты-Мансийский и Ямало-Ненецкий автономные округа. Расположена область в центре Западной Сибири. В ней проживают 493 тысячи человек, развита промышленность, построены автомобильные и железнодорожные пути. Также в Тюменской области есть нефтяные и газовые месторождения, нефте- и газоперерабатывающие заводы. Также область граничит с другими крупными областями (Екатеринбургской, Челябинской, Омской Новосибирской).
По состоянию на 1 января 1986 года на балансе числится 70 месторождений глин. Из них разрабатываются 12 месторождений кирпичных, 6 — кирпично-керамзитовых. Наиболее крупные из них Кыштырлинское, Воронинское, Метелевское (г. Тюмень), Большой Остров (г. Ишим), Локосовское (г. Сургут), Урайское (г. Урай), Широтное (г. Надым). Тюмень находится в 25 километрах от Кыштырлинского месторождения
Все это обуславливает хорошие перспективы для строительства и развития завода, обеспечивает выпускаемой продукции предприятия широкий региональный рынок, поскольку есть подъездные пути, ресурсы рабочей силы, потребность в строительстве и, главное, хорошая сырьевая база.
2. Аналитический обзор источников информации
При производстве керамического кирпича используется метод полусухого прессования и метод пластического формования, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки. При наличии рыхлых глин и глин средней плотности с влажностью не свыше 23-25% применяют пластический способ переработки глин; для слишком плотных глин, плохо поддающихся увлажнению и обработке с низкой карьерной влажностью (менее 14-16%) - полусухой способ переработки.
Метод полусухого прессования предусматривает предварительное высушивание сырья, последующее измельчение его в порошок, прессование сырца в пресс-формах при удельных давлениях, в десятки раз превышающих давление прессование на ленточных прессах. Преимущества технологии полусухого прессования заключается в том, что спрессованный кирпич-сырец укладывается непосредственно на печные вагонетки и на них высушивается в туннельных сушилках, или же, минуя предварительную досушку, непосредственно поступает на обжиг. Комплексная механизация производства осуществляется проще, чем при методе пластического формования. Однако технология полусухого прессования требует более совершенной системы аспирации на трактах приготовления и транспортирование порошка, использования более высокопроизводительных прессов.
Технологическая схема производства изделий с пластическим способом подготовки массы, несмотря на свою сложность и длительность, наиболее распространена в промышленности стеновой керамики. Метод формования из пластических масс исторически сложился на основе пластических свойств глин и широко используется в керамической технологии. Способ пластического формования позволяет выпускать изделия в широком ассортименте, более крупных размеров, сложной формы и большей пустотности. В отдельных случаях предел прочности при изгибе и морозостойкость таких изделий выше, чем у изделий, полученных способом полусухого прессования из того же сырья.
При переработке глин в сыром виде схема подготовки сырья несколько проще и экономичней, поскольку нужно меньше перерабатывающего оборудования, следовательно, меньше энергоемкость. Все оборудование более надежно и просто в обслуживании. Температура обжига изделий примерно на 50 0 С ниже, чем у изделий полусухого прессования, что позволяет также снизить энергозатраты на обжиг и в какой-то мере компенсируют высокие затраты на сушку.
Недостатком способа пластического формования является большая длительность технологического цикла за счет процесса сушки сырца, продолжающегося от 1 до 3 суток. Низкая прочность формованного сырца, особенно пустотелого, большая усадка материала при сушке и наличие отдельного процесса сушки затрудняет возможность механизации трудоемких операций при садке сырца на сушку, перекладке высушенного сырца для обжига и совмещения в одном агрегате процессов сушки и обжига.
Чтобы получить изделия требуемого качества необходимо из глины удалить каменистые включения, разрушить ее природную структуру, получить пластичную массу, однородную по вещественному составу, влажности и структуре, а также придать массе надлежащие формовочные свойства. Глиняный брус формуют в горизонтальных ленточных шнековых прессах часто с вакуумированием массы. Вакуумирование массы способствует повышению ее плотности, пластичности, улучшает формовочные и конечные свойства кирпича.
В проекте будем использовать схему производства изделий пластическим методом, поскольку используемая глина достаточно высокой влажности, среднепластичная.
Производство керамики должно быть обеспечено непрерывной подачей однородного глинистого материала, лишенного каменистых включений имеющего разрушенную природную «структуру» для лучшего смачивания, сохраняющего достаточно постоянную влажность независимо от времени года и равномерно перемешенного с добавками. На керамических заводах сырьевые материалы подвергают грубому, среднему и мелкому дроблению грубому и тонкому помолу. Обычно тонким помолом завершается механическое измельчение материалов, что обеспечивает более интенсивное их спекание, содействует снижению температуры обжига. Измельчение глинистых материалов проводят последовательно на вальцах грубого и тонкого измельчения. Каменистые включения не могут быть полностью выделены из глины общепринятыми механическими приемами – дезинтеграторными ребристыми вальцами. Опыт показывает, что при пользовании этими машинами в глине может остаться около половины (а иногда и более) камней. В дальнейшем эти камни будут в значительном своем количестве перемолоты гладкими вальцами или бегунами, что, однако, вызывает быстрый износ бандажей и частые ремонты. Бегуны мокрого помола используют при наличии в глинах трудноразмокаемых включений и для обработки плотных глин и глин, содержащих известковые включения. Предварительное (грубое) дробление непластичных твердых материалов в керамической технологии производят в щековых или конусных дробилках, работающих по принципу раздавливающего и разламывающего действия. Степень измельчения в щековой дробилке 3-10, а в конусной – 6-15. Среднее и мелкое дробление, грубый помол непластичных материалов выполняется с помощью бегунов, молотковых дробилок, валковых мельниц. Молотковая дробилка обеспечивает высокую степень измельчения (10-15), однако влажность дробимого материала не должна быть более 15%.
Подача и дозировка сырья на большинстве кирпичных заводов происходит при помощи ящичных питателей.
В настоящее время на многих керамических и кирпичных заводах широко применяется увлажнение глины паром. Этот способ состоит в том, что в массу подается острый пар, который при соприкосновении с холодной глиной конденсируется на ее поверхности. В результате пароувлажнения обрабатываемая масса нагревается до 45-60 о С. Пароувлажнение имеет существенные преимущества, так как улучшается способность массы к формованию, что обуславливает уменьшение брака при формовке и повышение производительности ленточных прессов на 10-12%, снижение расхода электроэнергии на 15-20%. В результате пароувлажнения улучшаются сушильные свойства массы, что позволяет сократить продолжительность сушки сырца на 40-50%. Иногда производят дополнительную обработку керамической массы, которая осуществляется в вальцах тонкого помола, дырчатых вальцах или в глинорастирателе.
Различают сушильные устройства для естественной и искусственной сушки сырца. В первом случае сырец высушивается атмосферным воздухом за счет солнечного тепла в летнее время, во втором – за счет тепла, получаемого от сгорания топлива. Преимущество искусственной сушки перед естественной в том, что она дает возможность заводам работать круглый год, а не только в течение летнего сезона. При этом не только улучшается использование технологического оборудования, но на заводе создаются постоянные кадры квалифицированных рабочих. Кроме того, искусственная сушка значительно менее трудоемка, чем естественная. Задача организованного процесса сушки состоит в подводе энергии (тепловой или электрической) к высушиваемому изделию с наименьшими потерями и в наименьшие сроки, допустимые для целостности изделия. Большинство современных кирпичных заводов оборудовано устройствами для искусственной сушки кирпича-сырца, которые по режиму работы подразделяются на сушилки периодического (камерные) и непрерывного (туннельные) действия. Сушилки непрерывного действия (туннельные)являются наиболее современным сушильным агрегатом в кирпичной промышленности. В туннельной сушилке кирпич-сырец, находящийся в вагонетках, в течение цикла сушки перемещается через весь туннель от одного его конца к другому. Срок сушки кирпича-сырца, изготовленного из пароувлажненной массы, сокращается примерно на 30%. Расход тепла на сушку кирпича-сырца в туннельных сушилках ниже, чем в камерных. Существенным преимуществом туннельных сушилок перед камерными является то, что туннельные могут быть оснащены аппаратурой, обеспечивающей автоматическое регулирование процесса сушки. Продолжительность процесса сушки и качество высушенного кирпича-сырца в значительной степени зависят от плотности и системы садки сырца на сушильных вагонетках. Необходимо обеспечить равномерность омывания теплоносителем сырца и получение надлежащей температуры и относительной влажности теплоносителя в различных частях сушилки. Недостаток туннельных сушилок в том, что в них наблюдается расслоение теплоносителя и более интенсивная сушка сырца на верхних полках. Устранение расслоения и равномерная сушка сырца по высоте туннеля достигаются перемешиванием теплоносителя в туннеле путем устройства воздушных завес за счет дополнительной подачи воздуха сверху в отдельных местах туннеля струйками с большой скоростью.
Завершающей стадией технологии всех изделий строительной керамики является их обжиг. При обжиге изделия окончательно формируется структура материала, т.е. происходит спекание керамики, в результате чего сырец из конгломерата слабосвязанных частиц превращается в достаточно твердое тело.
Строительные материалы и изделия обжигают в промышленных печах. Промышленной печью называют установку технологического назначения, в которой посредством теплового воздействия при относительно высоких температурах изменяется агрегатное состояние обрабатываемого материала, его химический состав либо его кристаллическая структура.
Многорядовые (по высоте) туннельные печи, применительно к обжигу стеновой керамики, обладают крупным недостатком – большим перепадом температур по высоте, достигающим в зоне подогрева 420 0 С, который на участке максимальных температур уменьшается до 20-40 0 С. борьба с этим перепадом осуществляется главным образом путем рециркуляционных потоков газов («завес»), нагнетаемых вентиляторами как в зоне подогрева, так и в зоне охлаждения на нескольких позициях по длине печного канала. Борьба эта не всегда успешна.
Второй недостаток – трудности настройки аэродинамического режима
Лучшие условия эксплуатации туннельных печей достигается при наличии давления или разряжения в зоне обжига порядка 0,1-0,3мм вод.ст. и не выше 1 мм вод.ст. во избежание выбивания горячих газов и «горения» и быстрого износа вагонеток.
Совершенствование конструкций туннельных печей с целью увеличения обжигаемой физической массы изделий (увеличение теплоемкости), совершенствование горелок для развития длины факела, а также полноты сжигания жидкого топлива, улучшение теплоизоляции пода – все это приводит к определенным успехам, но не исключает необходимости разработки и совершенствования конструкций печей для однорядного скоростного обжига.
В конструктивном отношении современные туннельные печи обладают некоторыми особенностями. Конструкция свода плоская, что упрощает постройку печи, позволяет расширить печной канал и обеспечить работу автомата – укладчика. Толщина кладки стен туннельных печей снижена до 0,5м., благодаря применению огнеупорных блоков 30-40% пористости, наружная поверхность стен покрыта дюралюминием с хорошей отражательной способностью. Поверх свода помещена теплоизоляция в виде вспученного вермикулита. Кладку пода (на вагонетках) осуществляют из крупных огнеупорных фасонных блоков, изготовленных из пористого (30-40%) корундомуллитового кордиеритового или дистенового огнеупора, обеспечивающего огнеупорность, теплоизоляцию и постоянство объема.
Наблюдается тенденция увеличения ширины туннельной печи, что возможно при переходе на более совершенный способ сжигания топлива с получение длинного факела горения и равномерным развитием температурного поля.
Обжиг кирпича производят в печах периодического и непрерывного действия. В кирпичной промышленности из печей периодического действия применяют преимущественно камерные печи. Из печей непрерывного действия применяют главным образом кольцевые и туннельные.
Периодические печи используют для обжига кирпича на заводах малой мощности. Загрузка и разгрузка этих печей производится при сравнительно высоких температурах, что обуславливает тяжелые условия труда обслуживающего персонала. Камерные печи или горны отличаются значительной трудоемкостью обслуживания, большой неравномерностью температур по высоте печи.
Для обжига кирпича широко применяют кольцевые печи, которые, несмотря на то, что они изобретены в 1858г., широко используются и в настоящее время. Они отличаются высокой тепловой экономичностью, возможностью использования низкосортных видов топлива, перехода с одного вида топлива на другое без каких-либо значительных переделок, высокой удельной и общей производительностью.
Весьма существенным недостатком кольцевых печей является то, что в рабочей зоне садки и выгрузки (выставки) кирпича очень высокая температура: например, в рабочей зоне выгрузки температура в летние месяцы достигает 80 0 С и более. При этом садка и выгрузка кирпича производится вручную. На новых и реконструируемых кирпичных заводах строительство кольцевых печей не производится.
Туннельные печи имеют значительные преимущества перед печами периодического действия и кольцевыми печами. Садка кирпича-сырца на вагонетки туннельных печей и выгрузка обоженного кирпича с этих вагонеток производится вне печи, в нормальных температурных условиях, что значительно облегчает труд обслуживающего персонала и дает возможность механизировать трудоемкие процессы садки и выгрузки кирпича. В туннельных печах можно осуществить полную автоматизацию управления режимом обжига. К достоинствам туннельных печей относится и то, что у них температурный перепад в различных участках обжига незначителен.
3. Технологическая часть
3.1 Ассортимент и характеристика выпускаемой продукции
Кирпич глиняный пластического прессования - наиболее распространённый стеновой керамический материал. Обычно заводы вместе с кирпичом выпускают эффективные и большеразмерные камни, кирпич и камни лицевые; к этой же группе материалов относится и кирпич полусухого прессования. Кирпич и камни по ГОСТ 530-95 изготовляют из глинистых и кремнезёмистых пород (трепела, диатомита), лёссов и промышленных отходов угледобычи, углеобогащения, а также зол, шламов с минеральными и органическими добавками или без них. Кирпич можно изготовлять полнотелым или пустотелым, а камни - только пустотелыми.
3.1.1 Основные параметры и размеры
Кирпич и камни в зависимости от размеров подразделяются на виды, указанные в таблице 3.1.1.
Шихта для изготовления керамических изделий
Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано для изготовления керамических кирпичей, черепицы и других изделий. Шихта для изготовления керамических изделий содержит суглинок и отощающую добавку, состоящую из смеси волластонита и осадка станции водоподготовки в соотношении 1:(0,25-4). Указанную добавку вводят в шихту в количестве 10-45 мас.%. Добавление волластонита приводит к формированию пор за счет усадки суглинка и выгорания органической составляющей осадка внутри каркаса, сформированного не расплавившимися при обжиге и скрепленными за счет кристаллизации стеклофазы зернами волластонита. Шихта обеспечивает повышение трещиностойкости керамических изделий, за счет меньшей усадки, более высоких характеристик механической прочности и открытой пористости. 2 табл.
Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано при изготовлении керамических кирпичей, черепицы и других керамических изделий.
Известна сырьевая смесь для изготовления кирпича, включающая наряду с глиной комплексную выгорающую добавку, содержащую древесные опилки и нефтешлам в массовом соотношении 1:1-3,5 при содержании воды в нефтешламе 3-10 мас. % и следующем соотношении компонентов, мас. %: смесь древесных опилок и нефтешлама 13-15, глина до 100 (см. патент РФ №2114086, МПК С04В 33/00).
Недостатком указанной смеси является получение из нее кирпича с недостаточно высокой открытой пористостью, морозостойкостью и механической прочностью, так как при увеличении или уменьшении количества добавок, происходит снижение этих показателей.
Недостатком указанного состава шихты является недостаточная трещиностойкость кирпича, так как увеличение количества вводимого в шихту осадка станций водоподготовки сверх 7% приводит к росту количества трещин.
Изобретение направлено на устранение вышеуказанного недостатка.
Техническая задача изобретения: повышение трещиностойкости керамических изделий.
Указанная задача решается за счет корректировки свойств керамического сырья: в составе шихты для изготовления керамического кирпича, содержащей суглинок, в качестве отощающей добавки используют смесь из волластонита и осадка станции водоподготовки при их соотношении 1:0,25-4 при следующем соотношении компонентов шихты, мас. %:
| Суглинок | 55-90 |
| Отощающая добавка | 10-45 |
На трещиностойкость керамических изделий оказывает существенное влияние чувствительность глинистого сырья к сушке (Чижский А.Ф. Сушка керамических материалов и изделий. - Москва, Стройиздат, 1971, 177 с.). В результате неодинаковой по величине усадки по сечению и по поверхности изделия на поверхности изделия или внутри него возникают напряжения. Когда величина напряжений превосходит предел прочности материала, образуются трещины. Чувствительность глинистого сырья к сушке обусловливается его минералогическим составом, усадкой при сушке, механической прочностью, характером и объемом пор, дисперсностью частиц. Принципиальное отличие заявляемого решения от прототипа заключается в совместном использовании осадка станций водоподготовки и волластонита, что позволяет уменьшить усадку, увеличить пористость и прочность керамики. Тем самым удается снизить чувствительность к сушке и устранить причины трещинообразования керамики.
Для экспериментальной проверки приготавливались технологические смеси, в которых в качестве компонентов использовали:
1) суглинок Каменского месторождения Новосибирской области: порода среднедисперсная, среднепластичная, по химическому составу сырье кислое с высоким содержанием красящих окислов, по гранулометрическому составу и числу пластичности суглинок соответствуют требованиям на кирпичное сырье;
3) волластонит Синюхинского месторождения Алтайского край. Составы минеральной части компонентов шихты приведены в табл. 1.
Из результатов, представленных в табл. 2, видно, что при совместном использовании в качестве добавки осадка станции водоподготовки и волластонита достигается технический результат изобретения: отсутствует дефект керамических изделий в виде трещин.
Дополнительным преимуществом заявленного состава шихты является меньшая усадка, более высокие механическая прочность и открытая пористость получаемой керамики по сравнению с прототипом. Увеличение пористости обусловлено одновременным действием при спекании керамики разных механизмов образования пористости в черепке керамики: усадочного - за счет усадки суглинка, спекающегося внутри сформированного зернами волластонита каркаса, и выгорающей добавки - за счет выгорания органической составляющей осадка, смешанного с суглинком.
Наряду с повышением трещиностойкости, увеличением пористости и прочности, уменьшением усадки применение в составе шихты добавки из осадка в композиции с волластонитом также позволяет:
- увеличить количество используемого в составе шихты осадка станций водоподготовки до 30%, что способствует экономии энергетических ресурсов при обжиге за счет тепла, выделяемого при выгорании органической составляющей осадка станций водоподготовки;
- повысить степень утилизации осадка станций водоподготовки и тем самым уменьшить экологическую нагрузку, вызванную сбросом такого осадка в открытые водоемы;
- упростить технологический процесс за счет использования меньшего количества компонентов.
Шихта для изготовления керамических изделий, включающая суглинок и смесь отощающих добавок, одна из которых - осадок станции водоподготовки, отличающаяся тем, что смесь отощающих добавок содержит волластонит и осадок станции водоподготовки при их соотношении 1:0,25-4 при следующем соотношении компонентов шихты, мас. %:
Комплексный подход к разработке состава шихты - гарантия качества керамического кирпича
Керамический кирпич является универсальным отделочно-конструкционным материалом с высокими архитектурно-декоративными свойствами. Прочность, долговечность, цветоустойчивость, высокие гигиенические и эстетические качества керамического кирпича, доступность глинистого сырья, позволили ему стать одним из самых распространенных и востребованных изделий.
В современных условиях качество выпускаемого керамического кирпича является одним из самых важных параметров для заводов. В большинстве случаев низкое качество кирпича связано с низким уровнем исследований глин и слабой отработкой состава шихты.
Важнейшим условием для разработки рациональных составов шихт является проведение квалифицированных исследований глинистого сырья. Любая глина различна по физико-химическим и технологическим свойствам и требует индивидуального подхода. Именно глинистое сырье, его физико-химические и керамические свойства определяют состав шихты, особенности разработки карьера, оптимальные технологические параметры, необходимый количественный и качественный состав оборудования и в конечном счете – свойства готовых изделий. Общие затраты на детальные исследования могут достигать 10-20 тыс. евро, но эти затраты очень быстро окупаются высоким качеством выпускаемой продукции.
В ООО «НИИКЕРАМ» в 2009 году создана современная лаборатория исследования глинистого сырья, аналогов которой в России нет. Разработана новая методика испытаний глин для производства керамического кирпича, что позволяет:
- получить более полную, точную и полезную информацию о свойствах глины;
- повысить уровень лабораторных исследований;
- разработать рациональные составы шихт и основные технологические параметры эффективного производства качественных стеновых керамических материалов.
В современной технологии керамического кирпича разработка составов шихт в зависимости от свойств исходного сырья возможна по следующим основным направлениям.
Использование глинистого сырья без добавок для эффективного производства кирпича возможно в редких случаях - только при условии, если свойства глины, установленные технологические параметры и применяемое оборудование обеспечивают получение высококачественной продукции.
Как правило такие глины характеризуются низким содержанием водорастворимых солей, умеренно- или среднепластичны, мало- или среднечувствительны к сушке. Содержание глинистых минералов находится в пределах 30-50% с преобладанием каолинита и гидрослюды.
Необходимо отметить, что в нашей практике для глинистого сырья исследуемого месторождения всегда разрабатывается несколько составов шихт для повышения эффективности производства и расширения ассортимента продукции.
Отощающие добавки применяют для улучшения сушильных свойств, а в некоторых случаях – и обжиговых. Рекомендуется использовать отощители для глин с содержанием глинистых минералов более 30-40% (преимущественно монтмориллонита и гидрослюды), высокочувствительных к сушке, с усадкой более 6-7%.
Наиболее распространенными подобного рода добавками, применяемыми в производстве кирпича, являются кварцевый песок и реже шамот. Для лицевого кирпича не рекомендуется использование таких отощителей, как углеотходы, золы ТЭС, топливные шлаки и т.п., в связи с образованием высолов, выцветов и других дефектов на поверхности изделий после обжига. Более рационально применение данных добавок в производстве рядового кирпича или поризованных изделий.
Верхний предел крупности отощающих добавок не должен превышать 3 мм. Необходимо, чтобы в песке отсутствовали карбонатные включения размером более 0,5 мм, в шамоте – включения извести.
Следует отметить, что применение минеральных отощающих добавок для суглинков и глин с низким числом пластичности может создать дополнительные проблемы в процессах формирования, сушки и обжига. Связано это с малым количеством глинистых материалов (менее 30-25%), высоким содержанием кристаллического кварца и недостаточной пластичностью сырья для применения минеральных отощителей. В этом случае более предпочтительно применение добавок каолинитовых глин.
Использование смеси глин – наиболее перспективный способ повышения качества и расширение ассортимента кирпича. Разработка составов шихт на основе смеси глин возможна в следующих направлениях:
- улучшение сушильных свойств добавками каолинитовых глин;
- повышение пластических свойств и интенсификация спекания черепка добавками высоко- и среднепластичных глин;
- расширение интервала спекания черепка добавками каолинитовых глин;
- отощение пластичных глин добавками суглинков.
Как правило, перечисленные добавки оказывают комплексное влияние на свойства шихты и готовых изделий. Так, например, добавка каолинитовой глины улучшает сушильные свойства керамической массы, расширяет интервал спекания, осветляет цвет черепка, а в некоторых случаях повышает пластические свойства шихты.
Добавку каолинитовой глины целесообразнее использовать для низкодисперсных глин и суглинков с содержанием глинистых минералов менее 40% для уменьшения чувствительности к сушке. При содержании в породе глинистых минералов мене 15-10% и кристаллического кварца более 70% предпочтительнее использовать добавку высоко- или среднепластичной глины с содержанием глинистых минералов более 40% в качестве отощителя возможно использование добавки суглинка.
Следует также отметить, что при получении клинкерного кирпича в большинстве случаев добавка каолинитовой глины необходима для расширения интервала спекания черепка во избежание деформации изделий при высоких температурах. Однако в зависимости от свойств глинистого сырья в каждом конкретном случае компоновка состава шихты на основе смеси глин может быть весьма разнообразной.
Наиболее распространенной поризующей добавкой являются опилки. Однако использование опилок возможно лишь в северных регионах и некоторых областях средней полосы России. В ООО «НИИКЕРАМ» проводятся исследования по подготовке и применению таких добавок, как пенополистирол, отходы целлюлозно-бумажного производства (скоп), солома, углеотходы, шелуха риса, гречихи, овса, подсолнечника и т.д. Верхний предел крупности поризующих добавок не должен превышать 2-3 мм.
В качестве поризатора возможно также применение карбонатных пород, при соответствующей их подготовке (верхний предел крупности неболее 0,5 мм). В зависимости от вида, дисперсности и содержания добавки изменяется характер пористости черепка и, как следствие, свойства изделий. Подобрав оптимальную добавку для определенной глины, можно существенно повысить эффективность производства и качество поризованного блока.
Образование высолов и выцветов на керамическом кирпиче является достаточно распространенной проблемой для многих кирпичных заводов.
Для устранения высолов и выцветов, возникающих в результате миграции водорастворимых сульфатных солей глинистого сырья, рекомендуется добавлять в шихту соединения бария – углекислый барий или гидрат окиси бария. Более эффективно вводить в шихту соединения бария в виде суспензии. При добавлении в сухом состоянии обязательно тщательное перемешивание компонентов и усреднение шихты. В зависимости от состава и количества водорастворимых солей в глинистом сырье содержание соединений бария в шихте может составлять от 0,05 до 0,5%.
В случае повышенного содержания сульфатных, а также хлористых солей в глинистом сырье, перевод которых в нерастворимое состояние соединениями бария не дает положительного эффекта, рекомендуется использовать данные глины для производства поризованного или рядового кирпича.
Для расширения цветового ассортимента лицевого кирпича методом объемного окрашивания используют следующие добавки в шихту:
- светло- и красножгущиеся глины;
- мел, известняк, мергель, и др. карбонатные пороги;
- окислы марганца, железа, титана, хрома и др. пигменты;
- руды металлов, а также отходы промышленности, содержащие вышеперечисленные окислы.
В зависимости от свойств исходного глинистого сырья, вида, дисперсности и содержания окрашивающих добавок возможно получение лицевого кирпича от белого и светло-серого до темно-коричневого и черного цвета.
Для окраски лицевого кирпича в светлые тона используют добавки светложгущихся глин, карбонатных пород, двуокись титана, а также отходы промышленности. Для производства изделий темных тонов применяют красножгущиеся глины, окиси железа, хрома и марганца, отходы обогащения руд, содержащих данные соединения и пр. При этом отходы промышленности не должны содержать вредных включений. В качестве светложгущихся глин применяют каолинитовые, мергелистые, а также полиминеральные глины с низким содержанием красящих окислов, в качестве красножгущихся – глины с высоким содержанием оксидов железа.
Необходимо учитывать, что при добавлении в шихту карбонатных пород или мергелистых глин увеличивается пористость и водопоглощение изделий, что приводит к быстрому загрязнению фасадов зданий. Для долговечного и качественного лицевого кирпича водопоглощение не должно превышать 14%. Оптимальное водопоглощение лицевого кирпича составляет от 7 до 10%.
Конечно, изложенные способы составления шихт в зависимости от свойства глинистого сырья и требований к качеству готовой продукции могут совмещаться. Однако выбор каждого компонента шихты должен быть объективно обоснован и подтвержден результатами испытаний. Кроме того, необходимо учитывать наличие рекомендуемых добавок в данном регионе, их стоимость, затраты на транспортировку и т.д.
Состав шихты считается удовлетворительным, если его можно рекомендовать для эффективного производства кирпича со следующими основными показателями и свойствами:
- для лицевого пустотелого или полнотелого кирпича: марка прочности – не менее М150, водопоглощение – не более 14%, марка по морозостойкости – не менее F50;
- для поризованного блока: марка по прочности – не менее М100, средняя плотность – не более 800-900 кг/м 3 , марка по морозостойкости – не менее F50;
- для стенового клинкерного кирпича: марка прочности – не менее М300, водопоглощение – 4-8%, марка по морозостойкости – не менее F100;
- для дорожного клинкерного кирпича: марка прочности – не менее М700, водопоглощение – не более 4%, марка по морозостойкости – не менее F200, истираемость – не более 0,5 г/см 2 .
При этом для лицевого и клинкерного кирпича отколы от содержания в сырье карбонатных включений и высолы от водорастворимых солей недопустимы.
Комплексный подход к разработке составов шихт позволяет полностью использовать свойства глин для производства керамического кирпича высокого качества.
Д.В. Кролевецкий, кандидат технических наук, зам. Генерального директора по науке ООО «НИИКЕРАМ»
Разработка и исследование составов шихт для изготовления керамического кирпича
Данная работа посвящена разработке и исследованию составов шихт для изготовления керамического кирпича, с целью снижения чувствительности масс к сушке, увеличения прочности и улучшения его внешнего вида.
Были изучены следующие свойства: формовочная влажность, воздушная, общая и огневая усадки, водопоглощение, а также предел прочности на изгиб и сжатие по известным методикам. Обжиг проводился в лабораторных условиях при температуре.
Для оптимизации эксперимента был реализован симплекс - решетчатый план Шеффе типа - решётки в локальном участке концентрационного треугольника “Малоступкинская глина - тугоплавкая глина - песок”.
После составления матрицы планирования и определения свойств образцов были проведены соответствующие расчеты и получены приведенные полиномы для вычисления водопоглощения и предела прочности при изгибе для изученного локального участка. Адекватность этих уравнений была проверена по одному из составов треугольника и выявлено что расчетные и экспериментальные значения получились соответствующими друг другу.
Результаты исследования показали, что улучшение качества кирпича из глины Малоступкинского происхождения возможно за счет введения тугоплавких глин других месторождений, а также корректировки состава керамических масс и введения добавок (например: опилок, шамота и др.).
Итогом исследования являются разработанные составы масс, обеспечивающие получение качественного керамического кирпича, соответствующего требованиям стандартов, как по свойствам, так и по внешнему виду.
Читайте также: