Строительные материалы и изделия

Общая технологическая схема производства керамических изделий

Несмотря на обширный ассортимент керамических изделий, разнообразие их форм, физико-механических свойств и видов сырьевого материала, основные этапы производства керамиче­ских изделий являются общими и состоят из следующих опе­раций: добычи сырьевых материалов, подготовки сырьевой массы, формования изделий (сырца), сушки сырца, обжига изделий, обработки изделий (обрезки, глазурования и пр.) и упаковки.

• Добычу сырья осуществляют иа карьерах открытым спосо­бом — экскаваторами. Транспортировку сырья от карьера к за­воду производят автосамосвалами, вагонетками или транспорте­рами при небольшой удаленности карьера от цеха формовки. Заводы по производству керамических материалов, как пра­вило, строят вблизи месторождения глины, и карьер является составной частью завода.

• Подготовка сырьевых материалов состоит из разрушения природной структуры глины, удаления или измельчения (рис. 3.1) крупных включений, смешения глины с добавками и увлажнения до получения удобоформуемой глиняной массы.

• Формование керамической массы в зависимости от свойств исходного сырья и вида изготовляемой продукции осуществляют полусухим, пластическим и шликерным (мокрым) способами. При полусухом способе производства глину вначале дробят и подсушивают, затем измельчают и с влажностью 8... 12% подают на формование. При пластическом способе формования глину дробят, затем направляют в глиносмеситель (рис. 3.2), где она перемешивается с отощающими добавками до получения одно­родной пластичной массы влажностью 20...25%. Формование керамических изделий при пластическом способе осуществляют преимущественно на ленточных прессах. При полусухом способе

глиняную массу формуют на гидравлических или механиче­ских прессах под давлением до 15 МПа и более. По шликер - ному способу исходные материалы измельчают и смешивают е большим количеством воды (до 60%) до получения однород­ной массы — шликера. В зависимости от способа формования шликер используют как непосредственно для изделий, получае­мых способом литья, так и после его сушки в распылительных сушилках.

Современный период развития производства строительной керамики характеризуется интенсификацией технологических процессов, комплексной механизацией, конвейеризацией и ав­томатизацией производства. В этой связи важную роль отводят разработке новой технологии получения пресс-порошка в рас­пылительных сушилах, сущность которой заключается в совме­щении процессов обезвоживания, дробления и сепарации. Су­шильная камера представляет собой металлический цилиндр,

заканчивающийся внизу конусом, который служит для сбора готового продукта. Отличительными особенностями сушила яв­ляются распыление керамической суспензии пучком форсунок при давлении 1,0...1,2 МПа и снижение давления газа внутри

сушильной башни. В СССР эксплуатируются распылительное сушила Минского комбината строительных материалов и НИИ - стройкерамики (рис. 3.3). Обезвоживание керамических масс в распылительных сушилах позволило в 3,5 раза повысить произ­водительность труда и в 1,5 раза сократить капитальные за­траты.

• Обязательной промежуточной операцией технологического процесса производства керамических изделий по пластическому способу является сушка. Если же сырец, имеющ й высокую влажность, сразу после формования подвергнуть обжигу, то он растрескивается. При сушке сырца искусственным способом в качестве теплоносителя используют дымовые газы обжигатель­ных печей, а также специальных топок. При изготовлении изделий тонкой керамики применяют горячий воздух, образуе­мый в калориферах. Искусственную сушку производят в ка­мерных сушилах периодического действия или туннельных суши­лах (рис. 3.4) непрерывного действия.

• Процесс сушки представляет собой комплекс явлений, свя­занных с тепло - и массообменом между материалом и окружаю­щей средой. В результате происходит перемещение влаги из внутренней части изделий на поверхность и испарение ее. Од­новременно с удалением влаги частицы материала сближаются и происходит усадка. Уменьшение объема глиняных изделий при сушке происходит до определенного предела, несмотря на то, что вода к этому моменту полностью еще не испарилась. Для получения высококачественных керамических изделий про-

цессы сушки и обжига должны осуществляться в строгих режи­мах. При нагревании изделия в интервале температур 0...150°С из него удаляется гигросколическая влага. При температуре 70°С дав­ление водяных паров внутри из­делия может достигнуть значи­тельной величины, поэтому для предупреждения трещин темпера­туру следует поднимать медленно (50...80°С/ч), чтобы скорость по­рообразования внутри материала не опережала фильтрации паров через ее толщу.

• Обжиг является завершающей стадией технологического процес­са. В печь сырец поступает с влаж­ностью 8...12%, и в начальный период происходит его досушива­ние. В интервале температур 550...

800°С идет дегидратация глинис­тых минералов и удаление хими­чески связанной конституционной воды. При этом разрушается кристаллическая решетка минера­ла И глина теряет пластичность, Рис. 3.3. Распылительное сушило:

В ЭТО ВрОМЯ ПрОИСХОДИТ усадка /—кольцевой массопровод; 2 фор-

ИЗДвЛИЙ сунки; 3 — распылительное сушило;

т-г ’ г»гг оааог — инспекционные горелки; 5 — пресс-

При Температуре 200...800 С порошок, удаляемый через патрубок;

выделяется летучая часть органи - 6 —транспортер

ческих примесей глины и выгораю-

ших добавок, введенных в состав шихты при формовании изде­лий, и, кроме того, окисляются органические примеси в пределах температуры их воспламенения. Этот период характерен весьма высокой скоростью подъема температур — 300...350° С/ч, а для эффективных изделий — 400...450°С/ч, что способствует быстро­му выгоранию топлива, запрессованного в сырец. Затем изделия выдерживают при этой температуре в окислительной атмосфере до полного выгорания остатков углерода.

Дальнейший подъем температуры от 800°С до максималь­ной связан с разрушением кристаллической решетки глини­стых минералов и значительным структурным изменением че­репка, поэтому скорость подъема температуры замедляют до Ю0...150°С/ч, а для пустотелых изделий — до 200...220°С/ч. По достижении максимальной температуры обжига изделие выдерживают для выравнивания температуры по всей толще его, после чего температуру снижают на Ю0...150°С, в результа­те изделие претерпевает усадку и пластические деформации.

Затем интенсивность охлаждения при температуре ниже 800°С увеличивается до 250...300°С/ч и более. Ограничением спада температуры могут служить лишь условия внешнего теплообмена. При таких условиях обжиг кирпича можно осу­ществить за 6...8 ч. Однако в обычных туннельных печах ско­ростные режимы обжига не могут быть реализованы из-за боль­шой неравномерности температурного поля по сечению обжига­тельного канала. Изделия из легкоплавких глин обжигают при температуре 900...1100°С. В результате обжига изделие приобре­тает камневидное состояние, высокие водостойкость, прочность, морозостойкость и другие ценные строительные качества.