Технология производства керамического ангобированного кирпича

• Шамот – зернистый керамический материал (с зернами 0,14 – 2 мм), получаемый измельчением глины, предварительно обожженной при той же температуре, при которой обжигаются изделия. Его можно получить, измельчая отходы обожженного кирпича. Шамот улучшает сушильные и обжиговые свойства глин, поэтому его применяют для получения высококачественных изделий.
• Дегидротированная глина при температуре 700 -750 С, добавляемая в количестве 30 – 50 %, улучшает сушильные свойства сырца и внешний вид кирпича.
• Песок (с зернами 0,5 – 2 мм) добавляют в количестве 10 – 25 %.
• Гранулированный доменный шлак (с зернами до 2 мм) – эффективный отощитель глин при производстве кирпича. Роли отощителей выполняют так же золы ТЭС и выгорающие добавки.

2. Парообразующие материалы  вводят в сырьевую массу для  получения легких керамических изделий с повышенной пористостью и пониженной теплопроводностью. Для этого используют вещества, которые при обжиге диссоциируют с выделением газа, например CO2 (молотые мел, доломит), или выгорают.

3. Выгорающие добавки:  древесные опилки, измельченный  бурый уголь, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС и лигнин не только повышают пористость керамических изделий, но также способствуют равномерному спеканию керамического черепка.

4. Пластифицирующими добавками  являются высокопластичные глины,  бентониты, а также поверхностноактивные вещества – сульфитно-дрожжевая бражка и др.

5. Плавни добавляют в  глину в тех случаях, когда  необходимо понизить температуру ее спекания. К ним относят: полевые шпаты, железную руду, доломит, магнезит, тальк и т.п.

В данной курсовой работе в  качестве сырьевых компонентов были выбраны: глина, шамот, опилки.

Глина — мелкозернистая осадочная горная порода, пылевидная в сухом состоянии, пластичная при увлажнении. Глина состоит из одного или нескольких минералов группы каолинита (происходит от названия местности Каолин в Китае), монтмориллонита или других слоистых алюмосиликатов (глинистые минералы), но может содержать и песчаные и карбонатные частицы. Как правило породообразующим минералом в глине является каолинит, его состав: 47 % (мас) оксида кремния (IV) (SiO₂), 39 % оксида алюминия (Al₂О₃) и 14 % воды (Н₂O) Al₂O₃ и SiO₂ — составляют значительную часть химического состава глинообразующих минералов.

Диаметр частиц глин менее 0,005 мм; породы, состоящие из более крупных частиц, принято классифицировать как лёсс. Большинство глин — серого цвета, но встречаются глины белого, красного, жёлтого, коричневого, синего, зелёного, лилового и даже чёрного цветов. Окраска обусловлена примесями ионов — хромофоров, в основном железа в валентности 3 (красный, желтый цвет) или 2 (зеленый, синеватый).

Минералы, содержащиеся в  глинах

• Каолинит (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O)
• Андалузит, дистен и силлиманит (Al₂O₃·SiO₂)
• Галлуазит (Al₂O₃·SiO₂·H₂O)
• Гидраргиллит (Al₂O₃·3H₂O)
• Диаспор (Al₂O₃·H₂O)
• Корунд (Al₂O₃)
• Монотермит (0,2[K₂MgCa]0·Al₂O₃·2SiO₂·1,5H₂O)
• Монтмориллонит (MgO·Al₂O₃·3SiO₂·1,5H₂O)
• Мусковит (K₂O·Al₂O₃·6SiO₂·2H₂O)
• Наркит (Al₂O₃·SiO₂·2H₂O)
• Пирофиллит (Al₂O₃·4SiO₂·H₂O)
• Минералы, загрязняющие глины и каолины
• Кварц(SiO₂)
• Гипс (CaSO₄·2H₂O)
• Доломит (MgO·CaO·CO₂)
• Кальцит (CaO·CO₂)
• Глауконит (K₂O·Fe₂O₃·4SiO₂·10H₂O)
• Лимонит (Fe₂O₃·3H₂O)
• Магнетит (FeO·Fe₂O₃)
• Марказит (FeS₂)
• Пирит (FeS₂)
• Рутил (TiO₂)
• Серпентин (3MgO·2SiO₂·2H₂O)
• Сидерит (FeO·CO₂)

Основным источником глинистых  пород служит полевой шпат, при распаде которого под воздействием атмосферных явлений образуются каолинит и другие гидраты алюминиевых силикатов. Некоторые глины осадочного происхождения образуются в процессе местного накопления упомянутых минералов, но большинство из них представляют собой наносы водных потоков, выпавшие на дно озёр и морей.

Глина – это вторичный продукт земной коры, осадочная горная порода, образовавшаяся в результате разрушения скальных пород в процессе выветривания.

Так как глина среднепластичная и среднечувствительная к сушке, необходим ввод корректирующих добавок, уменьшающих пластичность, коэффициент усадки и коэффициент чувствительности к сушке. Поскольку глина обеспечивает высокую прочность кирпича, рекомендуется ввод корректирующей добавки –  древесных опилок. Древесные опилки продольной резки очень эффективно уменьшают

пластичность глины на стадии формования, увеличивают прочность  сырца и полуфабриката после сушки, армируя массу  своими волокнами, уменьшают коэффициент усадки к сушке, т. к. улучшают влагоотдачу и уменьшают воздушную усадку. В процессе обжига они играют роль выгорающей добавки, тем самым обеспечивают равномерный прогрев изделий по садке и увеличивает пористость готовых изделий. Увеличение пористости уменьшает массу кирпича, увеличивает тепло- и звукоизоляционные свойства и, естественно, несколько уменьшает прочность готовых изделий.

В качестве выгорающей добавки  используются древесные опилки (ТУ-313-64).

Влажность опилок – не более 30%, гранулометрический состав: содержание фракции более 5 мм не допускается; от 1 до 5 мм – 85%; менее 1 мм – 15%.

В качестве отощающей добавки  используется шамот (отходы собственного производства, половняк-бой). Влажность шамота – 5-9%. Гранулометрический состав: крупность зёрен от 1 до 5 мм – 85%; менее 1 м – 15%. Содержание фракций более 5 мм не допускается. Ввод шамота способствует уменьшению пластичности на стадии формования, уменьшению коэффициента усадки на стадии сушки, и в итоге увеличению прочности изделия.

Ангобированный лицевой кирпич – это кирпич, лицевая поверхность которого покрыта тонким ангобным слоем.

Ангобом называют покрытие толщиной 0,1–0,3 мм из керамической массы, наносимой на сырец из легкоплавких красножгущихся глин или огнеупорных беложгущихся глин с легкоплавкими добавками для получения после обжига покрываемой поверхности требуемого цвета.

Тонкий слой ангоба позволяет усилить  или изменить естественный цвет лицевых поверхностей кирпича [5]

В производстве двухслойной керамики в качестве сырья для основного  слоя используют легкоплавкие глины, не имеющие вредных примесей. При  необходимости регулирования пластических свойств формовочной массы основного  сырья к глине добавляют отощающие  добавки (шамот, песок, дегидратировнные глины и др.) или повышающие пластичность (пластичные глины и др.) добавки.

Лучшими отощителями являются шамот  и дегидратированная глина, повышающие прочность изделий и обеспечивающие хорошее сцепление фактурного слоя с основной массой. Качественные глины  имеют число пластичности от 7 до 15 (ГОСТ 9169–59). По гранулометрическому  составу сырье должно содержать  глинистой фракции (частицы меньше 0,0005 мм) не менее 25–30%, пылеватой фракции (частицы 0,0005–0,05 мм) не более 4%. По минералогическому  составу в производстве используют глины гидрослюдистые, каолиновые и  др.

Для лицевого слоя используют светложгущиеся глины в чистом виде или с отощающими добавками (песок, шамот и др.), вводимыми  для регулирования пластичности лицевого слоя и величины усадки.

Состав основной массы и фактурного слоя приведен в таблице 1.

Ангоб состоит из белой  или окрашенной красителями глины, доведенной до жидкой консистенции. Если температура обжига подобрана правильно, он дает непрозрачный, ровный слой матового цвета.

По своему составу ангобы делятся на глинисто-песчанистые, имеющие  высокую водопоглощаемость, и на флюсные с низкой водопоглощаемостью.

Первые обычно применяются  в майолике, когда необходимо замаскировать  черепок и придать изделию  определенный цвет или нанести рисунок. Для этого поверхность майоликовых изделий покрывается глазурями.

Для того, чтобы глазурь  хорошо впитывалась черепком и равномерно покрывала изделие, ангоб должен быть пористым.

Совершенно другие требования предъявляются к ангобам, предназначенным  для покрытия архитектурно-строительной керамики, применяемой в неглазурованном виде, лицевой слой которой должен быть устойчив к загрязнению и обладать декоративными свойствами.

Ангобы, применяемые для  облицовок, должны придать изделиям определенный цвет, чистоту тона и матовую фактуру; кроме того, они должны иметь минимальную водопоглощаемость, т. е. быть спекшимися.

Покрытие керамического  изделия тонким слоем ангоба определенного  состава основано на явлении смачивания водой поверхностей твердых тел.

Явление смачивания зависит  в первую очередь от свойств соприкасающейся  с жидкостью поверхности тела, которая может быть гидрофильной и гидрофобной.

Высокая сцепляемость между  ангобом и керамическими изделиями  основана на гидрофильности глиняных сырых изделий. Результатом этого  является тот факт, что адгезия (внешнее сцепление) между наносимым ангобом и сухим черепком превышает когезию (внутреннее сцепление) самого ангоба. Таким образом обеспечивается его растекаемость и высокая кроющая способность. Прилипание слоя жидкости к изделию, при прочих равных условиях, будет тем больше, чем меньше линейные размеры частиц.

Состав ангобов должен обеспечить высокую сцепляемость ангоба с черепком (что обусловливается  согласованностью между составами  черепка и ангоба), низкую водопоглощаемость  лицевого слоя, достаточную твердость  покрова и определенный интервал между температурой спекания и плавления. Эти свойства ангоб должен приобрести во время обжига, конечная температура  которого определяется предельными температурами обжига изделий строительной керамики.

Для лучшей согласованности  между черепком и ангобом желательно в состав ангоба вводить отмученную глину, используемую для изготовления черепка, если она после обжига имеет  светлый чистый тон. В противном  случае, вводится беложгущаяся пластичная глина или каолин. Для обеспечения лучшего приставания ангоба к черепку и снижения температуры спекания в ангоб вводится полевой шпат, мел и флюсы. Для флюсов рекомендуется применять стекольный бой, являющийся одним из наиболее легкоплавких и дешевых.

В представленной курсовой работе для ангобирования кирпича  используется беложгущаяся пластичная глина.

 

1.3.2 Выбор состава и  расчет сырьевой массы

 

Правильность подбора  рационального состава шихты  определяется свойствами  массы, которая  должна хорошо формоваться, обеспечивать рациональные сроки сушки и обжига, а так же необходимое качество изделий  при минимальных отходах  производства.

Для расчета примем, что  в качестве исходных компонентов  служат: глина Балахтинская, шамот и опилки. Химический состав сырьевых материалов приведен в таблице 5.

Таблица 5 – Химический состав, %

Материалы	Химический состав, %
	SiO2	Al2O3+TiO2	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	ппп
Глина Балахтинская	66,35	22,25	3,44	0,59	0,15	0,92	5,3
Шамот	66,03	30,52	3,22	0,4	0,27	0,78	-

В массу вводим 85 % глины; при этом отдельные окислы будут введены в следующем количестве (в вес. ч.) :

 

SiO ₂:  66,35 · 0,85 = 56,39;

Al₂O₃: 21,13 · 0,85 = 17,96;

R₂O :  0,92 · 0,85  =  0,78.

Рассчитываем  количество окислов, которые необходимо ввести с другими компонентами шихты (в  вес. ч.):

SiO₂:   78,2 – 56,39 = 21,81;

Al₂O₃: 22,7 – 17,96 = 4,74;

R₂O : 1,1– 0,78 = 0,32.

Определяем количество шамота в массе.

Можем  вычислить необходимое количество введенного шамота (в вес. ч.), содержание R₂O в шамоте – 0,78%:

0,32· 100 : 0,78 = 41.

Полученный состав шихты  приведен в таблице 6.

    Таблица 6 – Состав шихты

Наименование материала	Содержание  компонентов
	весовые части	%
Глина Балахтинская	85	67,5
Шамот	41	32,5
Всего	126	100

 

1.3.2 Выбор состава и расчет  сырьевой массы

 

Правильность подбора  рационального состава шихты  определяется свойствами  массы, которая должна хорошо формоваться, обеспечивать рациональные сроки сушки и обжига, а так же необходимое качество изделий  при минимальных отходах производства.