Технология производства керамического ангобированного кирпича

Керамические заводы пользуются типовыми рецептами масс. При проектировании новых предприятий, когда решается задача использования новых видов сырья рецепты могут  меняться. При замене одного из компонентов массы требуется пересмотр шихтового состава  масс, для  этого рассчитывают рациональный состав сырья, масс и нового компонента. На основании  полученных данных корректируют шихтовый состав масс. При расчетах допускают, что глинистый компонентом в глинах и каолинах является каолинит, другими  составляющими является кварц и полевой шпат.

В качестве сырьевых компонентов  были выбраны: глина Балахтинская, кварцевый песок, каолин. Составы масс представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Составы масс

Материал	Масса, %
	основная	Фактурного слоя
Глина Балахтинская	70–80	–
Каолин	–	74–77
Песок кварцевый	20–30	23–26

 

SiO ₂ –  76,2; Al₂O₃ –  22,7; Nа₂O+К₂O (R₂O) – 1,1.

 

В массу вводим 70% глины; при  этом отдельные окислы будут введены  в следующем количестве (в вес.ч.):

 

SiO₂: 57,03*0,7 = 39,921

Al₂O₃: 27,2*0,7 = 19,04

R₂O: 0,87*0,7 = 0,609

 

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

 

SiO₂: 76,2(ЧЕРЕПОК) – 39,921 = 36,28

Al₂O₃: 22,1(ЧЕРЕПОК) – 19,04 = 3,06

R₂O: 1,1(ЧЕРЕПОК) – 0,609 = 0,5

 

Определяем содержание песка  в массе:

С глиной и полевым шпатом в массу введено SiO₂ 39,92 = вес.ч. Остается ввести 76,2 – 39,92 = 36,28 вес.ч.. Содержание SiO₂ в песке 96,27%, поэтому необходимо ввести песка:

 

36,28*100/96,27 = 37,69 вес.ч.

 

г) Состав шихты в весовых  частях пересчитываем на процентный.

Состав шихты в весовых  частях пересчитываем на процентный.

Полученный состав шихты  приведен в таблице 3.

 Таблица 3 – Состав шихты

Наименование материала	Содержание  компонентов
	весовые части	%
Глина балахтинская	87,94	70
Кварцевый песок	37,69	30
Всего	125,63	100

 

1.3.3 Подбор глазури

 

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.

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.

Ввод в массу фактурного слоя боя стекла в количестве 5–10% (сверх 100%) способствует лучшему спеканию слоя и улучшению внешнего вида, повышению морозостойкости, у меньшению  содержания растворимых солей в  слое, лучшему сцеплению фактурного слоя с массой изделия.

Для фактурного слоя используют любые  искусственные керамические красители, а также окислы кобальта 1–5%, железа 3–8%, хрома 5–10%, марганцевую руду 5–10%, а также минеральные красители  – глауконит, мумия, охра, железный сурик и др. Красители вводят в  массу в виде шликера влажностью 43–45% в двухвальном смесителе. Для  равномерно распределения красителя  в массу 2–3 раза пропускают через  пресс.

Вакуумировать массу фактурного слоя не рекомендуется, так как с повышением ее плотности ухудшается сцепление  с основной массой.

Наносить ангобное покрытие способом пульверизации можно как на свежесформованный глиняный брус, так и на высушенный полуфабрикат.

В первом случае используют ангобы следующих  составов, %

                                               Состав 1   Состав 2

Доломит ……………………….   10              5

Мел …………………………….   10             10

Карбонат стронция …………..   10             10

Бентонит ………………………   30             20

Бой оконного стекла …………   –                5

Апатитовый концентрат ……..   15             15

Датолит ………………………..   20             30

Окись цинка …………………...    5               5

 

Цвет ангоба №1 – кремовый с  желтым оттенком, онгоба №2 – кремовый с серым оттенком. Оптимальные параметры ангоба: остаток на сите 10000 отв/см² составляет 1–3%, плотность 1,8 г/см³, влажность 52–54%, текучесть (через 30 сек) 3–4 сек.

Наносят ангоб на глиняный брус после  выхода из мундштука методом распыления ангоба сжатым воздухом на 2–3 форсунок. При производительности пресса 7 тыс. шт. условного кирпича равномерное покрытие тычковой и ложковой сторон тонким слоем ангоба обеспечивается при установке тычковой форсунки под углом 45° к поверхности тычка, а по ложковой – под углом 30° к поверхности ложка. Форсунки должны давать два факела ангоба, направленных навстречу друг другу. давление воздуха ≈0,2–0,25 Мн/м² (2–2,5 атм). Расход сухого ангобана 1000 шт. кирпича – 5,6 кг при влажности шликера 60%.

Для приготовления ангоба используют глинистое сырье основного слоя. Ангоб наносят в виде шликера, приготовляемого на воде или растворе калиевого растворимого стекла в соотношении 1:1:1,2. Использование одинаковой глины для фактурного слоя и основной массы сырца исключает возникновение напряжений и отколы ангоба, так как усадка и коэффициент термического расширения их одинаковы. Ангоб наносят на высушенный и очищенный от пыли сырец методом пульверизации и окунания. Плотность ангоба 1,2 г/см³ при пульверизации и 1,3–1,4 г/см³ при окунании. Влажность ангоба – соответственно 60 и 50%. Расход сухой массы для ангоба при покрытии способом пульверизации – 220 г/м² покрываемой поверхности, а при покрытии окунанием – 240 г/м². Тонкость помола ангоба при покрытии пульверизацией характеризуется прохождением его без остатка через сито с 3600 отв/см². Готовый шликер перед нанесением на сырец процеживают через сито с размером отверстий 0,25 мм.

Наносят ангоб краскораспылителем С–677 при давлении воздуха 0,4–0,6 Мн/м² (4–6 атм). Толщина слоя ангоба на поверхности  сырца 0,2–0,3 мм. В печь сырец устанавливают на плашек лицевыми сторонами друг другу, а лицевой тычковой стороной по ходу огня.

В данном курсовом проекте  выбран второй способ нанесения ангоба на изделие, то есть для приготовления ангоба используют глинистое сырье основного слоя [5].

 

1.4 Технологическая схема  производства

 

1.4.1 Обоснование выбора способа производства и технологической схемы

 

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 50⁰С 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.

В педставленном курсовом проекте формование сырца осуществляется пластическим методом, поскольку используемая глина достаточно высокой влажности, среднепластичная. Так же для ангобирования используется мундштук, предусматривающий использование шнекового вакуум-пресса.

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^оС. 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.

  Сушка сырца может  осуществляться естественным и  искусственными способами. 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. В представленном курсовом проекте используются камерные сушилки. Данный вид сушилок характеризуется большей продолжительностью сушки, однако обеспечивают более мягкий режим сушки.

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.