3.4. Технологии мелкоразмерных керамических изделий

Керамические материалы часто выполняют функции теплоизоляционных и огнеупорных материалов. Наиболее эффективными для теплоизоляционных целей считаются диатомитовые, алюмосиликатные и корундовые материалы, имеющие коэффициент теплопроводности и температуру применения соот­ветственно 0,087-0,017; 0,015-0,52 и 0,51-1,3 Вт/(м-°С) и 850-900; 1150-1250 и 1400-1600 °С.

Для изготовления пористого легковесного кирпича используются жир­ные глины, отощаемые органическими веществами, такими как туф, бурый уголь, каменный уголь, мелкий кокс, опилки.

В производстве стеновых керамических материалов основными задачами являются преимущественный выпуск эффективных и лицевых изделий марок 125-175, полная механизация и последующая автоматизация их производст­ва, снижение энергоемкости, использование низкосортного сырья и отходов без ущерба качеству.

Большинство районов России не обладают высококачественным сырьем для производства строительной керамики. Сырье, не обеспечивающее высо­кокачественную структуру хотя бы на одном из технологических этапов (формовка, сушка, обжиг) производства керамических изделий, относится к низкосортному.

Рассмотрим типы низкосортного сырья и способы повышения его каче­ства применительно к стеновой керамике.

К низкосортному сырью стеновой керамики относятся:

запесоченные суглинки и супеси с содержанием оксида алюминия до 8% - малопластичное легкоплавкое сырье, из которого по традиционной техно­логии невозможно изготовить эффективные керамические изделия марок 100 и выше;

умеренно- и среднепластичные суглинки и глины, высокочувствитель­ные к сушке, из которых без значительного количества корректирующих до­бавок (от 30 до 50%) невозможно получить бездефектные изделия при искус­ственной сушке в течение 30-48 часов.

Умеренно- и сильнометаморфизированные сланцы, аргиллиты и аллев-ролиты, представленные камнеподобным глинистым сырьем и отходами уг­ледобывающей промышленности; для получения формовочной массы из та­кого сырья необходимо измельчение до частиц размером менее 3 мм. Карбо-натсодержащее глинистое сырье, обожженные изделия из которого неатмо-сферно- и неморозостойки. Для ликвидации вредного воздействия от этих включений в зависимости от их активности и количества требуется измельче­ние до частиц размером 2-0,06 мм.

Существуют следующие технологические способы воздействия на сырье с целью улучшения его качества: механическая дезагрегация сырья, пласти­ческая переработка глинистых дисперсий, вылеживание предварительно об­работанной массы, паропрогрев массы, вакуумирование формовочной массы, ионный обмен на поверхности частиц глинистых минералов, обработка гид­рофильными или гидрофобными поверхностно-активными веществами, де­гидратация, ультразвуковое диспергирование, электроимпульсная обработка в водной среде, механическая активация.

Шликерный способ переработки глинистого сырья целесообразен в про­изводстве мелкоштучных керамических изделий из плотного карбонатсодер-жащего сырья (фасадная, облицовочная плитка), где требуется снижение во-допоглощения черепка.

Технологическая линия может включать: предварительное дробление сырья в зубчатой дробилке ДДЗ-6 и камневыделительных вальцах СМ-1198, измельчение в трубной мельнице 2,0x10,5 м мокрого помола с последующим отделением крупных включений на вибросите, подачу шликера в шламбас-сейн, откуда основная масса должна поступать на обезвоживание в башенную распылительную сушилку. Порошок из бункеров ленточными транспортера­ми должен был подаваться в двухвальную глиномешалку на доувлажнение шликером и далее - на пластическое прессование. Для снижения влажности возможно введение в шликер жидкого стекла и соды.

Сравнительные показатели промышленных способов переработки гли­нистого сырья представлены в табл. 3.5. Измельчение глиняного сырья в

шахтной молотковой мельнице имеет преимущество перед шликерной тех­нологией по всем показателям, особенно в расходе технологического топлива (в 10 раз) при высоком качестве порошка (глиномассы).

Таблица 3.5

Сравнительные показатели промышленных способов переработки

глинистого сырья

Показатели	Способы переработки
	в дезинтеграторе	в шахтной мельнице	шликерная технология
Производительность, т/ч Количество единиц техноло­гического оборудования Металлоемкость, т Установленная мощность оборудования, кВт Расход на 1 т сырья: электроэнергии, кВт-ч условного топлива, кг	16-18 20 - - 33 0,0	16-17 45 52 647 27 3,62	18-20 85 1000 2000 42 332,0

Изготовление керамических изделий в электрических печах, в том числе вакуумных, подобно применяемым в машиностроении, за счет сокращения периодов сушки и обжига значительно повышает эффективность производ­ства.

Научно-производственные работы по совершенствованию печей сушки и обжига проведены на Сенгилеевском заводе АО Ульяновскэнерго. В основе работ лежал поиск эффективного способа сушки и обжига. Группой разра­ботчиков во главе с Л.И.Усольцевым была сконструирована и изготовлена полупромышленная печь сушки и обжига стеновой керамики. В совершенст­вовании конструкции печи наряду с сотрудниками СРВПП Ульяновскэнерго во главе с главным инженером Г.А.Кузиным принимала участие группа на­учных сотрудников УлГТУ во главе с автором. Общий вид печи представлен на рис. 3.15. Печь предполагает противоточное перемещение садок кирпича, что позволяет значительно снизить тепловые потери. Тепло от садок кирпича, прошедших обжиг в изолированном шиберами отсеке, передается поступаю­щим вновь садкам кирпича в зоне сушки. Это позволяет располагать на­гревательные элементы только в зоне обжига. В соответствии с усовершенст­вованным проектом в зоне обжига располагается по 7 нагревательных эле­ментов с каждой стороны печи. В качестве нагревательных элементов ис­пользуются спирали из 6 миллиметрового провода Х5 10ЮТ с максимальной рабочей температурой 1350 °С. Спирали располагаются в гнездах прямо­угольной формы.

Рис. 3.15. Общий вид электрической печи: 1 – шиберы; 2 – электронагревательные спирали; 3 – футеровка; 4 – зона обжига; 5 – садка; 6 – транспортная тележка; 7, 8 – зона сушки и охлаждения

На основании представлений о спекании, как уже отмечалось, можно рассматривать процесс обжига как процесс твердофазного спекания. Для соз­дания в массивах изделий условий для сушки и твердофазного спекания ис­пользуется различное топливо: уголь, мазут, газ. Однако наилучшая равно­мерность нагрева изделий, как известно, достигается в электрических печах. Рассмотрим причины создания наилучших условий обжига в электрических печах. Они обеспечиваются путем соответствующего размещения электрона­гревательных элементов по камере печи, регулированием мощности, а следо­вательно и температуры, а также возможностями регулирования газовой сре­ды. Кроме того, электрические печи удобны в обслуживании, меньше по сравнению с топливными печами загрязняют атмосферу. Особые преимуще­ства имеют вакуумные электрические печи.

Создание непрерывно действующей вакуумной печи с технической точ­ки зрения представляется трудоемким процессом, поэтому обычно вакуум­ные печи выполняются как шахтные, элеваторные, колпаковые или камер­ные. Пока они нашли широкое применение только в машиностроительной промышленности. Печи с невысоким вакуумом (остаточное давление 100 Па) обслуживаются механическими насосами; печи с высоким вакуумом (10¹ -10° Па) - двумя насосами: механическим форвакуумным и пароструйным для получения высокого вакуума. В высокотемпературных печах стараются из­бежать обычной керамической футеровки вследствие поглощения ею газов. В таких печах футеровка заменяется системой экранов, металлических, керами­ческих или графитовых, снижающих тепловые потери печи. В зоне темпера­тур до 1100 °С экраны выполняются из жаропрочной стали, в зоне температур 1100-1700 °С - из молибдена, свыше 1700 °С - из вольфрама. Корпус печей изготавливается металлическим с водяным или воздушным охлаждением, все уплотнения выполняются при помощи вакуумной резины и фланцев.

В плане дальнейшего совершенствования печи предложена конструкция, содержащая корпус с размещенными в нем электронагревательными эле­ментами, смонтированные на внутренней поверхности корпуса отражатели и вакуумную систему, связанную с внутренним объемом печи (рис. 3.16) [18].

На опорной площадке укреплены поддоны форм и установлены соеди­ненные металлическим каркасом съемные электронагревательные элементы, при этом корпус печи выполнен полым и съемным и установлен на площад­ке герметично посредством затворов. А вакуумная система выполнена ре­версивной и сообщена посредством патрубков с внутренним объемом печи и с пространством корпуса.

Производство мелкоразмерных керамических изделий ведется с приме­нением пластического и полусухого способов формования. Принципиальная технологическая линия производства керамического кирпича с пластическим способом формования, подобная принятой на строящемся заводе в г. Сенги-лее Ульяновской области (рис. 3.17).

Рис. 3.16. Электровакуумная печь с вакуумной теплоизоляцией:

1 - опорная площадка; 2 - поддоны форм; 3 - съемная система; 4 - электронагреватель­ные элементы; 5 - металлический каркас; 6 - крепление; 7 - электроизоляционная про­кладка; 8 - герметичный затвор; 9 - съемный металлический корпус коробчатый формы; 10 - полое герметичное пространство; 11 - плоские металлические отражатели; 12 -стержневые опоры; 13 - пульт управления; 14,15 - патрубки

Ульяновская область имеет одно из крупнейших эксплуатируемых ме­сторождений диатомита. На базе этого месторождения кирпичный завод «Свет», находящийся в Инзенском районе в одноименном поселке «Свет», выпускает теплоизоляционный кирпич с применением способа выгорающих добавок. На кафедре «Строительное производство и материалы» УлГТУ раз­работаны составы масс и технологическая схема с использованием попутных продуктов промышленности (рис. 3.18).

В результате проведенной работы за счет снижения усадок улучшены геометрические характеристики и прочность кирпича при сохранении тепло­проводности.

Рис. 3.17. Технологическая схема производства керамического кирпича пластическим способом: 1 - ящичный подаватель; 2 - транспортер; 3 - дробление глины на дезинтегра-ционных вальцах; 4 - помол глины на бегунах; 5 - транспортер; 6 - формование кирпича на ленточном прессе; 7 - резка кирпича-сырца на автомате

Технологические линии ведущих западных стран Германии, Англии, Франции, Италии, Японии более совершенны по сравнению с отечественны­ми. Они оснащены более быстродействующим, менее энергоемким оборудо­ванием, позволяющим получать одновременно значительно более качест­венную продукцию.

В настоящее время осуществляется массовое производство мелко- и среднеразмерных керамических изделий: кирпича и пустотелых камней.

Вместе с тем известно, что ранее (начало века) изготавливались средне-размерные элементы покрытий. Они формовались по бетонной технологии. Прогресс в области цементных изделий приостановил работы в данном на­правлении. Однако попытки различным образом увеличить размеры изделий как с использованием мелкоразмерных керамических изделий, так и на осно­ве высокоотощенных глиняных масс продолжались.

Рис.3.18. Технологическая схема производства кирпича методом полусухого формования: 1 - ящичный подаватель; 2 - ленточный транспортер; 3 - дезинтеграционные вальцы; 4 -циклон; 5 - сушильный барабан; 6 - бункер; 7 - тарельчатый питатель; 8 - дезинтегратор; 9 - элеваторы; 10 - грохот; 11 - глиносмеситель с пароувлажнителем; 12 - питатель; 13 -пресс

Кирпич - мелкоштучное изделие, поэтому процесс возведения стен из него очень трудоемок, выполняется вручную, так как плохо поддается меха­низации. Логичным решением этой проблемы явилось производство крупно­размерных изделий на его основе. В середине XX в. при возведении кирпич­ных стен стали применяться виброкирпичные панели. Впервые изготовление кирпичных панелей было освоено в Швейцарии в начале 50-х годов. Вскоре они стали применяться и в других странах Западной Европы: Франции, Ита­лии, Испании, Швеции. К недостаткам следует отнести необходимость уве­личения армирования сооружений, исходя из транспортных и монтажных на­грузок. Отсутствие экономической целесообразности приостановило работы в данном направлении, а в дальнейшем строительная индустрия от этого отошла.