21. Основы технологии изделий строительной керамики.

Подготовка сырья (Карьерные работы.) Подготовительные работы, добыча глины, транспортировка на предприятие.

Приготовление рабочей массы (Механическая обработка глиняной массы.)

Естественная обработка – вылеживание предварительно добытой глины в течение 1-2 лет при периодическом увлажнении, замораживании и оттаивании. Механическая обработка глин производится с целью дальнейшего разрушения их природной структуры, удаления или измельчения крупных включений, удаления вредных примесей до получения однородной удобоукладываемой массы.

Формование изделий (сырца)

Пластический способ: исходные материалы при естественной влажности или предварительно высушенные смешивают с добавками воды до получения теста с влажностью от 18 до 28%. Глиняная масса подвергается уплотнению под давлением. Сырьевая масса пропускается через ленточный пресс, где она превращается в длинный глиняный брус. С помощью автоматических резаков брус нарезается на кирпичи, которые затем подвергаются обжигу.

Сухой способ – Глина подвергается измельчению до получения порошка. Затем порошок формуется в прессах. Пресс-порошок готовится с влажностью 2-6%. Без сушки или при значительно сокращенном времени сушки этот кирпич-сырец готов к процессу обжига. Таким способом изготовляют плотные керамические изделия – плитки для полов, дорожный кирпич, материалы из фаянса и фарфора.

Шликерный способ применяется, когда изделия изготавливаются из многокомпонентной массы, состоящей из неоднородных и трудноспекающихся глин и добавок. Он предусматривает предварительное измельчение исходных материалов и тщательное смешение с большим количеством воды до 40% до получения однородной массы – шликера, которую заливают в специальные формы. На стенках формы осаждается керамический черепок. Избыток шликера сливают из формы, затем извлекают из неё изделие и направляют в сушилку. Используется при производстве санитарно-технических изделий.

Жесткий способ формования является разновидностью пластического способа. Влажность формуемой массы от 13% до 18%. Формование осуществляется на мощных вакуумных шнековых или гидравлических прессах под давлением до 20 МПа. При этом способе требуются меньшие энергетические затраты чем при пластическом способе.

Полусухой способ. Керамические изделия формуют из шихты с влажностью 8-12% при давлениях 15-40 МПа. Недостатком является металлоемкость (она почти в 3 раза меньше), но длительность производственного цикла сокращается в два раза, до 30% уменьшается расход топлива.

Сушка. Перед обжигом изделия должны быть высушены до содержания влаги 5-6% во избежание неравномерной усадки, искривлений и растрескивания при обжиге. Сушка производится в туннельных или камерных сушилах от нескольких до 72 часов при температуре 120-150^оС.

Обжиг: прогрев сырца; собственно обжиг; регулируемое охлаждение(1000^оС).

22. Физико-химические процессы, протекающие в сырце при его обжиге. Понятие о спекании.

Обжиг – важнейший и завершающий процесс в производстве керамических изделий.

Три периода процесса: прогрев сырца, собственно обжиг, регулируемое охлаждение.

• Сушка (120-150°С). Медленное повышение температуры (скорость подъёма температуры в этот период зависит от конструкции печи, массы и влажности сырца). Удаляется физически-связанная вода, керамическая масса становится непластичной.

• Выгорание органических примесей (300-500°С)

• Дегидратация глинистых минералов (450-800°С). Удаление химически-связанной воды, разрушение глинистых минералов и глина переходит в аморфное состояние.

Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O→ Al₂O₃·2SiO₂+2H₂O↑

Происходит выделение Fe₂O₃ в свободном виде.

• Полиморфное превращение кварца с увеличением объёма до 2,4% (573°С)

β - SiO₂ → α - SiO₂

• Твердофазовое спекание (700-900°С). Десульфаризация (разложение сульфатов)

• Декарбонизация (разложение карбонатов)

CaCO₃→CaO+CO₂

В присутствии MgO и СaO между образующимися компонентами начинают протекать реакции в твёрдом состоянии.

• Разложение метанооленита с образованием первичных оксидов (800-850°С)

Al₂O₃·2SiO₂→ Al₂O₃·2SiO

Появляется жидкая фаза. Развиваются усадочные деформации, которые протекают до спекания глинистой массы (огневая усадка).

• Жидкофазовое спекание (900-1000°С). Глина размягчается и в процессе размягчения уплотняется – легкоплавкие соединения заполняют поры между зёрнами скелета, представляющими собой более тугоплавкие частицы, вследствие чего обжигаемая масса приобретает большую плотность (спекается).

Образование муллита 3Al₂O₃·2SiO₂

С повышением температуры кристаллизация муллита ускоряется и достигает своего максимума при 1200-1300°С

• Как правило, для кирпича, камня, керамзита температура обжига лежит в диапазоне от 900 до 1100°С.

• Для клинкерного кирпича, плиток для пола – от 1000 до 1300°С.

• Для огнеупорной керамики – от 1300 до 1800°С.

• Регулируемое охлаждение

Спекаемость – способность глин под действием высоких температур уплотняться с образованием плотного камнеподобного черенка.

Температурный интервал спекания – разность между температурой, при которой начинается интенсивное уплотнение обжигаемого материала и температурой, при которой отмечаются признаки пережога (оплавление или вспучивание).

Интервалу спекшегося состояния соответствует разность между темп. Начала пережога и полного спекания.