ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Роль и значение керамики в строительстве.

Все материалы и изделия, получаемые в результате формования и обжига глин, называют керамическими.

Большая прочность, значительная долговечность, декоративность многих вводов керамики, а также распространенность сырья в природе – все это обусловило широкое применение керамических материалов и изделий в строительстве: стены Московского Кремля сложены почти 500 лет назад.

Под керамической технологией первоначально понималось производство изделий из глины, обогащенной кварцевым песком или другими минеральными веществами, путем формования и последующего обжига. В настоящее время понятие «Керамическая технология» расширено, оно объединяет производство всех изделий, изготавливаемых путем формования и последующего обжига из минеральных веществ или их смесей, включая массы, не содержащие добавки глины.

Современная керамика – это обширный класс тугоплавких неорганических материалов, изделия из которых находят широкое применение в быту, строительстве, технике. Распространились также термины как «новая керамика», «металлокерамика», «тонкая техническая керамика», «керамика нового поколения».

Техническое оснащение керамической промышленности шло очень медленно. Так, например, гончарный ножной круг, применявшийся древними египтянами около 3000 лет назад, можно было видеть с небольшими изменениями на большинстве керамических заводов даже в 1920-1925 гг. Лишь во второй половине 19 века керамическая промышленность из кустарной начинает превращаться в индустриальную. Особенно быстрыми темпами она развивалась в бывшем СССР.

Современная керамика включает почти все твердые и часть газообразных элементов периодической системы Д.И. Менделеева.

Создание новых керамических материалов и изделий из них базируется на основных законах ряда фундаментальных наук, использование которых служит теоретической основой синтеза керамический материалов с заданными свойствами.

0. 
   Классификация керамических изделий в зависимости от их физических свойств и областей применения в строительстве.
   

Строительные керамические материалы в зависимости от степени спекания делятся на плотные и пористые.

Пористые керамические изделия впитывают >5% по массе воды. Среднее водопоглощение пористых изделий составляет:8-20% по массе;

15-35% по объему.

К ним относятся: строительный кирпич и камни, фасадные плитки, дренажные трубы, черепица.

Плотные – характеризуются водопоглощением менее 5%, которое составляет:

2-4% по массе;

4-8% по объему.

Керамические материалы классифицируются по назначению на следующие группы и виды:

СТЕНОВЫЕ МЕТЕРИАЛЫ – кирпич глиняный обыкновенный, пустотелый, пористо-пустотелый и легкий, камни керамические пустотелые;

Лицевой кирпич и камни – материалы, выполняющие одновременно конструктивные и декоративные функции.

Кирпич строительный керамический специального назначения: кирпич лекальный.

КРОВЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ: черепица, керамические пустотелые изделия.

ОБЛИЦОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ: - для наружной и внутренней облицовки стен: кирпич и камни лицевые, плитки фасадные, плитки для внутренней облицовки стен: с однотонным белым или цветным глазурным покрытием; с сернографическим рисунком; декорированные различными способами набрызгивания глазури.

Глазурованные фасадные плитки изготавливаются различных цветов и оттенков. Наряду с гладкими выпускаются рельефные плитки, для чего на пуансон наносится рельефный рисунок. Разработана технология производства нового облицовочного материала – тонких крупноразмерных плит «Плинк» длиной 490, 990, 1190 мм, шириной 490 и 990 мм, толщиной 9-10 мм.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОЛОВ. В широком ассортименте производятся плитки для полов – цветные неглазурованные и глазурованные, с сернографическим покрытием, декорированные способом набрызгивания глазури, а также реакционноспособными красками и глазурями, с офактуренной поверхностью, порфировидные, с коврово-узорчатые, фигурные крупноразмерные.

ИЗДЕЛИЯ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ:

а) санитарные – изготовленные из фарфора, фаянса, полуфарфора, шамотированных масс.

Предназначены для оборудования санитарных узлов жилых, общественных и промышленных зданий, лабораторных, лечебных и учебных помещений.

б) химически стойкие – для подземных коммуникаций в виде труб, кислоупорный кирпич, плитки, термокислоупорные фасонные изделия, насадки и т.д.

Фасонные изделия выпускаются различной формы и размеров, в том числе для футеровки аппаратов и газоходов в производстве серной кислоты, для футеровки прямых и цилиндрических поверхностей.

в) огнеупорные – кирпич, камни, плитки, трубы.

г) теплоизоляционные – ячеистые керамические блоки, пеноглиняные изделия, изделия из трепела и диатомита – в виде кирпича, камней, плит, блоков.

д) изделия керамические пористые – фильтрующие трубы, плиты, диафрагмы керамические медно-сульфатных растворов, втулки, элементы фильтрующие для тонкой очистки бензина, фильтры керамические бактериальные.

е) техническая керамика – панели для приборов, выключатели, химически стойкие емкости и т.д.

ж) майоликовые изделия – плитки, изразцы и т.д.

СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ.

Сырьевые материалы, используемые для изготовления керамических изделий, можно подразделить на:

• 
  ПЛАСТИЧНЫЕ: каолины и глины
  
• 
  ОТОЩАЮЩИЕ: шамот, кварцевый песок, шлаки, бой изделий.
  
• 
  ПЛАВНИ: перлиты, нефелиновый концентрат, шлаки и искусственные стекла. Они понижают температуру спекания.
  
• 
  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ДОБАВКИ: дегидратированная глина, опилки, молотый уголь, зола, шлам и д.р. – улучшают формовочные свойства глин, обеспечивают получение изделий заданной макро- и микроструктуры.
  

Каолины и глины объединяют общим названием – глинистые материалы.

1. 
   Пластичные (глинистые) материалы – это вещества, будучи замешанные с водой, приобретающие способность принимать под действием внешних сил ту или иную форму и сохранять ее после сушки и обжига. Для производства строительной керамики наибольшее применение получили глины каолинитовые, гидрослюдистые, а также глины, содержащие монтмориллонит и смешанно-слойные образования.
   

а) КАОЛИНЫ – образовались в природе из полевых шпатов и д.р. алюмосиликатов, не загрязненных окислами железа. Они состоят преимущественно из каолинита (минерала) – Al₂O₃*2SiO₂*2H₂O

После обжига, присущий им белый или почти белый цвет сохраняется.

б) ГЛИНЫ – это осадочные породы, представляющие собой тонкоземлистые минеральные массы, способные независимо от их минералогического и химического состава образовывать с водой пластичное тесто, которое после обжига превращается в водостойкое и прочное камневидное тело.

Состоят глины из тёмной смеси различных минералов, среди которых наиболее распространенными являются:

• 
  каолинитовые
  
• 
  монтмориллонитовые
  
• 
  гидрослюдистые
  

представителями каолинитовых минералов являются:

каолинит – Al₂O₃*2SiO₂*2H₂O

галлуазит - Al₂O₃*2SiO₂*4H₂O

Монтмориллонитовых:

монтмориллонит - Al₂O₃*4SiO₂*nH₂O

бейделлит - Al₂O₃*3SiO₂*nH₂O

и их железистые разновидности.

Гидрослюдистых:

Продукты разной степени гидратации слюд.

Наряду с этими минералами в глинах встречаются: кварц, полевой шпат, серный колчедан, гидраты окислов железа и алюминия, карбонаты кальция и магния, соединения титана, ванадия и органические примеси. Они влияют и на технологию керамических изделий и на их свойства.

Например:

• 
  снижают огнеупорность глин тонкораспределенный углекислый кальций и окислы железа.
  
• 
  способствуют образованию трещин или разрушению изделий крупные зерна и песчинки углекислого кальция (при обжиге из них образуются включения извести, которые на воздухе гидратируется с увеличением объема).
  
• 
  Ухудшают внешний вид фасада соединения ванадия, которые образуют выцветы на кирпиче.
  

По отношению к действию на глины высоких температур они подразделяются на:

• 
  Огнеупорные (огнеупорность выше 1580⁰С).Это каолинитовые глины с малым содержанием механических примесей. Используют для производства тугоплавкого, облицовочного кирпича, канализационных труб, плиток для полов.
  
• 
  Легкоплавкие (ниже 1350⁰С) – содержат значительное количество примесей кварцевого песка, окислов железа, известняка, органических веществ. Применяются для производства кирпича и черепицы, легких заполнителей для бетонов.
  

В производстве искусственных обжиговых материалов применяются и другие осадочные породы:

• 
  диатомиты;
  
• 
  трепелы;
  
• 
  сланцы.
  

Физико-механические свойства, фазовый состав керамических материалов определяются минералогическим составом исходных глин.

Обожженный материал из глин каолиинто-гидрослюдистых и гидрослюдистых состоит из аморфной фазы, кварца и муллита и обладает высокой механической прочностью, кислотостойкостью, морозостойкостью, водонепроницаемостью. Материал же полученный после обжига каолинитовых и каолинито-монтмориллонитовых глин состоит из аморфной фазы, кварца, муллита, значительного количества кристобалита и имеет значительную пористость, пониженные морозостойкость и прочность. Тонкодисперсные примеси железистых соединений окрашивают материал, снижают огнеупорность глин. Значительное количество железистых соединений увеличивает склонность глины к вспучиванию в процессе обжига.

Тонкодисперсные примеси кальциевых и магниевых соединений снижают огнеупорность глины, сокращают интервал спекания, а при увеличении их количества способствуют вспучиванию в процессе обжига, минуя спекшееся состояние.

Глинистое сырье по ГОСТ 9169-75 классифицируется по следующим признакам:

• 
  по содержанию: Al₂O₃+TiO₂
  
• 
  красящих окислов: Fe₂O₃+ TiO₂
  
• 
  тонкодисперсных фракций и крупнозернистых включений
  
• 
  пластичности
  
• 
  огнеупорности
  
• 
  спекаемости
  

Свойства определяются составом глинистых пород материалов: минералогическим, химическим, гранулометрическим.

Керамические свойства глин.

Глины характеризуются пластичностью, связностью и связующей способностью, отношением к сушке и к действию высоких температур.

Пластичность
является важнейшим технологическим свойством глин – она обусловливает возможность формования различных керамических материалов и изделий.

Степень пластичности глины зависит от минералогического и гранулометрического (зернового) состава, формы и характера поверхности зерен, от содержания в глине растворимых солей и органических примесей, от количества примененной воды. Глина в воде размокает, при этом вода, проникая в поры между частицами глины, расклинивает их. Распадаясь на более мелкие зерна они образуют полидисперсные системы. Впитывая воду, частицы набухают, увеличиваются в объеме – водные свойства глин.

Под пластичностью глин подразумевают их способность давать при растворении водой тесто, которое может принимать под влиянием внешних усилий любую форму, без появления трещин и разрывов, и сохранять ее после прекращения действия внешних усилий.

Основным методом определения пластичности является определение усадки при сушке глиняного образца-сырца и водопотребности глиняного теста. Чем пластичнее глина, тем выше ее водопотребность и выше воздушная усадка. По пластичности глины классифицируются на:

• 
  высокопластичные: водопотебность >28%, воздушная усадка 10-15%
  
• 
  средней пластичности: водопотебность 20-28%, воздушная усадка 7-10%
  
• 
  малопластичные: водопотебность <20%, воздушная усадка 5-7%
  

пластичность глин определяется числом пластичности П, которое представляет собой разность между абсолютными влажностями глины, соответствующими ее «нижней границе текучести» и «пределу раскатывания» (пределу пластичности).

По числу пластичности глины разделяются на:

• 
  высоко-пластичные: П=(W_т-W_p)>25
  
• 
  средне-пластичные: П=15-25
  
• 
  умеренно-пластичные: П=7-15
  
• 
  мало-пластичные: П<7
  
• 
  непластичные: не дающие пластичного теста.
  

Важнейшей характеристикой пластических формовочных систем является ПЛАСТИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ. Пластическая или механическая прочность это предельное значение напряжения сдвига, выдерживаемое формовочной массой при статическом нагружении.

Так как пластичность глин зависит от гранулометрического состава их, то возможна следующая характеристика.

ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ:

Обычные глины.

• 
  песчаные фракции: 5,0-0,14 мм
  
• 
  пылевидные фракции: ,014-,005 мм
  
• 
  глинистые фракции: <0,005 мм
  

Огнеупорные глины (высокодисперсные)

• 
  фракция <0,001 мм-60-80%
  

Легкоплавкие глины

• 
  преобладают фракции 0,01-,005 мм и ,005-0,001 мм
  
• 
  содержание фракций с размером зерен <0,001мм – до 50%.
  

Большое влияние на связывающие вещества глин и на их усадку оказывают частицы фракции <0,001мм.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЛИН.

К механическим свойствам глин относятся растяжимость, связность и связующая способность.

Растяжимость глин – предельное относительное удлинение их, при котором наступает разрыв образца.

Величина растяжимости определяет трещиностойкость керамических изделий при сушке.

СВЯЗНОСТЬ И СВЯЗУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ГЛИН.

Высохшее глинистое тесто сохраняет приданную ему форму благодаря силам сцепления (адгезии) частиц глины. Усилие, прилагаемое для разделения частиц глины, характеризует степень ее связности.

Связность глин зависит от содержания глинистых фракций.

Чем больше глинистых фракций, тем больше связность и наоборот.

Связующей способностью глин называют их свойство связывать частицы непластичных материалов, сохраняя при этом способность массы формоваться и давать после сушки полуфабрикат достаточно прочный, чтобы выдержать последующие производственные операции (транспортирование, установку в печь и т.д.).

СУШИЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ГЛИН. –

Отражают изменения, происходящие в глине при ее сушке:

• 
  воздушная усадка;
  
• 
  чувствительность глин к сушке;
  
• 
  влагопроводность глины.
  

Воздушной усадкой глин называется изменение линейных размеров, которое претерпевает свежесформованный образец под влиянием процессов, сопровождающих сушку. Усадочное деформации обусловливаются силами капиллярного давления, которые стягивают частицы глины по мере сужения капилляров при удалении из них воды.

Относительная воздушная усадка глин колеблется в пределах 2-8%. Запесоченность глин снижает усадку. Монтмориллонитовые глины обладают наибольшей усадкой, каолинитовые – наименьшей.

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ГЛИН К СУШКЕ

характеризует их трещиностойкость в этом процессе. Причиной возникновения трещин является неодинаковая величина усадки по сечению и по поверхности изделия, в результате чего возникают напряжения.

Когда величина напряжений превосходит предел прочности материала, образуются трещины.

На трещиностойкость глин и изделий из них в сушке оказывают влияние прочность, растяжимость, усадочные и влагопроводящие свойства глин.

ВЛАГОПРОВОДНОСТЬ ГЛИНЫ – характеризует интенсивность перемещения влаги внутри глиняной массы. По своему физическому смыслу этот показатель близок к коэффициенту диффузии (м²/ч). Величина влагопроводности колеблется для глин от 0,66*10^-4 до 2,14*10^-4 м²/ч. Коэффициент диффузии равен массе вещества, проходящей через единицу площади за единицу времени при градиенте концепции равном

ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА – проявляются в процессе нагрева (обжига) глины при высоких температурах. Важнейшими из них являются огнеупорность и огневая усадка.

• 
  Огнеупорностью называется свойство керамических материалов и изделий противостоять воздействию высоких, температур не расплавляясь.
  

Глинистые материалы, являясь неоднородным веществом, не имеют определенной точки плавления, а размягчаются постепенно в довольно широком интервале температур.

За огнеупорность глины условно принимают температуру, при которой стандартный образец – трехгранная усеченная пирамида из испытуемого материала со стороной нижнего основания 8мм, верхнего 2мм и высотой 30мм – настолько размягчается, что его вершина наклоняется и слегка касается подставки, на которой он установлен.

Под огневой усадкой понимают изменение линейных размеров, которые претерпевает воздушно-сухой образец под влиянием физико-химических процессов, сопровождающих обжиг.

• 
  до t⁰=450-470⁰С глины утрачивают свою пластичность;
  
• 
  при t⁰>470⁰С происходит обжиг, при котором часть глины (легкоплавкая составная) расплавляется, растекаясь в форме и обволакивая нерасплавившиеся частицы. Частичное плавление глины и действие сил поверхностного натяжения расплавленной массы вызывают сближение ее частиц, происходит сокращение объема – (огневая усадка). Огневая усадка в зависимости от вида глин колеблется от 2 до 6%.
  

Совокупность процессов усадки, уплотнения и упрочнения глины при обжиге называют спеканием глины. Спекаемость глин характеризуется как их способность давать без признаков пережога керамический черепок с водопоглощением В менее 5%.

НЕПЛАСТИЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

К непластичным материалам и добавкам, вводимым в состав керамических масс, относятся отощающие, флюсующие (плавни), выгорающие и д.р. материалы.

ОТОЩАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ.

Пластичные жирные глины редко применяют в чистом виде (без специальных добавок), т.к. в процессе сушки и обжига они дают большую усадку, сопровождающуюся короблением и растрескиванием, что сильно затрудняет возможность изготовления из них изделий правильной формы и точных размеров. С целью уменьшения усадки керамических масс при сушке и обжиге и увеличения скорости обжига в их состав вводят отощающие материалы. Их делят на естественные и искусственные. К искусственным отощителям относят шамот, получаемый путем обжига глины, топливные и другие шлаки и золы.

Природными отощителями являются глинистые породы, число пластичности которых не выше 7 (глинистые сланцы, глины естественно жженые и др.). эти материалы напоминают по свойствам низкожженый шамот.

Одним из лучших природных отощителей являются кварцевые материалы. Чаще всего пески. Для тонкой керамики используют также жильный кварц, кварциты и др., в производстве строительной керамики наилучшими отощителями являются кварцевые, пески с размером зерен от 0,25 до 1мм. Мелкий песок ухудшает сушильные свойства, а также снижает связность глины, что уменьшает прочность сырца. Очень крупный песок придает изделиям шероховатую поверхность.

Эффективными отощителями являются шлаки, состав которых близок к волластониту, например шлаки химического производства. Образующиеся в результате взаимодействия ортофосфата кальция с углеродом и кремнезёмом шлаки используют на ряде предприятий в комбинации с глинами в количестве 50-55%.

При вводе этих шлаков в составы плиточных масс снижаются усадка и водопоглощение, повышаются морозостойкость и механическая прочность плиток. Т⁰С обжига этих плиток резко снижается до 840-870⁰С.

Выгорающие добавки – полностью или частично выгорают при обжиге керамических изделий. К ним относятся: древесные опилки, различные виды каменных углей, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС, лигнин.

Древесные опилки вводят для улучшения сушильных свойств полуфабриката – сырца. Они как бы армируют керамическую массу, повышая ее сопротивление разрыву и трещиностойкость в сушке. В обжиге опилки выгорают, оставляя в черепке относительно крупные поры, увеличивающие водопоглощение кирпича и его морозостойкость Добовляют 8-28%.

Угли добавляют в количестве 2-2,5% от объема глины. Основное назначение – создать восстановительную среду в толще обжигаемого материала. Благодаря чему железистые окислы из окисного состояния переходят в закисное, обладающее большой реакционной способностью и интенсифицируют процесс спекания и упрочнения черепка.

Лигнин – порошковый тонкодисперсный отход производства древесного спирта. Он действует не только как выгорающая, но и как пластифицирующая добавка. Вводят 4-15%, комбинируя с другими выгорающими (опилки, уголь).

При использовании тощих глин в производстве керамики вводят в керамические массы добавки пластифицирующие: высокопластичные глины, бетониты и отходы производства мыла, спирта, масложировой промышленности.

(Бетониты – высокодисперсные глинистые породы с преобладающим содержанием монтмориллонитов).

Плавни – при общиге изделий вступают во взаимодействие с сырьевыми материалами шихты, давая легкоплавкие соединения, образующаяся в обжиге жидкая фаза способствует спеканию материала, сближению частиц твёрдой фазы и срастанию их. Кроме того, жидкая фаза заполняет поры между частицами твердой фазы. При введении плавней понижается t⁰ спекания и огнеупорность, тем самым повышается плотность черепка, прочность на разрыв, сжатие и изгиб, уменьшается водопоглощение.

Плавни можно разбить на две группы:

1. 
   собственно плавни, т.е. вещества, флюсующее действие которых обуславливается низкой t⁰ их плавления;
   
2. 
   материалы с высокой t⁰ плавления, но дающие при взаимодействии с компонентами керамической массы при нагревании легкоплавкие соединения.
   

Типичными представителями 1^ой группы плавней являются полевые штапы, пегматиты, нефелиновые сиониты, сподументы м др.

Ко 2^ой группе относятся мел, доломит, магнезит.
ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ

1)Заводы керамических изделий обычно распологаются вблизи карьеров. Добывают глину открытым способом:

• 
  экскаваторами;
  
• 
  фрезерными лопатами;
  
• 
  скреперами;
  
• 
  бульдозерами и другими механизмами.
  

Перемещение на завод глины осуществляется:

• 
  рельсовым транспортом;
  
• 
  автотранспортом;
  
• 
  ленточными транспортерами;
  
• 
  подвесными дорогами.
  

Хранение глины: для бесперебойного снабжения сырьём и организации его контроля на территории предприятия строят глинохранилища.

В южных районах, при открытом хранении глину хранят рыхло насыпанной массой в виде конуса или грядой высотой 6-7 м, имеющей объем около 25 тыс. м³. Над конусом устраивают иногда передвигающиеся по рельсам металлические тепляки, обеспечивающие разработку при t⁰ до 20⁰с. Закрытое хранение глины осуществляется в складах сырья различной вместительности. Оборудование складов глины подбирается в зависимости от их вместимости. Глинохранилище с мостовым краном ( КМГ-1, КМГ-2, КМГ-3) имеет вместимость 39, 82, 155 тыс. м³ соответственно. Глинохранилища с экскаватором Э-1, Э-2, Э-3, Э-4 имеют вместимость 82, 41, 24, 27, тыс. м³; глинохранилища с канатным скрепом (СК-1, СК-2) имеют вместимость 26 и 73 тыс. м³ .

Добыча глины в зимнее время

В производство керамических изделий необходимо подать только талую глину. Мерзлая глина увеличивает нагрузку на глиноперерабатывающие и добычные машины, вызывает определенные пороки при изготовлении изделий и выводит их в брак.

Существует 4 группы способов обеспечения керамических предприятий талой глины в зимнее время:

1. 
   сохранение тепла массивном глиняного пласта;
   
2. 
   рыхление мерзлого грунта;
   
3. 
   внесение тепла в замерзший массив грунта до его разработки (оттаивания)
   
4. 
   создание запаса глины для работы в зимнее время летом с хранением ее в утепленных складах.
   

Способы, основанные на принципе сохранения тепла в грунте

Мягкое утепление. Удаляют вскрышной слой, поверхностный слой вспахивают на возможно большую глубину. На поверхность рассыпают утеплитель (опилки) с наступлением холодов. Предварительное рыхление уменьшает глубину промерзания толщи глин и тем самым снижает потребность в утеплителе. Отработанные участки фронта утепляют мягкими плитами (соломенными, минераловатными), мешками с опилками и т.д., а также пленки, нагретая под них теплый воздух с t⁰ =25-40⁰с.

Жесткое утепление – устраивают деревянные настилы из горбыля, накрывают их толем, а с наступлением заморозков накрывают опилками. В торце участка отрабатывают небольшую въездную траншею и в торцевой стенке устраивают ворота для проезда транспорта. Выработанное производство отапливают коксовыми жаровнями.

Более совершенными является покрытые из инвентарных металлических ферм с плитными утеплителями.

Оттаивание промерзшего грунта

Заводы Сибири не утепляют карьеров, а удаляют в летнее время вскрытый слой, рыхлят обнаженную поверхность экскаватором на глубину 1,5-1,8 м, завозят на нее бурый уголь. Зимой слой угля толщиной 20-35 см поджигают, отогревая тем самым промерзший слой глины.

Естественная обработка глины

Под естественной обработкой глины понимают использование погодно-климатических факторов и факторы времени для изменения свойств глиняной массы. Вымораживание и вылеживание глины в замоченном состоянии являются методами естественной обработки.

Вымораживание. Рыхленную глину замачивают и подвергают примерно годичному вылеживанию на открытом воздухе.

Вода, замерзая в мельчайших капиллярах глиняных частиц и увеличиваясь при этом в объеме на 9%, разрушает связи между ними, диспергируя частицы глины на элементарные зерна. Глина подвергается при этом многократным циклам замораживания и оттаивания. В результате этого возрастает удельная поверхность глины, более полно завершаются процессы набухания, увеличивается количество связанной воды, что обусловливает высокую прочность (сцепление) глиняного теста, тем самым улучшаются его формовочные и сушильные свойства.

Зумпфрование – это вылеживание глины в замоченном состоянии. Это менее эффективный способ, чем вымораживание, но в результате его более полно протекают процессы набухания, перехода некоторой части воды из свободных форм в связанные, переориентации зерен глиообразующих минералов и дипольных молекул воды. При этом увеличивается общая прочность глиняной массы, улучшаются формовочные и сушильные свойства глины.

ИСКУССТВЕННАЯ ОБРАБОТКА СЫРЬЯ: СУХИМ, ПЛАСТИЧЕСКИМ И МОКРЫМ СПОСОБОМ.

Под искусственной обработкой сырья понимают такой способ, при котором свойства керамической массы изменяются в результате механического воздействия на нее рабочих органов глинообрабатывающих машин. При механической обработке из глины выделяют каменистые включения, либо их измельчают, разрушают текстуру глины, гомогенизируют массу и улучшают ее формовочные свойства.

Каменистые включения выделяют из глины специализированными машинами: глиноочистителями СМ-472, дезинтеграторными ребристыми вальцами (СМ-150А), винтовыми камневыделительными вальцами (СМ-416А).

Глину, не содержащую каменистых включений, подвергают грубому дроблению. На первой стадии дробления осуществляют рыхление кусков глины глинорыхлителем.

На второй стадии измельчают глину до кусков величиной 10-15мм с помощью гладких дифференциальных вальцов (СМ-150) где происходит раздавливание и разрыв глиняной лепешки.

Затем глину подвергают тонкому измельчению, предварительно увлажняя ее в глиномялке. При этом происходит разрушение водопрочных оболочек, цементирующих отдельные зерна глинообразующих минералов, частичное разрушение самих зерен и освобождение молекулярных связей, за счет которых глина гидратизируется, присоединяя к себе большое количество связанной воды, что приводит к повышению сцепления глиняной массы при одновременном сохранении ее подвижности.

Для тонкого измельчения используют бегуны дырчатые вальцы, глинопротирочные машины и гладкие дифференциальные вальцы. Наиболее эффективной машиной для тонкого измельчения пастообразных глиняных масс является бегуны мокрого помола. Тонкое измельчение глины обеспечивается тем, что одни и те же кусочки глины в прочесе обработки подвергаются многократному раздавливающему и истирающему воздействию тяжёлых катков. Влажность глины должна быть при обработке близкой к формовочной. Поэтому целесообразно устанавливать глиномялки для предварительного увлажнения массы в начале технологической линии.

Прочность сырца, изготовленного из глины обработанной бегунами, возрастает в 2 и более раз.

Глинопротерочные машины представляют собой вертикальный решетчатый цилиндр, внутри которого вращаются на вертикальном валу 3 лопатки, растирающие глину и продавливающие ее сквозь отверстия решетки. На вращающейся чаше, расположенные под решетчатыми цилиндром, собираются проработанные жгуты глины. С чаши глину разгружают скребком. Машины очень хорошо прорабатывают глину, поэтому их устанавливают в производстве тонкостенных изделий.

Наиболее распространены гладкие дифференциальные вальцы. Эффективность обработки на них зависит от зазора между валками, соотношения частоты вращения валков и влажности обрабатываемой глины. В лучших образцах вальцов величина относительного зазора составляет0,002-0,001 соотношение частоты вращения 1,5-2, а окружная скорость валков достигает 20 м/с. Максимальный размер кусков глины, направляемых в вальцы, не должен превышать 0,05 диаметра валка.

За рубежом глину после механической обработки подвергают вылёживанию. При этом помимо ее набухания происходит релакция напряжений, возникших при механической обработке. Эффективно совмещать вылёживание замоченной глины с одновременным прогревом ее, что интенсифицирует процесс набухания. Вылеживается глина в механизированных хранилищах (шахтозапасниках). Вылеживание глины увеличивает прочность изделий на 20-30%.

Для образования сплошного массива глиняного теста с влажностью, при которой формуется изделие, измельченную глину проминают в глиномялке. В результате чего увеличивается подвижность глиняного теста, а прочность высушенных образцов возрастает в 1,5-2 раза. Применяют лопастные глиномялки с водяным орошением и паровым увлажнением.

Увлажнение глины.

Может быть однократным и ступенчатым. При однократном увлажнении воду распыленную падают в глиномялку. Длительность набухания глин составляет 0,5-4 часа а пребывание их в глиномялке составляет всего несколько минут, поэтому такой способ сводиться лишь к поверхностному орошению отдельных кусков глины. Возрастает неоднородность глины. Удлиняет период взаимодействия глины с водой 2^х ступенчатое увлажнение. Первый раз глина увлажняется до поступления в перерабатывающие машины, второй раз – перед поступлением на формование.

Существенно улучшает технологические свойства глины паровое увлажнение. Водяной пар не только конденсируется на поверхности куска глины, но, проникая в его мельчайшие поры, конденсируется в них, т.е. большие поверхности вовлекаются в процесс взаимодействия с водой. Кроме того, повышение t⁰ глиняной массы при ее паровом увлажнении интенсифицирует процессы взаимодействия глины с водой. При этом возрастают пластичность, липкость и прочность глиняной массы. Установлено, что паровое увлажнение глины увеличивается производительность ленточных прессов и снижает потребляемую ими мощность на 15-20%.

Когда карьерная влажность глины существенно выше формовочной, ее подогревают с одновременной подсушкой в сушильных барабанах.

Способы формования керамических изделий:

1. 
   сухой
   
2. 
   полусухой
   
3. 
   пластический
   
4. 
   литье
   

1. 
   Наиболее распространенным типом машин для формования изделий пластическим способом являются горизонтальные (одновальные) ленточные прессы. Пресс приводится в движение электродвигателем. 1. через редуктор 2. и включенную фрикционную муфту 3. пресс работает следующим образом: загружается в воронку с помощью питающего валика 4. масса подхватывается лопатами шнека 5. несколько проминается ими и передается лопатами.
   
2. 
   Методы подготовки шихты:
   

ПОЛУСУХОЙ: Исходное сырье подсушивают, дробят, размалывают в порошок, перемешивают и увлажняют водой (паром) – доводя влажность пресс-порошка до 8-12%.

ПЛАСТИЧЕСКИЙ: Исходное сырье дробится, смешивается с добавками при естественной влажности или с добавлением воды для получения массы с влажностью 18-25% и больше.

ШЛИКЕРНЫЙ: Сырье измельчается в порошок, смешивается с большим количеством воды (влажность массы до 60%) до получения однородной текучей массы (шликера).

3. 
   СПОСОБЫ ФОРМОВАНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ.
   

Способы формования выбирают в зависимости от вида изделий, типа глины, ее влажности и пластичности.

ПЛАСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ: Наиболее распространенный при выпуске различных видов изделий строительной керамики. Для формования используют ленточные прессы.

ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОСТИ И ДРУГИХ ФАКТОРОВ НА ПРОЦЕСС ФОРМОВАНИЯ.

Структура масс в прессе представляет собой последовательное напластование полых конусов, вложенных один в другой. Это является следствием пульсации в подаче массы прессом. Вторым источником пороков сформованных изделий является недостаточно прочное срастание поверхностей раздела между напластованиями. Восстанавливать нарушенную сплошность можно повышением влажности массы, т.к. увеличивается при этом ее липкость. Но это приводит к снижению давления истечения массы Р_т, уменьшению ее связности. Крупный песок или шамот уменьшают разрыв сплошности, как бы сливая отдельные слои массы. Нарушенную сплошность масс можно восстанавливать увлажнением паром.

В процессе формования возникают упругие деформации массы, что увеличивает ее в объеме при выходе из мундштука (до 0,2-0,4%).

Повышение влажности сверх оптимальной снижает прочность сырца. Влажность подбирается экспериментально в зависимости от вида глины и прессующего оборудования. Обычно влажность колеблется в пределах 18-24%.

Наиболее серьезным структурным пороком кирпича является «свиль» - спиральные трещины на постели кирпича, возникающие как следствие эллипсовидных, плохо сросшихся во время формования напластований.

Свиль ухудшает качество кирпича, снижает его трещиностойкость в сушке и обжиге, а также понижает прочность и морозостойкость.

Ликвидировать или уменьшить свилеобразование можно:

1. 
   отощением глины крупнозернистыми отощителями (граншлак, дегидратированная глина).крупные зерна как бы сшивают отдельные слои массы, мешая им проскальзывать в отношении друг-друга.
   
2. 
   Паровым увлажнением глины. При этом снижается прессовое давление, увеличивается липкость.
   
3. 
   Увеличением влажности массы можно понизить давление истечения и повысить липкость.
   
4. 
   Уменьшением внешнего трения путем введения ПАВ и орошения головки пресса водой.
   
5. 
   Удлинением головки пресса вставкой промежуточног кольца длиной 100-200мм между корпусом и головкой, что повышает сцепление разъединенных в корпусе напластований.
   
6. 
   Снижением зазора между лопастями шнека и корпусом пресса , что предотвращает обратный пристеночный перетоп маасы. Этот зазор не должен превышать 2-3 мм.
   
7. 
   Снижением частоты вращения шнекового вала, (должно быть не более 326 мин), что уменьшает прессовое давление.
   
8. 
   Установкой рыхлительных ножей в промежуточном кольце или головке пресса – уменьшает «заполированность» поверхностей отдельных слоев, увеличивает их сцепление.
   
9. 
   Переходом на формование пустотелых изделий – турбулизируется поток массы, увеличивается ее сцепление.