Общая схема производства керамоизделий

При всем многообразии керамических изделий по свойствам, формам, назначению, виду сырья и технологии изготовления ос­новные этапы производства керамических изделий являются об­щими и состоят из следующих операций: добыча сырьевых мате­риалов, подготовка массы, формование изделий, их сушка и об­жиг.

Добыча глины осуществляется на карьерах обычно открытым способом экскаваторами и транспортируется на предприятие ке­рамических изделий рельсовым, автомобильным или другим ви­дом транспорта. Разработке карьера предшествуют подготови­тельные работы: геологическая разведка с установлением харак­тера залегания, полезной толщи и запасов глнн; счистка поверх­ности от растений за год-два до начала разработки, удаление по­род, непригодных для производства. Подготовка   глин   и   формование изделий

Карьерная глина в естественном состоянии обычно непригод­на для получения керамических изделий. Поэтому проводится ее обработка с целью подготовки массы. Подготовку глин целесо­образно вести сочетанием естественной и механической обработ­ки. Естественная обработка подразумевает собой вылеживание предварительно добытой глины в течение 1-2 лет при периодиче­ском увлажнении атмосферными осадками или искусственном замачивании и периодическом замораживании и оттаивании. Ме­ханическая обработка глин производится с целью дальнейшего разрушения их природной структуры, удаления или измельчения крупных включений, удаления вредных примесей, измельчения глин и добавок н перемешивания всех компонентов до получения однородной и удобоформуемой массы с использованием специа­лизированных машин (глинорыхлителей; камневыделительных, дырчатых, дезинтеграторных, грубого и тонкого помола вальцов; бегунов, глинорастирочных машин, корзинчатых дезинтеграто­ров, роторных и шаровых мельниц, одно- и двухвальных глино­мешалок, пропеллерных мешалок и др.).

В зависимости от вида изготовляемой продукции, вида и свойств сырья массу приготовляют пластическим, жестким, полу­сухим, сухим и шликерным способами. Способ приготовления массы определяет и способ формования и название в целом спо­соба производства.

При пластическом способе подготовки массы и формования исходные материалы при естественной влажности или предвари­тельно высушенные смешивают с добавками воды до получения теста с влажностью от 18 до 28%. Этот способ производства ке­рамических строительных материалов является наиболее про­стым, наименее металлоемким и потому наиболее распростра­ненным. Он применяется в случаях использования среднепла-стичных и умеренно-пластичных, рыхлых и влажных глин с умеренным содержанием посторонних включений, хорошо размо­кающих и превращающихся в однородную массу. На рис. 5.1 приведена одна из технологических схем производства кирпича пластическим способом.

Набор и разновидности машин для подготовки массы могут отличаться от приведенных на рис. 5.1 в зависимости от свойств сырья и добавок. Однако формование при пластическом способе всегда производится на машине одного принципа действия - лен­точном шнековом прессе (рис. 5.2) с вакуумированием и подогре­вом или без них. Вакуумирование и подогрев массы при прессо­вании позволяет улучшить ее формовочные свойства, увеличить прочность обоженного изделия до 2-х раз. В корпусе пресса вра­щается шнек-вал с винтовыми лопастями. Глиняная масса пере

мещается с помощью шнека к сужающейся переходной головке, уплотняется и выдавливается через мундштук в виде непрерывно­го бруса или ленты, или трубы под давлением 1,6-7 МПа.

Производительность современных ленточных прессов по производству кирпича достигает 10000 штук в час.

Жесткий способ формования является разновидностью совре­менного развития пластического способа. Влажность формуемой массы при этом способе колеблется от 13% до 18%. Формование осуществляется на мощных вакуумных шнековых или гидравли­ческих прессах. Вакуум-пресс итальянской фирмы "Бонджени", например, создает давление прессования до 20 МПа. В связи с тем. что "жесткое" формование осуществляется при относительно высоких 10-20 МПа давлениях, могут быть использованы менее пластичные и с естественной низкой влажностью глины. При этом способе требуются меньшие энергетические затраты на суш­ку, а получение изделия сырца с повышенной прочностью позво­ляет избежать некоторые операции в технологии производства, обязательные при пластическом способе. Формование при пла­стическом и жестком способах завершается разрезкой непрерыв­ной ленты отформованной массы на отдельные изделия на реза­тельных устройствах. Эти способы формования наиболее распространены при выпуске: сплошных и пустотелых кирпичей, кам­ней, блоков и панелей; черепицы и т.п.

Полусухой способ производства строительных керамических изделий распространен меньше, чем способ пластического фор­мования. Керамические изделия по этому способу формуют из шихты с влажностью 8-12% при давлениях 15-40 МПа. Недоста­ток способа в том, что его металлоемкость почти в 3 раза выше, чем пластического. Но вместе с тем он имеет и преимущества. Длительность производственного цикла сокращается почти в 2 раза; изделия имеют более правильную форму и более точные размеры; до 30% сокращается расход топлива; в производстве можно использовать малопластичные тощие глины с большим количеством добавок отходов производства - золы, шлаков и др. Сырьевая масса представляет собой порошок, который должен иметь около 50% частиц менее 1 мм и 50% размером 1-3 мм.

Прессование изделий производится в прессформах на одно или несколько отдельных изделий на гидравлических или механиче­ских прессах. По этому способу делаются все виды изделий, кото­рые изготовляются и пластическим способом.

Сухой способ является разновидностью современного развития полусухого производства керамических изделий. Пресс-порошок при этом способе готовится с влажностью 2-6%. При этом устра­няется полностью необходимость операции сушки. 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, и когда требуется подго­товить массу для изготовления керамических изделий сложной формы методом литья. Отливка изделий производится из массы с содержанием воды до 40%. Этим способом изготовляются санитарно-технические изделия, облицовочные плитки.

Сушка   изделий

Перед обжигом изделия должны быть высушены до содержа­ния влаги 5-6% во избежание неравномерной усадки, искривлений и растрескивания при обжиге.

Прежде сырец сушили преимущественно в естественных усло­виях в сушильных сараях в течение 2-3 недель в зависимости от климатических условий.

В настоящее время сушка производится преимущественно ис­кусственная в туннельных непрерывного действия или камерных периодического действия сушилах в течение от нескольких до 72-х часов в зависимости от свойств сырья и влажности сырца. Суш­ка производится при начальной температуре теплоносителя - от­ходящих газов от обжиговых печей или подогретого воздуха -120-150°С.

Обжиг   изделий

Обжиг - важнейший и завершающий процесс в производстве керамических изделий. Этот процесс можно разделить на три пе­риода: прогрев сырца, собственно обжиг и регулируемое охлаж­дение. При нагреве сырца до 120°С удаляется физически связан­ная вода и керамическая масса становится непластичной. Но если добавить воду, пластические свойства массы сохраняются. В тем­пературном интервале от 450°С до 600°С происходит отделение химически связанной воды, разрушение глинистых минералов и глина переходит в аморфное состояние. При этом и при дальней­шем повышении температуры выгорают органические примеси и добавки, а керамическая масса безвозвратно теряет свои пласти­ческие свойства. При 800°С начинается повышение прочности изделий, благодаря протеканию реакций в твердой фазе на гра­ницах поверхностей частиц компонентов.

В процессе нагрева до ЮОО°С возможно образование новых кристаллических силикатов, например силлиманита АЬОз-ЗЮг, а при нагреве до 1200°С и муллита ЗАЬОг23Юг. Одновременно с этим легкоплавкие соединения керамической массы и минералы плавни создают некоторое количество .расплава, который обво­лакивает не расплавившиеся частицы, стягивает их, приводя к уплотнению и усадке массы в целом. Эта усадка называется огне­вой усадкой. В зависимости от вида глин она составляет от 2% до 8%. После остывания изделие приобретает камневидное состоя­ние, водостойкость и прочность. Свойство глин уплотняться при обжиге и образовывать камнеподобный черепок называется спекаемостъю глин.

В зависимости от назначения обжиг изделий ведется до раз­личной степени спекания. Спекшимся считается черепок с водопоглощением менее 5%. Большинство строительных изделий об­жигается до получения черепка с неполным спеканием в опреде­ленном температурном интервале от температуры огнеупорности до начала спекания, называемым интервалом спекания.

Интервал спекания для легкоплавких глин составляет 50-100°С, а огнеупорных до 400°С. Чем шире интервал спекания, тем меньше опасность деформаций и растрескивания изделий при обжиге.