Технология производства керамического кирпича

Калий и натрий входят в глины в виде щелочных оксидов, содержание которых находится в пределах 3,5-5%.

Сера присутствует в глинах в различных соединениях, ее содержание не оказывает на качество стеновых керамических изделий.

Глинообразующие минералы, определяющие основные свойства глин, представляют собой в основном гидросиликаты глинозема, содержащие кремнезем и окислы железа, а также сульфаты, карбонаты и растворимые в воде соли различных металлов.

Химический, минералогический и гранулометрический состав глин, используемых для производства кирпича (см. табл.2.1.).

 

Таблица 2.1. Требования к глинам, предназначенным для производства керамического кирпича и керамических камней /3/.

Показатели Норма  Химический состав глины, %:

(не более)

(не менее)

(не более)

85

7

2

  Гранулометрический  состав, %:

частицы менее 1 мкм (не менее)

частицы менее 10 мкм (не менее)

15

30

  Влажность карьерная, % (не более) 25  Засорённость:

Крупнозернистыми включениями более 5 мм, % (не более)

Карбонатными включениями, более 3 мм

5

Не допускается

  Пластичность, не менее 6  Воздушная усадка < 7-8 %  Огневая  усадка < 1-2 %  Водопоглощение > 6 %  Огнеупорность < 1350 о С   Для улучшения природных свойств глиняного сырья-уменьшения общей усадки, чувствительности к сушке и обжигу, улучшения формовочных свойств, широко применяют добавки.

Добавки, используемые при производстве кирпича и керамических камней, по назначению можно разделить на:

· отощающие – песок, шамот, дегидратированная глина, уносы керамзитового производства и другие минеральные невыгорающие добавки;

· отощающие и выгорающие полностью или частично – древесные опилки, лигнин, торф, лузга, многозольные угли, шлаки, золы ТЭЦ, отходы углеобогатительных фабрик и другие;

· выгорающие добавки в виде высококалорийного топлива – антрацит, кокс и другие, вводимые в шихту для улучшения обжига изделий;

· обогащающие и пластифицирующие добавки – высокопластичные жирные глины, бентонитовые глины, сульфитноспиртовая барда и другие /2,4/.

Таблица 2.2. Технические требования, предъявляемые к добавкам /3/.

Показатели Норма  1. Зола Влажность, % (не более) 55  2.Песок (крупнозернистый) Влажность, %

Фракция

5

1,5-0,15 мм

     2.1 Характеристика используемого сырья

В данном проекте для производства керамического кирпича в качестве основного компонента используем глину Малоступкинского месторождения.

Таблица 2.3. Химический состав глины Малоступкинского месторождения

Оксид SiO2  Al2 O3  TiO2  Fe2 O3  CaO MgO Na2 O SO3  П.П.П.  Содержание % 75,1 21,9 6,44 7,07 5,42 5,42 _ 0,87 12,09   Свойства глины:

Гранулометрический состав, %:

· частицы менее 1 мкм – не менее 15 %;

· частицы менее 10 мкм – не менее 30 %.

Число пластичности: до 25.

Влажность 18 -22 %.

Коэффициент чувствительности к сушке 1,32 – 2,72;

Воздушная усадка 6 – 10 %.

Карбонатные включения более 3 мм не допускаются

В качестве корректирующих добавок к сырью выбираем местные промышленные отходы (золы ТЭЦ) и песок.

Золы ТЭЦ представляют собой отходы от сжигания в пылевидном состоянии каменных углей. Добавка золы ТЭЦ делает кирпич менее чувствительным к сушке и повышает его прочность. Также золы ТЭЦ действуют как выгорающая добавка, т.к в золе остаётся не выгоревшее твёрдое топливо (каменный уголь), которое выгорает, и вследствие своего выгорания интенсифицирует процесс обжига, улучшает спекаемость массы и тем самым повышает прочность изделий /4/.

Таблица 2.4. Химический состав золы ТЭЦ-2

Наименование Содержание оксидов, %  Зола ТЭЦ-2 SiO2  Al2 O3  CaO MgO SO3  Na2 O Fe2 O3  П.П.П.   г. Иваново 46,08 12,03 11 1,51 1,3 0,24 17,36 10 – 25 100   Влажность золы, поставляемой на завод, составляет 40 %

Таблица 2.5. Химический состав песка с Ивгоркарьера

Наименование Содержание оксидов, %  SiO2  Al2 O3  Fe2 O3  CaO MgO П.П.П.  Песок 91,20 3,19 1,37 <1,29 <0,71 0,48   Физические показатели песка:

1.  Объёмная насыпная масса 1,6 т/м3 ;

2.  Модуль крупности 1,6 – 1,8

В данной работе для утилизации отходов собственного производства (4%) в качестве отощающей добавки используем шамот.

  2.2 Характеристика топлива

Газообразное топливо отличается от жидкого и твердого рядом преимуществ, важнейшими из которых являются: легкое, удобное регулирование процесса горения и возможность полной механизации и автоматизации его, простота топливного хозяйства и оборудования; отсутствие золы при сжигании; лучшие санитарно-гигиенические условия труда, обслуживающего персонала.

В состав газообразного топлива входят горючая часть и балласт. Горючая часть представляет собой механическую смесь простейших горючих газов, таких как водород, метан, пропан, бутан и других газообразных углеводородов. Балластом являются негорючие газы, в том числе углекислый газ СО2 , азот N2  и кислород О2 . При добыче газа в его составе имеются также водяные пары, смолистые вещества, минеральная пыль. Однако перед подачей газа потребителям его очищают, в результате чего содержание примесей сводится к минимуму.

В данной работе используем топливо Угорского месторождения.

Таблица 2.6. Состав влажного (рабочего) газа, об%

CН        Сумма  95,8 0,13 0,07 0,07 0,02 1,7 1,2 1,0 100   Теплота  сгорания газа:  /5/.

 

. Обоснование  состава композиции

С целью получения необходимых технологических параметров продукции, составы шихт могут быть самые различные (см. табл. 3.1.).

Таблица 3.1. Некоторые шихтовые составы масс для производства керамического кирпича /3/.

Материалы Содержание, об.%  Глина

Опилки

86-93

7-14

  Глина

Шамот

95

5

  Глина

Опилки

Шамот

82-83

10

7-8

  Глина

Шамот

Песок, зола

85-90

0-5

10-15

  Глина

Дегидратированная глина

60

40

   В производстве  керамического кирпича используется  глина Малоступкинского месторождения, она составляет основную часть  шихты-84%. Поскольку эта глина  имеет число пластичности 25 и  является среднечувствительной к сушке, необходим ввод добавок. Для утилизации отходов собственного производства в качестве отощающей добавки вводится шамот – 4%. Для уменьшения числа пластичности глины вводится отощающая добавка (песок)- 4% и отощающая и выгорающая не полностью (зола)-8%.

Состав шихты:

Глина – 84% (об.),

Зола – 8% (об.),

Песок-4% (об.),

Шамот – 4% (об.).

Выбранный шихтовой состав позволяет выпускать керамический кирпич марки 100, но возможны партии, имеющие марки 75 или 150, который удовлетворяет ГОСТу 530-95 по всем требованиям.

 

. Аналитический  обзор научно – технической  литературы и обоснование способа  производства

Глины для производства кирпича добывают открытым способом в карьерах. Открытая разработка месторождений глин включает:

1. Подготовительные работы  — удаление кустарников, пней, отвод вод, устройство дорожных покрытий;

2. Вскрышные работы —  удаление растительного слоя  и проведение выработок, обеспечивающих  доступ к глинам;

3. Добычные работы —  выемка глины из массива и  погрузка ее на транспортные  средства.

При проведении карьерных работ учитываются физико-механические свойства пород.

На большинстве глиняных карьеров применяется валовая добыча, при которой глину разрабатывают по всей мощности уступа, без выделения отдельных пластов сырья. В отдельных случаях используют селективную (послойную) добычу глин.

Выбор добычных механизмов зависит от принятого способа формования изделий, горногеологических условий залегания сырья, его физико-механических свойств и способа выемки. При вылеживании сырья добывать его можно любыми машинами, в том числе одноковшовыми экскаваторами и канатно-скреперными установками. Вылеживание сырья весьма целесообразно при любом методе разработки глин.

В данном проекте выбираем добычу сырья с помощью многоковшового экскаватора.

На глиняных карьерах широко применяют автомобильный, рельсовый и реже конвейерный транспорт. Автомобильный транспорт является наиболее простым, надежным и маневренным. При применении экскаваторов с невысокой производительностью весьма эффективны самосвалы грузоподъемностью до 10 т.

Совместно с экскаваторами высокой производительности целесообразно использовать большегрузные прицепы с тягачами. В отдельных случаях применяют конвейерный транспорт, создающий условия для непрерывной работы добычного оборудования. Однако при неблагоприятных атмосферных условиях намокшая глина прилипает к ленте конвейера, что затрудняет его работу. На ленточные конвейеры глина поступает через погрузочные бункера, емкость которых должна быть не менее 1, 5—2-кратной емкости ковша экскаватора.

В данном проекте для доставки глины с карьера, будем применять автомобильный транспорт, а точнее самосвалы. Данный выбор связан с тем, что этот вид транспорта наиболее прост в обслуживании и легко доступен.

При использовании рыхлых глин с невысокой карьерной влажностью применяют глинохранилище простейшего типа, которые представляет собой емкость длиной 40 м и объемом от 100 м3  до 10 тыс. м3  глины. После вылеживания сырье многоковшовыми экскаваторами подается в производство. Глинохранилища обеспечивают бесперебойное и ритмичное снабжение завода сырьем независимо от метеорологических условий. В тех случаях, когда глинистое сырье содержит много больших слипшихся или смерзшихся кусков, она разрыхляется глинорыхлителями /2/.

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 выше 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 прессования 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 500 С 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.

Чтобы получить изделия требуемого качества необходимо из глины удалить каменистые включения, разрушить ее природную структуру, получить пластичную массу, однородную по вещественному составу, влажности и структуре, а также придать массе надлежащие формовочные свойства. Глиняный брус формуют в горизонтальных ленточных шнековых прессах часто с вакуумированием массы /9/.

В данном проекте будем использовать схему производства изделий пластическим методом, поскольку используемая глина достаточно высокой влажности, среднепластичная.

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%.