Технология изготовления керамической кровли

В настоящее время для производства керамической черепицы применяются следующие технологии: пластическое формование, метод полусухого прессования, жёсткое формование, шликерный способ.

Способ производства черепицы определяется способом приготовления массы и способом формования. Рассмотрим данные способы.

Пластический способ – исходные материалы при естественной влажности или предварительно высушенные смешивают с добавками воды до получения теста с влажностью от 15 до 25%. Этот способ производства керамических материалов является наиболее простым, наименее металлоёмким и поэтому наиболее распространённым. Он применяется в случаях использования среднепластичных и умереннопластичных, рыхлых и влажных глин с умеренным содержанием посторонних включений, хорошо размокающих и превращающихся в однородную массу.

Полусухой способ производства распространён меньше, чем способ пластического формования. Керамические изделия по этому способу формуют из шихты влажностью 8 – 12% при давлениях 15 – 40 Мпа. Недостаток способа в том, что его металлоёмкость почти в 3 раза выше, чем пластического. Но в то же время он имеет и существенные преимущества. Длительность производственного цикла сокращается почти в 2 раза; изделия имеют более правильную форму и 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.

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. 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.

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. Недостатком данного способа является то,что сырье необходимо гранулировать перед сушкой и применять высокие давления при формовании.

Шликерный способ применяется, когда изделия изготавливаются из многокомпонентной массы, состоящей из неоднородных и трудноспекающихся глин и добавок, когда требуется подготовить массу для изготовления изделий сложной формы методом литья. Отливка изделий производится из массы с содержанием воды до 40%. Шликер представляет собой суспензию — дисперсную систему влажностью 35—80%, в которой твердые частицы находятся во взвешенном состоянии. Качество отливки изделий зависит от свойств литейного шликера, который должен обладать хорошей текучестью, устойчивостью, хорошей фильтрующей способностью. 
Текучесть шликера характеризует его подвижность, т. е. способность при малом содержании воды равномерно заполнять гипсовые формы. 
Устойчивость шликера определяется способностью сохранять твердые частицы во взвешенном состоянии. 
Фильтрующая способность шликера определяет его водоотдачу при контакте с поверхностью формы. Шликер приготавливают двумя способами: беспрессовым и прессовым. При беспрессовом способе осуществляют совместный помол сырьевых материалов в шаровой  мельнице, электромагнитную очистку,  процеживание. В течение 5—6 суток шликер находится в мешалках при постоянном перемешивании и подогреве до 40 — 60 °С. Подготовленный таким образом шликер перекачивается мембранным насосом в расходные мешалки, из которых подается на отливку изделий. 
Качество шликера, полученного прессовым способом, выше, чем качество шликера, полученного беспрессовым способом. Поэтому его применяют для отливки особенно ответственных изделий. Готовят его следующим образом. Шликер, полученный беспрессовым способом, из сборного бассейна мембранным насосом подается в рамный фильтр-пресс для обезвоживания до влажности 22—23%. Полученные при этом коржи рекомендуется выдержать 2—4 недели в подвалах. Затем их загружают в горизонтальные мешалки для распускания, одновременно добавляя воду в количестве, необходимом для получения шликера влажностью 31—32%, и электролиты (соду кальцинированную до 0,1%, жидкое стекло до 0,07% по сухой массе). Далее шликер подвергают электромагнитной очистке, процеживают через сито  и перекачивают в пропеллерную мешалку. Из нее очищенный и процеженный через вибросито № 0071 (6400 отв/см2) шликер перекачивают в сборный бассейн с перемешивающим устройством, где он выдерживается в течение 3—5 суток. Далее шликер перекачивается в расходную мешалку. Этот способ подготовки формовочных литейных масс более дорог и сложен, чем беспрессовый, но позволяет получать шликер с лучшими свойствами.

 

2.2 Подробное изложение одного из эффективных способов производства кровельных керамических материалов, построение технологической схемы

В курсовой работе для производства керамической черепицы рассмотрим пластический способ производства керамической черепицы.

Качество выпускаемой продукции таким способом гораздо выше, чем способом полусухого прессования. Схема данного производства включает современное стандартное оборудование отечественных и зарубежных фирм, благодаря чему обеспечивается высокое качество формы и поверхности черепицы, поэтому мной и был выбран этот способ производства.

Преимущества пластического способа производства керамической черепицы:

• расход топлива и электроэнергии намного ниже по сравнению с другими технологическими схемами
• производительность оборудования достаточно высокая, что позволяет обеспечивать некоторое количество времени для ремонта оборудования
• при использовании данной технологической схемы существует возможность замены дефицитного сырья отходами
• существует возможность комплексной автоматизации и механизации
• высокое качество готовой продукции, минимальный брак

 

Производство керамической черепицы — практически полностью автоматизированный процесс, что позволяет существенным образом увеличить производительность, а главное, качество продукции.

Пластический способ применяется в случае использования наиболее широко распространенных пластичных, рыхлых глин и суглинков, содержащих свыше 30% частиц менее 0,001 мм, однородных или недостаточно однородных по качеству, имеющих малую и среднюю карьерную влажность, но размокающих в воде.

Глину для производства керамической черепицы добывают в карьерах, расположенных обычно недалеко от завода. Глины обычно залегают на небольшой глубине при мощности вскрыши 0,5 – 1,0 м. Мощность полезной толщины месторождений колеблется от одного до десятков метров. Добычу глин осуществляют открытым способом различными экскаваторами: одноковшовыми и многоковшовыми, роторными и реже скреперами. Методы добычи и оборудование для разработки месторождений выбирают в зависимости от мощности глиняного пласта, характера его залегания и других факторов. Транспортируют глину из карьера на завод рельсовым транспортом в опрокидных вагонетках.

Для бесперебойной работы производства на заводе керамической черепицы должен быть определённый запас сырья. С этой целью на заводах создают склады для промежуточного запаса сырья. Добыча глины зимой, а также предохранение её от смерзания при транспортировании сильно усложняют производство, поэтому стремятся осуществить добычу в тёплое время года и создавать запасы глины на складах завода для работы зимой.

Добытая в карьере и доставленная на завод глина в естественном состоянии обычно непригодна для формования изделий и нужно разрушить природную структуру глины, удалить из неё вредные примеси, измельчить крупные включения, смешать глину с добавками, а также увлажнить её, чтобы получить удобоформуемую массу.

Глина подвергается последовательно грубому дроблению и тонкому измельчению. Первичное дробление глины осуществляют в глинорыхлителе, который представляет собой самоходную тележку, совершающую возвратно-поступательное движение над ящичным подавателем. Рабочим органом глинорыхлителя является вращающийся вал с насаженными на него фрезами. Дробление глины до кусков размером 10 – 15 мм осуществляют в дробилках. Вязкие пластичные глины дробят на гладких дифференциальных вальцах грубого помола.

Измельчённые глину и отощающие добавки дозируют для предварительного перемешивания в двухвальный смеситель. При необходимости сюда подают также воду или пар. Глину увлажняют паром и интенсивно обрабатывают на бегунах, дезинтеграторах и валках (все это в какой-то мере заменяет вылеживание) до получения пластичной удобоформуемой массы без крупных каменистых включений (кусочки СаС03 должны быть удалены или измельчены в порошок). Качество массы и будущих изделий зависит от тщательности проработки сырьевых компонентов.

Формование производится на прессе с вакуумированием и подогревом. Вакуумирование и подогрев массы при прессовании позволяет улучшить её

формовочные свойства, увеличить прочность обожжённого изделия до 2-х раз. В корпусе пресса  вращается шнек-вал с винтовыми лопастями. Глиняная масса перемещается с помощью шнека к сужающейся переходной головке, уплотняется и выдавливается через мундштук в виде непрерывной ленты под давлением. Меняя мундштук, можно получать глиняный брус различных форм и размеров. Брус, непрерывно выходящий из пресса, разрезает автоматическое резательное устройство на отдельные части в соответствии с размерами изготовляемых изделий. Пресс снабжён вакуум-камерой, в которой из глиняной массы частично удаляется воздух.

Изделия должны быть высушены перед обжигом до содержания влаги 5 – 6% во избежание неравномерной усадки, искривлений и растрескивания. Применяется искусственная сушка в камерных сушилках периодического действия 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 – 1500С.

Обжиг – важнейший и завершающий процесс в производстве керамической черепицы. Этот процесс включает в себя три периода: прогрев сырца, собственно обжиг и регулируемое охлаждение. При нагреве сырца до 1200С удаляется физически связанная вода и керамическая масса становится непластичной. Но если добавить воду, пластические свойства массы сохраняются. В температурном интервале от 4500С до 6000С 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 8000С начинается повышение прочности изделий, благодаря протеканию реакций в твёрдой фазе на границах поверхностей частиц компонентов.

В процессе нагрева до 10000С возможно образование новых кристаллических силикатов, например силлиманита Al2O3·SiO2, а при нагреве до 12000С и муллита 3Al2O3·2SiO2. Одновременно с этим легкоплавкие соединения керамической массы и минералы плавни создают некоторое количество расплава, который обволакивает нерасплавившиеся частицы, стягивает их, приводя к уплотнению и усадке массы в целом (огневой усадке). В зависимости от вида глин она составляет от 2% до 8%. После остывания изделие приобретает камневидное состояние, водостойкость и прочность. Интервал температур обжига для керамической черепицы лежит в пределах от 11000С до 13000С.

Обжиг керамической черепицы осуществляется в туннельных печах. Туннельная печь представляет собой сквозной канал длиной до 100 м, в котором по рельсам движутся вагонетки с обжигаемыми изделиями. В туннельной печи совершаются операции загрузки, подогрева, обжига, охлаждения, выгрузки.

Высушенную черепицу загружают на вагонетки. Толкатель подаёт загруженную вагонетку в печь, выталкивая при этом с противоположного конца вагонетку с обожжённой и охлаждённой черепицей. Туннельные печи работают на газе или тонкомолотом угле. В этих печах удобно механизировать процессы загрузки и выгрузки продукции, а также автоматизировать процесс обжига и его регулирование.

Наличие стабильных температурных зон и противоточное движение обжигаемого материала навстречу потоку газов позволяет получить в туннельных печах высокие температуры нагрева (до 17000С), что даёт возможность интенсифицировать процесс спекания. Туннельные печи значительно производительнее и экономичнее кольцевых печей, кроме того, количество брака изделий значительно ниже. Существенным недостатком туннельных печей является быстрый износ вагонеток.

Обожжённые изделия подлежат выбраковке и сортировке. Качество изделий устанавливают по степени обжига, внешнему виду, форме, размерам, а также по наличию в них различных дефектов.

 

Технологическая схема

производства кровельных керамических материалов

 

Хранение сырьевых материалов

(сырьевой склад; V, м3; T, сут)

Дробление глины

(дробилка щековая; T, мин; d, мм)

 

Дозирование и приготовление смеси

(весовой дозатор; отклонение по  массе, %)

 

Формование

(пресс с вакуумированием  и подогревом; P, Па;  t,° C)

Сушка глины

(сушильная камера; T, час; t,° C)

 

Обжиг