Керамикалық кеуекті кірпіш

                         Кептіру (камералы, туннельді кептіргіш)

                          Күйдіру (туннельді пеш, шеңбер пеш )

                                 Дайын бұйымдар қоймасы

Массаны дайындау.

Пластикалық тәсіл. Саз массасын пластикалық әдіспен дайындау жұмысы мынандай процестерді қамтиды: сазды карьерден шығару, оны және құнарсыздандырғыш қоспаларды майдалау, оларды алдын-ала араластырып ылғалдау, шихтаны ұлпа етіп майдалауды және саз массасын дайындау. Осы аталған процестерді тек мұқият орындағанда ғана, жақсы сапалы керамикалық бұйымдар алуға мүмкіндік туады.

Алдын-ала араластыру үшін араластырғышқа ұсақталған сазды және құнарсыздандырғыштарды өлшеп салады. Керек болған жағдайда ғана суды немесе буды береді. Пластикалық массасын толық ұнтақтауды тегіс немесе тісті бетті жанышқыларда (вальцаларда), жүгіртпелерде және басқа жабдықтарда орындайды. Уқалай араластыру және майдалау нәтижесінде саздық массасының қалыптану және кептіру қасиеттері жақсара түседі. Ең жақсы нәтиже, әсіресе, ылғалдылығы қалыптау үшін қажет шамадағы саз массасын илегенде алынады. Егер де саздық массада суды біртіндеп өзіне тартып алатын созымталды қою саз араласқан болса, онда оларды, келтірілген саз араластырғышта, сумен немесе бумен ылғалдандыра қосымша өңдейді. Әсіресе, бумен қыздырылған масса аздаған ылғалдылык шамада өте ыңғайлы калыпталынып, пресстің өнімділігін 8-10%-ға көбейтеді және шала фабрикаттың құрғату ұзақтығы 40-50%-ға қысқарылады. Қалыпталынған шала фабрикаттардың біркелкі ылғалдылықта болатындығынан, олардың беріктігі жоғарылау болып, бүлінгендер саны аз шығады.

Пластикалық әдіспен  қалыптау тәсілі кеуек кірпіштерді шығаруда қолданады. Қалыптау (пресстеу) процесі онда жүруі үшін массаның ылғалдылығы оның катты түйіршіктерінің беті қалыңдығы екі су молекуласындай шамада болатындай гидраттар қабығымен қапталуына жететіндей болуы керек. Саздық массаның Мұндай ылғалдылығы 18-24 %-ға сәйкес болады. Бұйымдарды қалыптау арнаулы пішіндегі пресс ойығы арқылы массаны брус тәрізді етіп сығып шығаруға, таптап қысуға (штамптауға) немесе күрделі бұйымдарды жапсыруға негізделген. Ең көп қолданылатыны горизонтальді шнектік прессте таспалық (ленталық) қалыптау әдісі. Бұл прессте жасалынатын шала фабрикаттың        тығыздалынуымен және белгілі орынға жылжытылуымен қатар, масса қосымша үдемелі иленіп және біртектіленіп (гомогенизданып) үлгереді.

Пресс қалпынан масса сығылып шығарда оның сыртқы қабаты қалып қабырғасының үйкеліс күші арқылы өтетіндіктен, қалыпталынған бұйымдардың бетінде түрлі олқылықтардың пайда болып қалуы мүмкін. Сондықтан, саздық массаның ылғалдылығын құнарсыздандырғыш қоспалардың мөлшерін дұрыс тағайындау арқылы оның серпімді-созымталдық қасиетін жақсартады.

Пресстегі массаның сығылу сипаты оның серпімді-созымталдық қасиетіне, қабырға бетіндегі үйкеліс күшіне, шнек қысымына және пресс мундштугінің кедергісіне байланысты. Массаны мундштук арқылы итеріп шығаруға пресс қуатының едәуір бөлігі (40 %-ға дейін) жұмсалады.

Жасалынатын бұйымдардың  түрлеріне байланысты мундштук қисығы тікбұрышты (кәдімгі кірпіштер үшін), алмалы-салмалы желісі бар (қуысты тастар шығару үшін) және сақинасы бар (құбырлар қалыптау үшін) мундшуктар болып бөлінеді. Мундштуктың бұйым шығатын кеңістік мөлшерін пресстейтін массаның серпімділік деформация шамасы мен кептірердегі және күйдірердегі шөгуін ескере тағайындайды.

Әдетте, саздық массада  ауаның қамтылатындығы белгілі. Ілескен  ауа масса созымталдығын төмендетіп, қалыптарда бұйымдарды бірыңғай тығыздауға кедергі жасайды да, пресстегеннен кейінгі серпінді әсері микрожарықтардың пайда болуын тудырады. Сондықтан, массадағы ауаны аластату үшін түрлі конструкциялардағы вакуумдық пресстер пайдаланады.

Илеме масса пресстің бірінші коробасына түскен мезгілде қалақты винтпен езгіленіп торлы тасау арқылы жекеленген желілер тәрізді вакуум-камераға сығылып өтеді. Вакуум-камер ада саздық желілер пышақпен кесіліп майдаланады және ондағы ауа сорылады. Вакуумдалынған массаны шнектік білік қамтып алып оны пресстің пресстейтін басына қарай жылжыта тығыздайды. Сонда пресс мундштугі арқылы саз массасы шексіз брус тәрізді болып шыға береді. Саздық массаның созымталдығы жоғары болған сайын, соғұрлым вакуум шамасы жоғары және вакуум-камерада масса ұзағырақ болу керек. Вакуумдалынған массадан жасалынып кептірілген қыштың мықтылығы вакуумдалынбаған массадан жасалынғаннан 1,6 есе жоғары. Күйдірілген бұйымдардың тығыздығы 3-4%-ға, мықтылығы 2 есеге   жоғарылап, су сіңіргіштігі 10-15%-ға төмендейді.

Пресс мундштугінен шығатын саз брусынан кірпіш-қыштары және керамикалық тастарды берілген ұзындықта кескілеу автоматикалық әсердегі керілген сымы бар аспаппен орындалады.

Керамикалық бұйымдардың  кептірілуі.

Керамикалық бұйымдарды пластикалық тәсілмен өндірерде кірпіш шикі, плита - шикі т.б. жаңа қалыпталған бұйымдар айтарлықтай ылғалдықта болады да, беріктігі онша болмайды және белгілі бір тәртіппен вагонеткаға жинап бірден күйдіру пешіне беруге келмейді.

Оның үстіне алдын-ала  кептірілмеген массаны қалыптай салып, күйдірген жағдайда оның ылғалы сырт жағынан тым тез, ал ішінен баяу    аластатылатындыктан,    шөгу    деформациясы    біркелкі    болмай жарықтанып, тіпті шетінен бөлшектерге бөліне бүзылып кетеді. Сондықтан, оларды алдымен арнаулы режимде ылғалдығын 5-7 %-ға дейін жеткізе кептіреді. Кептіру керамикалық бұйымдар технологиясындағы маңызды процестердің бірі. Себебі, құрылыс керамикалық бұйымдардың сапасы мен өндірістің техникалык-экономикалық көрсеткіштері кептірудің нәтижелілігіне тікелей байланысты.

Кептірілу - материал мен теңіректегі орта арасындағы жылу және масса алмасуымен байланысты жүретін көптеген күбылыстар жинағы. Ылғал кептірілген бұйымдардың ішкі жағынан сыртқы бетіне тартылып буға айналады. Бұл процестің жүру жылдамдығы бір өлшемдік уақытта бір өлшем алабынан аластатылатын су шамасымен сипатталады. Кебу жылдамдығы жылу таратқыш ортаның температурасына, ылғалдылық дәрежесіне және қозғалу жылдамдығына байланысты. Кебу жылдамдылығын массаның кебу қасиетіне, оның кебердегі шөгу деформациясының дамуына сәйкес жүргізеді. Іс жүзінде 4 кг/(1м*сағ) аспайтын ылғал буланып ұшатындай жылдамдықпен кептіруге болады. Дегенмен, саздық массаның кебу жылдамдығын нақтылы жағдайда зерттеп барып қабылдаған дүрыс болады.

Жоғарыда айтқандай, саз илемелерін кептіру олардың шөгулерімен байланысты. Шөгу деформациясының шамасы белгілі бір уакытқа    дейін     массадан     булана    ұшқан   ылғалдың мөлшеріне пропорциялы және  де    мынандай физикалық-динамикалық құбылысқа көңіл аударған жөн. Алдымен шикі массаның сырт жағы кеуіп үлгереді де, кеуектігі азаяды. Осының салдарынан оның орталық жағынан сыртқа қарай ылғалдың тартылуы киындатылады. Мұндай ішкі және сыртқы қабаттардағы ылғалдылық айырмашылығы өздеріне сәйкес түрлі шамадағы шөгу деформациясын береді. Демек бұйымның орталық қабаты қысу, сыртқы қабаты созу күштерінің әсерінде болып қалады. Созу күш кернеуі кептіріліп жатқан материал мықтылығынан басымдау бола бастағанда, онда жіңішке жарықтар пайда бола бастап, біртіндеп үлғая береді. Материалдың қалыңдығы үлкен, ылғалдылығы және кептіру жылдамдығы үдемелі болған сайын. Мұндай жарықтардың пайда болу ықтималдығы да жоғары. Саздық массаның шөгу процесі оның ылғалдылығы 12-15 %-ға жеткенге дейін жүреді. Одан әрі кептіруді едәуір үдемдетудің зал алы жоқ. Осындай тәжірибе негізінде тағайындалған оптималдық кептіру режимі кемтіксіз жоғарғы сападағы бұйымдарды берілген ылғалдылықта, мүмкіншілігінше қысқа уақытта және аздаған жылылық-энергиялық шығынымен алуды қамтамасыз етеді.

Бұйымдарды массадан қалыптай салып үдемелі түрде кептірумен қатар, олардың сапаларының жоғарылығын қамтамасыз етудің бірнеше жолдары белгілі. Оның біршішсі - ылғалдылығы жоғарылау жылу  таратпаларын  пайдалану.   Соның  арқасында  материал  денесінде ылғалдылық градиенті аздау болады. Әсіресе, ыстық сумен немесе бумен езгілеп дайындалған массаны кептіргенде Бұл тәсіл өте тиімді. Себебі, саздың ылғал өткізгіштігі жеңілдейді және құнарсыз қоспаларды (шамот, суынан ажыратылған саз және т.б.) қосу арқылы оның алғанщы ылғалдылығын және шөгу шамасын едәуір азайтуға болады. Екіншісі - бұйымдарды вакуумдалынған массадан қалыптау арқылы үдемелі кептіру режимін қолдану.

Массаға құнарсыздандырғыш заттарды (шамотты, кварцты, сусыздандырылған саз және т.б.) көбірек қосқан жағдайда оның жалпы ылғалдығы азайып, аяққы кептіру сатысы (III - кезең) ұзақтығын ұлғайтып, жалпы кептіру үзақтығын қысқартуға мүмкіндік тудырады.

Бұрын шикі саздық бұйымдарды көпшілігінде табиғи жағдайларда (бастырма астында) кептіретін болған. Мұндай жағдайда, отын және электр энергия шығыны жоқ болғанымен, кебу барысы ауа райына байланысты және өте ұзаққа (10-22 тәулікке) созылып кететін. Әсіресе, керамикалық бұйымдарды өнеркәсіптік масштабта өндірерде оларды табиғи жағдайда кептіру мүмкін емес. Сондықтан, шикі саздық бұйымдарды көпшілігінде арнаулы кептіргіштерде (тоқтаусыз немесе мезгілмен істейтін пештерде) кептіріп, кебу процесінің ұзақтығын 2-3 тәулікке дейін қысқартады. Жылу тасығыш ретінде күйдіру пешінен және арнаулы отын жағатын орыннан шығатын ыстық түтін газын пайдаланады.

Кептіргіш пештер типін  таңдарда төмендегідей талаптар қойылады: кептіргіш пеш жұмысы үздіксіз технологиялық созынға қисынды болуы керек; кептіру процесі мүмкіншілігінше механикаланған және автоматталынған болуы керек; пештің бүкіл жұмысшы кеңістігі бойынша кебу процесі біркелкі өткені қажет; кебу мезгілі қысқа және отынның - энергетикалық ресурстар шығыны мүмкіншілігінше аз болуы керек.

Кептіргіш пештердің жұмыс істеу  тәртібі бойынша циклдік және үзіліссіз істейтін, ал конструкциясы бойынша камералық, конвейерлік, туннельдік және т.б. типтер болып бөлінеді.

Циклдік режиммен жұмыс істейтін камералық кептіргіштерде бұйымдарды тиеу, барлық кептіру стадиялары және кептірілген бұйымдарды шығару бір жерде орындалатындықтан, әрбір белгілі уақыттан кейін бұлар қайталанып отырады. Қалыпталынған бұйымдар кептірушіге вагонеткалармен беріледі. Жоғары - төмен жылжытып қоюшы қондырғы бұйымдар жүктелген текшелерді (полкаларды) вагонеткадан алып камераға орналастырады. Камералардың рамаларын бұйымдар текшелерімен толтырылғаннан соң есігін жауып, ыстық түтін газын немесе қыздырылған ауаны төмен жағынан жібереді. Әдетте, Мұндай камерада 1 кг буланған ылғалға меншікті жылу шығыны 8,4 - 10,4 МДж аралығында болады. Пайдалы әсерінің коэффициенті 15 - 51%. Мұндай     кептірушінің     кемістігі     бұйымдарды  пешке тиеп және шығарардағы  едәуір уақыт және жылу   шығындарының босқа   кетуі және кебу процесінің онша біркелкі еместігі.

Үздіксіз істейтін кептіргіш, қалыпталынған бұйымдар тиелген вагонетка жүргізу үшін, еденіне рельс төселген үзындығы 30 - 40м, биіктігі 2,7м, ені 2,2м туннель. Вагонеткалардың жүруіне қарама-қарсы жылу тасығыш тартылады.

Ұзындығы бойынша туннель бірненіе зонаға бөлінеді. Осы ұзындықта әрбір зона үшін жылу тасығыштың температур асы мен ылғалдылығы берілген уақытта белгілі тұрақтылықпен сүйемелденеді. Шикі бұйым тиелген вагонеткалар бүкіл пеш зоналары арқылы өткен шақта кебу процесі аяқталады. Кебу ұзақтығы кептіретін бұйымның түріне байланысты, мысалы қыш - кірпіш, жылу тасығыштың бастапқы температурасы 120 - 150°С болғанда, 16-40 сағ. ішінде кептіріліп шығарылады.

Вагонеткалар тізбегі және ыстық газ бір - біріне қарама - қарсы қозғалғанда ыстық газ алдымен кебуі аяқталып қалған бұйымдармен жанасып, ондағы ылғал калдығын алады. Газ одан әрі жылжыған сайын, ылғалдылығы жоғарылаған ішкі бұйымдармен кездесіп, олардағы ылғалдың біразын біртіндеп қабылдай береді де, өзінің ылғал сыйымдылығы әбден азайған шақта қалыптан жаңадан шыққан сулы бұйымға жолығып барып пештен шығады.

Шығар есіктен 1,5-2,5 м қашықтықта ыстық газ кірер жері орнатылған. Бұл қашыктық қыздырылған бүйымның туннель ден шыққанға дейін салқындап үлгеруі үшін арналған. Туннельге кірер есіктен 1,25 м қашықтықта газдарды шығару каналы орналасқан. Бұл арақашықтық жаңа тиелген бұйымдарды біраз уакыт бойы газдар әсерінен қорғау үшін қарастырылған. Осындай жұмсақ тәртіптегі (режимдегі) кептірілудің нәтижесінде бұйымдардың кебуіне қолайлы жағдай жасалып, сапаларын жақсартуға мүмкіндік туады.

Туннельдік пеш өндіріс  тасқындылығын (потоктылығын), кептіру  процесінің автоматикалануын, күту мен басқару жұмысын қарапайымдылығын және өнім сапасын жақсартылуын қамтамасыз етеді.

Туннельдік кептіргіште процесс үздіксіз және біркелкі жүретіндігінен, жұмыс режимі тұрақты болатындығынан, бұйымдардың кебу ұзақтығы, камералық пешпен салыстырғанда 20 - 30%-ға қыскарылады, зауыт өнімділігі 15-20%-ға көтеріліп өнімнің меншікті құны 2-3%-ға дейін төмендейді. Сөйтіп, пайдалы әсер коэффициенті 22 - 45% аралығында өзгереді. Осындай басымдылығымен туннельдік кептіргіш керамикалық өнеркәсібінде қазіргі кезде өте кең таралған.

Күйдіру - керамикалық бұйымдар жасау технологиясының ең маңызды және соңғы сатысы. Керамикалық бұйымдардың маңызды физикалық-механикалық қасиеттері 900+1100°С аралығындағы температурада күйдірілуі нәтижесінде қалыптасады. Нақтылап айтқанда күйдіру нәтижесінде бұйымдар тас тәрізді күйіне көшіп беріктік, суға және аязға төзімділік көрсеткіштерін жетерліктей жоғарылатып, керекті құрылыстық қасиеттеріне ие болады. Керамикалық бұйымдардың күйдірілмеген калпымен салыстырғанда, қүрылыстық қасиетін күрт өзгеруін күйдіру кезіндегі саздық массада жүретін физикалық-химиялық процестерімен түсіндіріледі. Мысалы, органикалық қосындылардың жанып кетуі, саздық минералдардың дегидратациялануы, кремнеземнің полиморфиялық өзгеруі, карбонаттардың ыдырауы, катты фазалардың синтезі, балқыма қорытындының пайда болуы және пice келе тығыздалып, керамикалық сүйекке көшуі толып жаткан тізбектес физикалық-химиялық процестердің жүруімен байланысты екенінде құмән жоқ.

Күйдіру пешіне алдын-ала кептірілген бұйымдар 8-12%-дық ылғалдылығымен келіп түсетіндіктен 110°С дейін баяу (50-80°С/сағ.) қыздырғанда, байланыссыз бос су толық бөлініп ажырайды. Температура 200°С аса көтерілгенде органикалық коспалары жанып кетеді, 50-700°С дейін қыздырғанда массадағы саздық минералмен және басқа косындылармен химиялық байланыстағы суы ажырай жоғалады да минералдық масса созымталдығын мүлде жоғалтады. Мүнымен кабат саздық минералдардың толық ыдырауынан бастап, олардың кристалдык торларының толық таралуына дейінгі процестер жүреді, А1₂Оз және SіO₂ оксидтерінің аморфты араласы пайда болады. Мүның алдында температура 475°С шамасында шихтада болатын Р-кварц көлемін үлкейте өзінің а-модификациясына көшеді. Сондыктан, бұйымдарда олардың беріктігін төмендететін ішкі кернеу туады. Бұл кезеңде температураның көтерілу жылдамдығы 300-450°С/сағ аралығында болуы мүмкін. Температураны 800°С-тан 1000°С дейін көтергенде, катты фазалар арасында жүретін реакциялар нәтижесінде жаңа кристалдық силикаттардың, мысалы, силлиманиттің А1₂Оз-2SіО₂ және т.е. с синтездердің құрылуы мүмкін. Бұдан былай жоғарғы температурада (1200-1300°С) силлиманит муллитке 3А1₂Оз-28Ю2 көшеді. Бұл кезең саздық минералдардың кристалдық торларының бүзылуымен және керамикалық сүйектің едәуір өзгеруімен байланысты екенін ескере отырып, қыздыру жылдамдығын 100-200°С/сағ. дейін төмендетеді. Осы кезеңде қатты фазалық синтездермен қабат керамикалық массаның жеңіл балкығыш қосындылары және минералдары біраз сұйық фаза (қорытынды) тұрады және де температура жоғары болған сайын сұйық фаза көлемі көбейе түсіп, керамиканың тас тәрізді дене болып қалыптасуына ықпалын тигізеді. Олай дейтініміз пайда болған сұйық фаза массадағы түйіршіктердің     әркайсысын     қаптап,     бір-біріне     тартады     және кеуектерін толтырады, сөйтіп материалдың тығыздығын асыруға ықпалын тигізеді. Сұйық қорытындыда жаңа қосындылар қүрылу процесі тоқтаусыз жүреді де, одан кейінгі олардың кристалдануы күйдірілетін материалдың тұтастануын қамтамасыз етеді. Бұл жөнінен осындай қосындылардың бірі муллит ең маңызды кристалдык өнім болып саналады. Олар суый келе, тас сияқты тығыз керамикалық сүйекке (черепокқа) айналады. Осы процессті балкыта пісіру деп атауға болады (орысша «спекание» дейді). Сонымен, балқыта пісірудің нәтижесінде күйдірілген материал тығыздалады да, оның ашық кеуектігі азаяды. Сондыктан, керамикалық құрылыс бұйымдарының балқытыла пісіру дәрежесін олардың су сіңіргіштігімен тексереді. Күйдірілген бұйымның су сіңіргіштігі 5% болғандағы температураны балқи пісудің басталуы ретінде қабылдайды. Отқа төзімділік температурасы мен балқи  пice бастағандағы     температура арасындағы айырмашылығын саздың балқыта пісірілу аралығы деп аталады. Балқыта пісірілу аралығы неғүрлым кеңдеу болса, соғүрлым бүйымның күйдірген кездегі деформациялық қауіптігі аз болады. Оңай балқытылатын саздардың балқыта пісірілу аралығы тар (10-20°С) болып келеді. Олардан жасалған бұйымдарды, әдетте, 900-1000°С температураларында күйдіреді, ал отқа төзімді және қиын балқитын саздардікі кең (100-250°С) болады да, олардан жасалған бұйымдар температурасы 1150°-1400°С аралығында күйдіріледі. Неғүрлым саздың балқыта пісірілуі кең болса, соғұрлым күйдіру процесін реттеу оңайлау болады.