Производство керамических материалов

 

    РЕФЕРАТ.

    В данном курсовом проекте рассматривается  завод по производству керамических камней с горизонтальными пустотами  типа А15, А16 и добавление 20% шамота как  отощающий добавки, с проектной  мощностью 60 мил.шт.усл. кирпича. На заводе используется новый метод формования – жесткое. Этот метод исключает использование сушильных вагонеток. В работе используется более экономичный метод обжига кирпича с добавлением зоны досушки и рациональным подводом отработанных газов в туннельную сушилку.  

    ВВЕДЕНИЕ.

    Одним из самых распространенных материалов, традиционно используемым при возведении зданий и сооружений, является кирпич. Более чем тысячелетняя практика применения кирпича позволяет однозначно отнести его к категории наиболее долговечных строительных материалов. Наряду с этим, технология кирпичной кладки предоставляет архитекторам и дизайнерам неограниченные возможности для воплощения творческих замыслов. Обеспечивая надежную защиту от воздействия внешних факторов, обладая высокой огнестойкостью и сравнительно низкой теплопроводностью, кирпич предопределяет высокий уровень безопасности и комфорта как жилых, так и промышленных зданий и сооружений. В данном курсовом проекте рассмотрено производство керамических камней методом жесткого формования, нового и наиболее выгодного метода. Но чаще всего производят керамические изделия методом пластического формования и полусухим прессованием.

    Выпускают изделия грубой керамики полнотелыми  и пустотелыми. Полнотелый кирпич содержит 8-15% технологических пустот (менее 13% по ГОСТ 530-95), имеет плотность свыше 1600 кг/м³, и обеспечивает максимальную прочность кирпичной кладки.  Наряду с полнотелым выпускается так называемый пустотелый кирпич, имеющий сквозные или несквозные круглые или прямоугольные отверстия. Содержание технологических пустот в этом случае находится на уровне 20-45%, что существенно снижает вес и теплопроводность кирпича, по сравнению с полнотелым, позволяя уменьшить толщину наружных стен с сохранением их теплоизоляционных свойств. Объемная плотность такого кирпича не превышает 1500 кг/м³. Уникальный сверхэффективный поризованный кирпич с плотностью ниже 950 кг/м³ производит ЗАО "Победа KNAUFF". Этот кирпич не тонет в воде и, что гораздо важнее, обладает наименьшей теплопроводностью среди материалов рассматриваемой категории. Пустотелый кирпич применяется для устройства наружных стен с повышенной теплоизолирующей способностью, а также для возведения внутренних стен и перегородок. Не рекомендуется использовать кирпич этого типа для кладки фундаментов, цоколей и стен сырых помещений. Эффективный кирпич выпускается одинарным, полуторным и двойным, а также в виде крупноформатных керамических блоков. Керамические блоки очень выгодны. В германии на их долю приходится более 30%. Полуторный кирпич по высоте больше одинарного в 1,35 раза, а не в 1,5. При этом кладка в 5 рядов полуторного кирпича соответствует 7 рядам одинарного.  К числу основных технических характеристик кирпича относятся прочность и морозостойкость. Прочность обычно лежит в диапазоне от М75 до М250. Число обозначает предел прочности на сжатие в кгс/см2. Для строительства малоэтажных зданий обычно используется кирпич невысоких марок (М100 - М150). Следует отметить, что кирпич М200 дороже аналогичного М100 на 20-30%. Изделия марки М250 нечасто встречаются на Российском рынке, но нет правил без исключений - эстонский комбинат "ASERI TELLIS" производит полнотелый керамический кирпич ручной формовки "St. John" марки М300 с объемной плотностью 1800 кг/м³. Одним из важнейших параметров кирпича является морозостойкость (способность выдерживать определенное количество циклов замораживания - оттаивания). Именно этот параметр определяет долговечность сооружения. Как правило, морозостойкость кирпича не менее 25 - 50, реже - 75 циклов.

    Доля  выпуска керамических камней с горизонтальными пустотами не велика, и у них есть свои особенности. отличительное качество керамических камней с горизонтальными пустотами – это меньший расход цементного раствора, по сравнению с вертикальными пустотами. Но и присутствует ряд крупных недостатков – камень с горизонтальными пустотами имеет предел прочности на сжатие в 6 раз меньше, чем такой же камень с такими же размерами, но с вертикальными пустотами; низкий коэффициент теплоизоляционной эффективности.

    1. Номенклатура производства.

    На  данном заводе выпускается изделия – керамические кирпичи и камни экструзионные с 6 горизонтальными пустотами типа А15 и А16 (ГОСТ 530-91). Размер изделий 250х120х88 мм с пустотностью 42%. Габариты продукции даны на рисунке 1. 

    

 
 

    2.Обоснование  способа производства.

    Производство  керамических стеновых материалов может  быть осуществлено различными способами  формования:

    по  пластическому – с нормальной формовочной влажностью;

    по  пластическому – с пониженной формовочной влажностью (жесткое  формование);

    из  полусухих масс.

    При пластическом методе формования влажность  шихты соответствует нормальной формовочной и, в зависимости  от свойств глиняного сырья, находится  в пределах от 18 до 22%.При жестком методе формования формовочная влажность 12-16%. Полусухой способ производства изделий предусматривает формование изделий из сыпучих масс влажностью 7-10%.

    При первых двух методах формование производится способом экструзии, в третьем случае - уплотнением пресспорошка в коленорычажных или гидравлических прессах.

    Выбор способа производства определяется карьерной влажностью и плотностью сырья, чувствительностью его к  сушке, а также зависит от предполагаемого  ассортимента продукции. Немаловажное значение при выборе способа производства имеет возможность приобретения того или иного комплекта оборудования.

    Отличием  производства полусухим методом  формование от остальных является использование  как обычных глинистых пород, в том числе с карбонатными включениями, так и плотных трудноразмокаемых (глинистые сланцы, отходы угледобычи и углеобогащения), отсутствие процесса сушки, низкую усадку, ровные края и грани, при этом – невозможность производства эффективных и высокопустотных изделий, низкая морозостойкость и предел прочности на изгиб, запыленность производственных помещений, низкая производительность прессов полусухого прессования, более высокую температуру обжига. Из рассмотренных характеристик недостатком при пластическом способе формования кирпич-сырец после формования имеет низкую прочность, что вынуждает выставлять его на отдельные полки сушильной вагонетки. Этот недостаток исключается при жестком формовании – прочность свежеотформованного сырца 0,3-5 МПа, при обычном формовании она составляет лишь 0,2 МПа. Сырец сразу же загружается на печную вагонетку, исключающую перекладку сырца и повышение производительности. 

    3. Сырьевые материалы.

    Основным  компонентом для производства керамических изделий является глина. Для улучшения  ее свойств дополнительно вводятся добавки, в данном проекте это шамот. По определению Вернадского – «глины – это тонкообломочные горные породы, которые при затворении водой дают пластичное тесто, способное под воздействием внешней силы принимать любую заданную форму, сохранять ее при сушке, при обжиге приобретать твердость камня».

    Глины представляют собой сложные соединения водных алюмосиликатов, которые определяют важнейшие характеристики материалов для производства строительной керамики: связность, пластичность, обрабатываемость, механическая прочность сырца и обоженного материала.

    Глины характеризуются чрезвычайно малым  размером частиц, которые не превышают 20 мкм, а большей частью менее 2 мкм. Для производства строительной керамики количество частиц менее 2 мкм может находиться в интервале от 15 до45-50%.

    По  минеральному составу глины делятся  на мономинеральные и полиминеральные. К мономинеральным глинам относятся  глины, содержащие, в основном, только один глинистый минерал. Это каолины, основным минералом которых является каолинит Al2O3*2SiO2*2H2O и бентониты, содержащие монтмориллонит Al₂O₃*4SiO₂*nH2O.

    Химический  состав сырья для производства керамических камней и кирпича колеблется в  широких пределах: SiO₂ – 45-80%; Al₂O₃+TiO₂ – 8-28%; Fe₂O₃ – 2-8%; CaO – 0.5-25%; MgO – 0-4%; R₂O – 0.3-5%; ППП – 3-6%.

    Кремнезем находится в глинах в связанном (в составе глинообразующих минералов) и в свободном (песок, шлюф) состояниях. Повышенное содержание свободного кремнезема указывает на наличие большого количества песка в глинистом сырье, повышенную прочность черепка и меньшую механическую прочность. Такое сырье мало или совсем непригодно для изготовления изделий сложного профиля.

    Для глин с повышенным содержанием глинозема  требуется более высокая температура  обжига, при значительном интервале между началом спекания и плавления, что облегчает процесс обжига изделий, так как уменьшается возможность деформации изделий.  Пониженное содержание глинозема снижает прочность изделия.

    Оксиды  железа встречаются в виде окисных  соединений (гематит, гидроксиды), закись-окисных (магнетит, глауконит), закисных (сидерит, анкирит, пирит) и другие. Они являются сильными плавнями, способствующими уменьшению температурного интервала спекания глины и делают ее короткоплавкой. Изменяя среду в печи от окислительной до восстановительной, можно в большей степени выявить действие железистых соединений как плавней. Эти соединения придают окраску изделиям после обжига от светло-кремовой до вишнево-красной в зависимости от содержания их в глине.

    Оксиды  кальция входят в состав глинистых материалов в виде известняков, доломитов, сульфатов. Будучи равномерно распределенными в глине и находясь в тонкодисперсном состоянии, оксиды кальция уменьшают связывающую способность и понижают температуру плавления глины, делая ее короткоплавкой и затрудняя обжиг изделия из-за возможности подваров. При содержании в глине около 10 % CaCO₃ она имеет интервал спекания 30-40⁰С. Интервал плавления глины может быть в таких случаях увеличен добавлением кварцевого песка.

    При температуре обжига изделий до 1000⁰С действие известняка проявляется в изменении пористости и прочности изделий и меньше как плавня. В результате диссоциации оксида углерода пористость  черепка изделия повышается при одновременном снижении прочности. Значительное содержание оксида кальция способствует осветлению изделий.

    Оксиды  магния как плавень действуют  аналогично СаО, только меньше влияют на интервал спекания.

    Оксиды  щелочных металлов (Na₂O,K₂O) являются сильными плавнями, способствуют повышению усадки, понижению температура образования расплава, уплотнению черепка изделий и повышению его прочности.

    Наличие в глинистом сырье растворимых  солей (до1,5%) сульфатов и хлоридов натрия, магния, кальция, железа вызывает выцветы на поверхности изделий, что не только портит внешний вид, но и способствует разрушению поверхностного слоя изделий.

    К глинистой части относят фракции  размерам менее 5 мкм, что придает  сырью повышенную сопротивляемость размоканию в воде, высокую пластичность и чувствительность к сушке, увеличивает  воздушную и общую усадку. Для предотвращения нежелательных свойств вводят песок, шамот. Повышенное содержание пылевидных фракций в глинах повышают их чувствительность к сушке и обжигу, снижает прочность изделья.

    Шамот – обоженная огнеупорная глина  или забракованные керамические изделья, измельченные до заданной крупности. Использование шамота является более экономически выгодной технологией, исключающей отходы производства строительной керамики, также шамот идет и как отощающая добавка. 
 
 
 
 
 
 

    4. Материальный баланс.

    4.1. Расчет потребного количества  глинистого сырья при шихте  без добавок производится по  формуле:

    В=А*С*(100-П)*100 ((100-к₁)*(100-к₂))  м³,

      где :

    А – производственная мощность в год, тыс.шт. условного кирпича;

    С – расход сырья, м3 на 1000 шт. условного полнотелого кирпича;

    П – пустотность изделий, %;

    к₁ – отходы, получаемые при сушке и обжиге, %;

    к₂ – потери сырья при транспортировке, %.

    В=60000*(100-42)*100*2,7 ((100-2)*(100-1))= 96846 м³

    4.2. Расход добавок. Потребное количество шамота определяем исходя из процентного содержания:

    Ш=В*0,2, м³

    Ш=96846*0,2=19369, м³

    4.3. Расход глины:

    Г=В-Ш, м³

    Г=96846-19369=77477, м³

    4.4. Расход воды. Вычисляем расход  воды на увлажнение массы –  примем ориентировочный расход 325 л на 1000 шт. усл. кирпича. При производстве пустотелой продукции расход воды сокращается пропорционально пустотности.