Изготовление керамического кирпича

                 Министерство образования Российской Федерации

Казанский государственный технологический университет

                                   Кафедра ТТХВ

                                         Курсовая работа

           по предмету

           Технология материалов и покрытий

           на тему:

         « Изготовление керамического кирпича»

работу выполнил:

принял:

                                                  Казань

                                                  2011 г.

Содержание

Введение. Общие сведения…………………………………………………...3

1. Требования к изделию……………………………………………………...6

2. Выбор сырьевой базы………………………………………………………7

3. Выбор метода изготовления керамического кирпича……………………9

4. Теоретические основы технологического процесса…………………….10

      4.1. Подготовка формовочных масс……………………………………10

      4.2. Формование кирпича……………………………………………….12

      4.3. Обжиг изделия……………………………………………………...14

5. Сортировка и упаковка изделия………………………………………….15

Заключение...…………………………………………………………………18

Список литературы…………………………………………………………..19

Введение

Керамическими называют материалы и изделия, изготовляемые формованием и обжигом глин. «Керамос» – на древнегреческом языке означало гончарную глину, а также изделия из обожженной глины. В глубокой древности из глин путем обжига получали посуду, а позднее стали изготовлять кирпич, а затем черепицу.

Сам кирпич представляет собой прямоугольный брусок прочного материала, используемый в качестве строительного материала. Наиболее известны три вида кирпича, гиперпрессованный кирпич производится по технологии гиперпрессования, красный кирпич из обожжённой глины и силикатный, состоящий из песка и извести, а также цемента.

Керамическим кирпичом украшали фасады в Древнем Египте и Вавилоне, из него возводили города наши предки на всей территории земли. Кирпичом облицована Великая Китайская стена, а символом российской государственности стал архитектурный ансамбль Кремля с его зубчатыми стенами и башнями из красного кирпича.

Уважали керамический кирпич и в России, а старые мастера ставили на нем личные клейма. Да и как не уважать этот вечный, экологически безупречный и удобный стройматериал? Его надежность и качество дают выбор современным зодчим, возрождающим красоту и культуру строительства. 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.

Преимущества керамического рядового кирпича

Прочен и износостоек. Керамический кирпич обладает высокой морозостойкостью, что подтверждается многолетним опытом его применения в строительстве.

Хорошая звукоизоляция — стены из керамического кирпича, как правило, соответствуют требованиям СНиП 23-03-2003 «Защита от шума».

Низкое влагопоглощение (менее 14 %, а для клинкерного кирпича этот показатель может достигать 3 %) — Более того, керамический кирпич быстро высыхает.

Экологичность Красный кирпич — это «дышащий материал», обеспечивающий благоприятный климат в помещении. Керамический кирпич изготовлен из экологически чистого натурального сырья — глины, по технологии, знакомой человечеству десятки веков. Во время эксплуатации построенных из него зданий, красный кирпич не выделяет вредных для человека веществ, таких как газ радон.

Устойчивость почти ко всем климатическим условиям, что позволяет сохранять надёжность и внешний вид.

Высокая прочность (15 МПа и выше).

Высокая плотность (1950 кг/м³, до 2000 кг/м³ при ручной формовке).

Производство кирпича возможно несколькими методами. В данном курсовом проекте предусмотрен полусухой метод прессования.

Одним из преимуществ полусухого способа производства является возможность использования глин низкой пластичности, отсутствие необходимости в сушильных вагонетках.

В отличие от метода пластического формования, при изготовлении кирпича способом полусухого прессования, количество влаги в сформованной массе не превышает 8%, что дает возможность пропустить фазу сушки и сразу перейти к обжигу кирпича.

Изделия, изготовленные методом полусухого прессования, имеют низкое сопротивление на изгиб, обладают повышенной водопроницаемостью, низкой морозоустойчивостью. При таком производстве кирпича требуется более высокая температура обжига. Внешний вид кирпича очень высокий.

Сравнительные анализы работы кирпичных заводов показывают, что себестоимость кирпича при полусухом методе в 2 раза ниже, что позволяет в современных условиях стабильно получать высокую прибыль.

1. Требования к изделию

Требования к кирпичу и керамическим камням прямоугольной формы регламентированы ГОСТ 7484–78; ГОСТ 530–95, который предусматривает следующие три основных размера этих изделий в мм: для кирпича – 250´120´65 или 250´120´90, для керамического камня основного – 250´120´140 и для трехчетвертного – 188´120´140. По отдельным заказам можно также выпускать камни других размеров и профилированные изделия. Изделия должны иметь прямые ребра и углы, четкие грани и ровные лицевые поверхности. Допускаются отклонения в размерах: по длине ±4 мм, по ширине ±3 мм и по толщине: для кирпича ±2 мм, а для камней ±3 мм. Косоугольность по отношению к длине изделия не должна превышать 3 мм. Искривления поверхностей и ребер допускаются не более: по ложку 3 мм и по тычку 2 мм. На лицевой стороне допускаются: отбитость или притупленность углов и ребер длиной 5–15 мм не более 1 шт., отдельные посечки не более 2 шт. на 1 дм2. Не допускаются на лицевой поверхности видимые с расстояния 10 м выцветы и пятна, а также несовпадения рельефа и офактуровки, образующих общую архитектурную деталь и кладке [2].

По виду фактуры (отделки) лицевой поверхности кирпич и камни выпускают: с естественно окрашенным черепком, торкретированные минеральной крошкой, ангобированные, двухслойного формования и глазурованные. На последние ГОСТ 7484–69 не распространяется. Лицевые поверхности изделий должны быть однотонными, иметь чистый тон и равномерный цвет без пятен, выцветов и других дефектов, заметных с расстояния 10 м.

По показателям прочности изделия подразделяются на семь марок: 300, 250, 200, 150, 125, 100 и 75. Марка кирпича соответствует пределу прочности по сечению брутто, пределы прочности при изгибе дифференцированы для сплошных и пустотелых изделий, а также для изделий пластического и полусухого прессования.

Водопоглощение не должна быть ниже 6% и не должно превышать 12% у лицевых изделий, изготовленных из прочих глин. По морозостойкости изделия подразделяются на четыре марки: F15, F25, F 35, F 50.

2. Выбор сырьевой базы

В качестве сырья для производства керамического кирпича и керамических камней применяют:

глинистые породы, встречающиеся в природе в плотном, рыхлом и пластическом состоянии, называемые в целом легкоплавкими глинами; способные при затворении водой образовывать пластическое тесто, превращающееся после обжига при 800- 10000С в камнеподобный материал. Легкоплавкие глины относятся к остаточным и осадочным породам. Для производства кирпича наибольшее применение нашли элювиальные, ледниково-моренные, гумидные, аллювиальные, морские и некоторые другие глины и суглинки.

органические и минеральные добавки, корректирующие свойства природного сырья (кварцевый песок, шлаки, шамот, опилки, уголь, зола и другие.);

Светложгущиеся огнеупорные и тугоплавкие глины, стекло, мел, отходы фарфорового производства, огнеупорного кирпича для получения офактуренного лицевого кирпича, изготавливаемого из легкоплавких глин.

Для определения возможности использования глин и суглинков для производства стеновых материалов необходимо знать их зерновой, химический и минералогический состав, пластичность и технологические свойства.

Наиболее ценной для производства кирпича является глинистая фракция, содержание которой не должно быть менее 20%.

Очень важно для характеристики глины содержание в ней глинозёма Аl2O3, повышающего технологические свойства сырья: в легкоплавких глинах оно колеблется в пределах от 10 до 15%.

Содержание кремнезёма SiO2 колеблется в пределах от 60 до 75%. В глинах часть кремнезёма находится в связанном виде в глинообразующих минералах и в несвязанном виде как примесь, обладающая свойством отощающих материалов.

Оксиды железа, титана, марганца и других металлов содержатся в глинах в количестве до 10-12% и оказывают существенное влияние на целый ряд важнейших свойств керамических изделий. Наибольшее влияние оказывают оксиды железа, находящиеся в глине в виде оксида Fe2O3 и гидроокиси Fe(OH)3 и оксиды марганца MnO2. Они улучшают спекаемость изделий и придают им окраску.

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].

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/.

   3. Выбор метода изготовления керамического кирпича

Существует два способа производства керамического кирпича: пластическое формование и полусухое прессование.

Метод полусухого прессования похож на метод пластического формования. Правда изначально берется глиняная масса более вязкая. Именно это дает возможность сделать кирпичей более аккуратной и четкой формы. Итак, глину с влажностью 6-7 процентов сначала измельчают в порошок, а затем поштучно формуют кирпич в специальных прессах. Его можно сразу отправлять на обжиг. Надо отметить, что кирпичи, произведенные методом полусухого прессования, имеют меньше дефектов, у них гладкие грани, но они менее морозостойки

Отличие технологии полусухого прессования от традиционной пластического формования заключается в упрощенной схеме приготовления сырьевой смеси. Кроме того, оборудование для оснащения линии подготовки пресс-порошка менее энерго- и металлоемко. Полусухое прессование облегчает одну из наиболее сложных и длительных стадий технологического процесса — сушку. Получаемый кирпич имеет более четкие грани и углы, что позволяет использовать его как лицевой материал.
Кирпич по своим качественным показателям не уступает традиционному керамическому кирпичу пластического формования. Комплексная механизация производства осуществляется проще, чем при методе пластического формования. Благодаря простоте технологии и оборудования себестоимость кирпича полусухого прессования на 15-20% ниже себестоимости кирпича пластического формования.

          4. Теоретические основы технологического процесса

4.1. Подготовка формовочных масс

Как правило, глина поступает на завод влажностью от 8% до 25%, а иногда и большей, причем меньшая влажность характерна для летнего периода; а большая – для осени, зимы и ранней весны. Глину такой влажности очень трудно размолоть, так как она забивает помольные машины и сита. Поэтому до помола глину следует высушить, причем достаточно равномерно по всей массе, так как наличие влажных и пересушенных частиц отрицательно влияет на качество продукции. В процессе сушки глина должна прогреваться до температуры не выше 110°С, так как при большой температуре она начинает терять пластичность и связующую способность.

Для сушки глины применяют главным образом сушильные барабаны. При наличии каменистых включений перед сушильной установкой ставят камневыделительные вальцы. Конечная влажность высушенной глины колеблется в пределах от 2 до 13%.

После сушки в сушильном барабане глина измельчается в корзинчатом дезинтеграторе. Они работают при влажности 9%; при повышенной влажности глина залипает в кожухе.

Грубый помол глины (а также смешение массы) после сушильного барабана мажет осуществляться на бегунах сухого помола периодического и непрерывного действия.

Измельченную глину тщательно смешивают с непластичными материалами и увлажняют горячей водой и паром. Для малопластичных масс, употребляемых для полусухого прессования, более пригодны лопастные, желательно вакуумные мешалки периодического действия и быстроходные бегунковые; для тощих масс наиболее пригодны смесительные бегуны. Увлажнение паром обеспечивает более равномерное распределение влаги. Из различных агрегатов для такого увлажнения порошка лучшие результаты дали шахтные пароувлажнители.

Увлажненный до 8–13%, прогретый и хорошо смешанный порошок поступает в бункера формовочных прессов. Вылеживание массы в силосах увеличивает степень гидратации глинистых частиц и усредняет влажность, улучшая формовочные свойства [2].

Подготовка отощающих добавок.

Глины редко применяют в чистом виде (без специальных добавок), так как в процессе сушки и обжига они дают большую усадку, сопровождающуюся короблением и растрескиванием, что сильно затрудняет возможность изготовления из них изделий правильной формы и точных размеров. Для уменьшения усадки керамических масс при сушке и обжиге в их состав наряду с глиной вводят отощающие материалы, которые делят на естественные и искусственные.

Зерна шамота для полнотелых изделий не должны быть крупнее 3 мм. Следовательно, его использование требует наличие специального оборудования для подготовки добавки к формованию.

4.2. Формование кирпича

Формованием называется процесс придания массе заданных форм и размеров, т. е. получения заготовки (полуфабриката) издания. Структура заготовки в значительной мере определяет строение и свойства изделий после обжига. При формовании стремятся максимально увеличить содержание твердой фазы, чтобы снизить усадки в сушке и обжиге.

Практика производства стеновых изделий полусухим способом показала, что выбор типа пресса, величины прессового давления и влажности массы зависит от технологических свойств глины, применяемых в производстве. При сухом прессовании лицевого кирпича, в частности, важную роль играет величина упругих деформаций керамической массы. Спрессованный сырец после прекращения действия прессового давления несколько увеличивается в объеме.

Пластичные глины имеют более ярко выраженные упругие свойства по сравнению с тощими и сильно запесоченными глинами. Этим и объясняется тот факт, что тощие массы расслаиваются (в изделиях возникают трещины) лишь в результате приложения очень больших давлений.

При добавлении к пластичной глине шамота или песка пропрессовываемость сырца ухудшается и вместе с этим повышается предел его прочности. Количество добавляемого шамота или песка в каждом конкретном случае должно быть определено экспериментальным путем. Важен также подбор зернового состава шихты; хорошая пропрессовываемость достигается при содержании крупных (1–2 и 2–3 мм) фракций – 40–50%, а мелких (0–1 мм) – 50–60% [2].

Равномерность и длительность прессового давления зависит от типа применяемых прессов. Наиболее пригодны прессы, обеспечивающие равномерное двустороннее ступенчатое давление – низкое для удаления вовлеченного воздуха и высокое для окончательного прессования. При оптимальном режиме прессования нарастание давления с 3 до 13–15 МПа должно длиться в 5–6 раз больше, чем от 0 до 13 МПа. Время прессования должно быть не менее 1,5–3,5 с.

Для полусухого прессования применяют прессы различных систем: гидравлические, ротационные, коленно-рычажные и ударного действия (фрикционные). По технологическим признакам различают прессы с односторонним и двухсторонним приложением усилия давления или с подвижной пресс-формой, прессы с одноступенчатым и многоступенчатым прессованием и прессы с постепенным приложением давления или с мгновенным (ударным) действием. По способу регулирования давления прессования различают прессы с гидравлическими регуляторами давления и прессы, действие которых регулируется высотой засыпки пресс-форм глиняным порошком.

Для полусухого (компрессионного) способа формования наиболее подходят механические и гидравлические прессы с максимальным давлением прессования 15–25 МПа. Максимальный размер зерен при этом должен быть не менее 3 мм, при влажности керамической шихты 8–11% [2].

4.3. Обжиг изделия

Обжиг имеет решающее значение для придания готовому изделию специальных «керамических» свойств – прочности, плотности, водоустойчивости и др. Весь процесс обжига разделяется на три периода: нагрев до максимальной температуры, выдержка при этой температуре и охлаждение. При нагреве и последующем после обжига охлаждении в керамическом материале происходит комплекс физико-химических изменений, которые в основном и предопределяют те или иные свойства готового керамического изделия.

При обжиге изделий строительной керамики спекание в основном происходит вследствие образования эвтектической жидкой фазы, растворения в ней некоторых компонентов и цементации ею всех кристаллических и зерновых образований при охлаждении.

Под температурным режимом обжига понимают зависимость между температурой и временем обжига. Режим обжига представляет собой комплекс взаимосвязанных факторов: скорости подъема температуры, конечной температуры обжига, длительности выдержки при конечной температуре, характера газовой среды и скорости охлаждения.

Под интервалом обжига понимают температурные границы, в пределах которых изделия при обжиге приобретают свойства, регламентированные действующим ГОСТом.

Для обжига изделий лицевой керамики применяются печи различных типов и конструкций, в основном туннельные и щелевые. Принцип конструкции печей туннельного типа заключается в непрерывном продвижении в обжиговом туннеле шириной 1,6–7 и длиной 50–150 и обжиговых вагонеток с установленными на них изделиями. При движении в обжиговом канале вплоть до выхода из печи изделия последовательно проходят все зоны тепловой обработки по установленному температурному режиму.

В щелевых печах керамические изделия движутся в обжиговом канале по роликовому или сетчатому конвейеру в один ряд по высоте, что позволяет резко сократить время обжига и уменьшить расход топлива на единицу обожженной продукции. Скоростной обжиг позволяет легко изменять время нахождения изделий в печи в зависимости от формы и размеров, а также температуру обжига. Однако при этом требуется более энергоемкое оборудование для подготовки компонентов глиномасс (измельчение менее 0,06 мм) и введение плавней.

5. Сортировка и упаковка изделия

Сортировка материалов оказывают существенное влияние на качество и стоимость конечного продукта.

Пакет с кирпичом должен быть обтянут пленкой равномерно по всей высоте пакета, верхние края плотно запаяны. Сваренные передний и задний швы не должны иметь разрывов, точечной сварки, а вся упаковка не иметь прожогов.

Упакованный в полиэтиленовую термоусадочную пленку и полиэстеровую ленту пакет должен обеспечивать:

      сохранность при транспортировании, складировании и хранении;

      стабильность формы и размеров;

      устойчивость штабелей.

Высота складирования не должна превышать 4-х, установленных друг на друга на ровных горизонтальных площадках, пакетов. При этом должны быть соблюдены все требования техники безопасности.

Назначение сортировки: до дробления – выделить куски материала, размеры которых больше допускаемых для данной машины; выделить куски или частицы, размеры которых меньше, чем размеры конечного продукта. После дробления и помола – разделить по крупности частицы материала, из которых в определенной пропорции составляющие массы или шихты, а при замкнутом цикле помола выделить крупные частицы, чтобы направить их для повторного измельчения; удалить из материала случайно попавшие в них металлические предметы или опилки; произвести обогащение материала.

Контроль качества осуществляется по следующим критериям:

      соответствие реальной прочности на сжатие заявленной марке. Производят кирпич марок М75, М100, Мl25, М150, М200, М250, М300. Цифры обозначают предел прочности в кг/см²; подбирать материал надо исходя из расчета нагрузки на стены;

      соответствие пористости марке по морозостойкости, т. е. количеству циклов попеременного замораживания/оттаивания, которое способен «пережить» кирпич, находясь в воде более суток.

      соответствие водопоглощения нормативу – не меньше 8% для полнотелого кирпича и не меньше 6% для пустотелого;
cоответствие изделия заданному размеру.

      Как и прежде, стандарт – 250×120×65 мм., полуторный кирпич – 250×120×103 мм и двойной – 250×l20×138 мм. Однако, во всех случаях отклонение размеров от стандарта (или от размеров, указанных в договоре) не должно превышать: по длине ±5 мм, по ширине ±4 мм, по толщине ±3 мм. Для облицовочных изделий требования по отклонениям строже: по длине ±4 мм, по ширине ±3 мм, по толщине -2..+3 мм.

      количество т. н. «половняка» в партии не превышает 5%;

      соответствие внешнего вида стандарту. Поверхность граней должна быть плоской, ребра – прямолинейными. Правда, у строительного материала допускаются закругления вертикальных ребер радиусом до 15 мм;

      cоответствие экологической норме. Удельная эффективная активность естественных радионуклидов не должна превышать 370 Бк/кг;

      кирпич не должен содержать включений извести и камней. В принципе, известь входит в состав сырьевой глины, но при этом она мелко помолота. Если же остаются крупные частицы, в дальнейшем они начинают впитывать влагу и разбухают (появляет т. н. «дутик»), откалывая мелкие кусочки кирпича;

      масса любого кирпича в высушенном состоянии не должна превышать 4,3 кг.

Заключение

Производство кирпича возможно несколькими методами. В данном курсовом проекте предусмотрен полусухой метод прессования.

Одним из преимуществ полусухого способа производства является возможность использования глин низкой пластичности, отсутствие необходимости в сушильных вагонетках и использование коротких сушил. Если сырец хорошо высушен, это повышает выход продукции 1-го сорта, дает возможность вести процесс обжига более интенсивно и следовательно, более рационально использовать печи, эксплуатация которых обходится значительно дороже, чем сушилок. Однако наряду с экономией времени и теплового агента на сушку и обжиг, увеличиваются расходы на установку аппаратов для сушки и помола глины.

При полусухом прессовании сырец дает значительно меньшую линейную и объемную усадку, что обусловливается большой плотностью и меньшей влажностью сырца. Упрощается процесс автоматизации загрузки изделий.

Список использованной литературы

1. Справочник. Строительные материалы.. № 24 – М, 2005.

2. Госин Н.Я., Соболев М.А. Производство керамического кирпича. – М.: Стройиздат, 1971.-207с.

3. Комлева Г.П., Комлев В.Г. Основы проектирования заводов по производству ТН и СМ. Иван. Хим.-технол. ун-т. – Иваново, 2004.-111с.

4. Кашкаев И.С., Шейман Е.Ш. Производство керамического кирпича. – М.: Высшая школа,1974.-287с.

5. Кондратенко В.А., Пешков В. Н. журнал «Стройпрофиль» № 4 – М, 2004.

2