Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Керамический камень

1 Основные свойства сырья и вспомогательных материалов

Сырьевыми материалами для производства керамических изделий являются каолины и глины, применяемые в чистом виде, а чаще – в смеси с добавками (отощающими, порообразующими, плавнями, пластификаторами).

Под каолинами и глинами понимают природные водные алюмосиликаты с различными примесями, способные при замешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое после обжига необратимо переходит в камнеподобное состояние.

Каолины состоят почти исключительно из минерала Al₂O₃ 2SiO₂^.2H₂O и содержат значительное количество частиц меньше 0,01мм. После обжига сохраняют белый цвет.

Глины более разнообразны по минеральному составу, они больше загрязнены минеральными и органическими примесями. Глинистое вещество (с частицами меньше 0,005мм) состоит в основном из каолинита и родственных ему минералов – монтмориллонита Al₂O₃ 4SiO₂ nH₂O, галуазита Al₂O₃ 2SiO₂ 4H₂O [http://works.tarefer.ru/82/100575/index.html].

Глины для производства керамических камней должны обладать следующими основными свойствами: пластичностью, спекаемостью, связующей способностью, сушильными свойствами и огнеупорностью.

Пластичностью глины называют ее свойство во влажном состоянии принимать под влиянием внешнего воздействия желаемую форму без образования разрывов и трещин, а также сохранять полученную форму при последующих сушке и обжиге. Число пластичности для глин средней пластичности Пл=7-15. Степень пластичности зависит от минералогического и гранулометрического составов, формы и характера поверхности зёрен, содержания в глине растворимых солей и органических примесей и количества воды, взятой для приготовления глиняной массы [Горчаков]. Пустотелые керамические камни изготовляют из глин средней пластичности.

Связность и связующая способность - способность глиняного теста сохранять при высыхании глиняную форму. Усилие, необходимое для разделения частиц глины, показывает степень связности. Связующая способность глины определяет возможность связывать частицы непластичных материалов (песка, шамота и др.) и образовывать при высыхании достаточно прочный полуфабрикат заданной формы.

Сушильные свойства характеризуют отношение пластичного глиняного теста к сушке. Важнейшее из них - воздушная усадка – уменьшение в объеме глиняного теста при удалении воды, выражаемое в % от первоначального размера образцов. Обычно воздушная усадка составляет 2…20 %. Она зависит от первоначальной влажности материала, его химико-минералогического состава и режима сушки.

Огнеупорность – способность керамических изделий противостоять воздействию высоких температур, не расплавляясь. Её определяют по «температуре падения» пироскопа – образца из испытуемого материала в виде усеченной трёхгранной пирамиды. За температуру падения пироскопа понимают ту температуру, при которой он размягчается настолько, что его вершина наклоняется и касается подставки.

Спекаемость – способность глин при обжиге уплотняться с образованием твёрдого камнеподобного черепка, что является результатом взаимодействия различных компонентов керамической массы при обжиге [Сулименко].

Огневая усадка – уменьшение линейных размеров и объёма глиняного сырца при его обжиге.

Характеристика сырья для получения керамических изделий приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Характеристика сырья для получения керамических изделий

Вид сырья	Показатель	Размерность	Значение (норма)	Источник Информации
1	2	3	4	5
Глина	Химический состав	%
	SiO₂		50,98 (60-80)
	Al₂O₃		19,51 (10-15)
	Fe₂O₃		6,64 (3-10)
	FeO		0,75 (0-3)
	TiO₂		0,60 (0-5)
	CaO		3,90 (0-25)
	MgO		2,03 (0-3)
	SO₃		0,62 (0-5)
	K₂O		0,52 (1-5)
	Na₂O		0,92 (0-2)
	Гранулометрический состав Частицы менее 5 мк: 5мк-1мк	%	19 (6-30)
	<1мк		31 (9-50)
	Частицы от 5 до 50 мк: 5мк-10мк		42 (10-55)
	10мк-50мк		13 (12-46)
	Частицы от 50 мк до 1мм: 50мк-250мк		20 (2-26)
	250мк-1мм		2 (0,2-12)

Продолжение таблицы 1.1 Характеристика сырья для получения керамических изделий.

Вид сырья	Показатель	Размерность	Значение (норма)	Источник Информации
1	2	3	4	5
Глина	Минералогический состав			[Сайбулатов]
	Глинистые минералы	%	26 (30)
	Кварц		7 (10)
	Полевой шпат		36 (45)
	Оксиды		4 (5)
	Слюды, хлориты, пироксены		7 (10)
	Огнеупорность	⁰С	1150-1250 (1350)
	Дисперсность <10мк <1мк	%	53 (40-85) 34 (20-60)
	Пластичность	Число пл.	12 (7-15)
Кварцевый песок	Химический состав
	SiO₂		71 (98,98)
	Al₂O₃		0, 52 (0,67)
	Fe₂O₃	%	0,024 (0,03)
	TiO₂		0,02 (0,03)
	CaO		0,3 (0,33)
	MgO		0,19 (0,21)
	K₂O		0, 04(0,025)
	Na₂O		0,025(0,08)
	Содержание влаги	%	0,5 (0,5)

2 Номенклатура выпускаемой продукции и ее свойства

Керамический камень на сегодняшний день является распространенным и важным строительным материалом. Его применяют для кладки наружных и внутренних стен, для изготовления стеновых панелей (двух- и трехслойных), блоков, перегородок, а также фундаментов и цоколей, находящихся не ниже уровня гидроизоляции.

Камни могут быть только пустотелыми. Количество и формы пустот очень разнообразны. Поверхность граней не редко изготовляют рифленой. Пустоты в изделиях должны располагаться перпендикулярно или параллельно постели и могут быть сквозными и несквозными. Ширина щелевидных пустот должна быть не более 16 мм, а диаметр цилиндрических сквозных пустот и размер стороны квадратных пустот - не более 20 мм.

Для укрупненных камней допускаются технологические пустоты (для захвата при кладке) с площадью сечения пустот не более 13% от площади основания. Диаметр несквозных пустот и размеры горизонтальных пустот не регламентируют. По ГОСТ 530-95 поверхность граней изделий должна быть плоской, ребра — прямолинейными. Допускается выпускать изделия с закругленными вертикальными ребрами с радиусом закругления не более 15 мм. По фактуре поверхности (ложковой, тычковой) изделия могут быть гладкими или рифлеными [ГОСТ 530-95 «Кирпич и камни керамические»].

Преимущество керамических камней по сравнению с кирпичами заключается в увеличенном размере по высоте камня до 138 мм., что сокращает количество растворных швов в стене. Благодаря щелевидным узким пустотам и большей высоте теплозащитные свойства таких камней выше, чем пустотелого кирпича. Применение их в строительстве позволяет уменьшить толщину стен с 2,5 до 2 кирпичей, т. е. вместо наружных стен толщиной 64 см возводить наружные стены толщиной 51 см.

Допускаемые отклонения от размеров камней не должны превышать: по длине ±4 мм, по ширине ±3 мм, по толщине ±3 мм.

По средней плотности в сухом состоянии камни подразделяются на две группы:

- эффективные, улучшающие теплотехнические свойства стен и позволяющие уменьшать их толщину, по сравнению с толщиной стен, выполненных из обыкновенного кирпича. К этой группе относятся камни, плотностью не более 1450 кг/м³;

- условно-эффективные, улучшающие теплотехнические свойства: камни со средней плотностью 1450...1600 кг/м³ [Августиник].

Камень керамический обладает рядом преимуществ и достоинств:

- повышение производительности труда каменщиков на 10%;

- уменьшение количества раствора;

- хорошее сочетание с кирпичом других форматов;

- уменьшение количества швов, что, соответственно, уменьшает количество мостиков холода.

Пористость керамического черепка обычно составляет 10-40%, она возрастает при введении в керамическую массу порообразующих добавок.

Стремясь снизить плотность и теплопроводность, прибегают к созданию пустот в керамических камнях.

Теплопроводность абсолютно плотного керамического черепка большая - 1,16 Вт/(м °С). Воздушные поры и пустоты, создаваемые в керамических изделиях, снижают плотность и значительно уменьшают теплопроводность, так, например, снижение плотности стеновых керамических изделий с 1800 до 700 кг/м³ понижает их теплопроводность с 0,8 до 0,21 Вт/(м °С).

Прочность зависит от фазового состава керамического черепка, пористости и наличия трещин. Марка керамического камня по прочности обозначает предел прочности при сжатии. Марки камня: 300, 250, 200, 175, 150, 125, 100, 75 [Наназашвили].

Морозостойкость. Марка по морозостойкости обозначает число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживает керамическое изделие в насыщенном водой состоянии без признаков видимых повреждений (расслоение, шелушение, растрескивание). Керамические камни имеют марки по морозостойкости: 15, 25, 35, 50, 75.

По ГОСТ 530-95 на поверхности изделий допускается наличие отколов по наибольшему измерению от 3 до 10 мм, числом не более 3 шт. Количество половняка в партии не должно быть более 5 %.

Водопоглощение - это способность материала впитывать и удерживать в своих порах воду. Оно характеризуется количеством воды, которое поглощает сухой материал при погружении и выдерживании в воде, отнесенным к массе сухого материала. Водопоглощение камня, высушенного до постоянной массы, должно быть не менее 6%

Марку камня по прочности устанавливают по значению предела прочности при сжатии. Масса камня в высушенном состоянии не должна быть более 16 кг.

Номенклатура выпускаемой продукции приведена в таблице 2.1

Таблица 2.1 –Номенклатура выпускаемой продукции

Наименование, эскиз	Марка изд.	Габаритные размеры, мм			Вид используемого сырья	Объемcм³	Массакг
Наименование, эскиз	Марка изд.	длина	ширина	толщина	Вид используемого сырья	Объемcм³	Массакг
Камень К	100	250	120	138	Глина легкоплавкая, кварцевый песок	4,14	5,0
Камень КУК	150	250	250	138	Глина легкоплавкая, кварцевый песок	8,6	10
Камень КМ	50	250	250	120	Глина легкоплавкая, кварцевый песок	7,5	9,1
Камень КУК	150	250	200	80	Глина легкоплавкая, кварцевый песок	4	4,7

Далее рассматривается камень керамический.

3 Технологическая схема процесса

Производство керамических изделий включает четыре этапа: карьерные работы, механическую обработку глиняной массы, формование изделий, их сушку и обжиг.

Глину добывают на карьере многоковшовым экскаватором и автотранспортом отвозят на хранение в глинозапасник завода. Из глинозапасника глина подается в бункер глинорыхлителя, а после рыхления направляется на дозирование, осуществляемое ящичным питателем.

Глинорыхлитель предназначен для измельчения крупных мерзлых комьев глины и состоит из корпуса-бункера, большого вала и привода, устанавливаемого на отдельной сварной раме. В нижней части корпуса имеется плоская рама - решетка, образованная продольными балками и 12 неподвижными ножами. Балки имеют коробчатое сечение, внутрь которого в зимнее время может подаваться перегретый пар, что предотвращает намерзание глины на решетку. Била, отлитые из стали, крепятся хомутом на валу квадратного сечения. Привод состоит из электродвигателя, редуктора и кулачковой муфты.

При установке глинорыхлителя в технологическую линию между ним и ящичным питателем предусматривается небольшой промежуточный бункер, обеспечивающий равномерную подачу и грубое дозирование глины.

Пластинчатый ящичный питатель предназначен для дозирования, непрерывной и равномерной подачи компонентов шихты в технологическую линию заготовительного отделения. Он состоит из ящичного корпуса, транспортера, ведущего и натяжного валов, вала с билами для дробления комьев глины и привода. Глина и другие компоненты шихты, загружаемые в соответствующие секции корпуса, последовательно поступают на транспортер и образуют слой определенной толщины, которая регулируется высотой подъема шиберов. При прохождении массы под валом с билами происходит дробление комьев глины и частичное перемешивание компонентов.

Далее сырье перемещается по ленточному транспортеру в глиносмеситель, куда также через дозатор попадает кварцевый песок.

Кварцевый песок привозят автотранспортом, хранят в бункере, откуда подают на просеивание на сита. Частицы размером более 5 мм удаляют в отвал. После просеивания по элеватору кварцевый песок отправляют на хранение в бункер запаса, откуда они подаются на дозирование, осуществляемое ленточным питателем.

Лопастной двухвальный смеситель СМК-125 предназначен для непрерывного равномерного перемешивания, увлажнения и паропрогрева керамических масс, предварительно измельченных и очищенных от включений. Он состоит из корытообразного сварного корпуса, ведомого и ведущего валов, вращающихся навстречу один другому, и привода. На каждом валу укреплено по 22 лопасти. Угол поворота лопастей можно регулировать в плоскости, перпендикулярной к оси вала, в пределах 10—25°С. При уменьшении угла качество перемешивания повышается. Смеситель оборудован системами водяного орошения и пароувлажнения, имеются вентили для воды и пара и автоматизированный клапан давления. Подвод пара и отвод конденсата осуществляются через днище. Нижняя часть корпуса защищена кожухом с теплоизоляцией.

Компоненты глиняной массы подаются через загрузочное отверстие в верхней части корпуса. Смешивание компонентов происходит при встречном вращении лопастных валов. Комья глины измельчаются лопастями, которые продвигают массу к разгрузочному отверстию, находящемуся в нижней части корпуса. Одновременно масса обрабатывается паром и увлажняется водой, поступающей через отверстия перфорированной трубы.

Переработанную массу отправляют на вылеживание в течение 7-10 дней в шихтозапасник. Здесь происходят различные физико-химические процессы, и свойства формовочной массы меняются. Масса усредняется по влажности, но также происходит её тиксотропное упрочнение. Такую массу нельзя подавать сразу на формование. Поэтому вылежавшуюся шихту многоковшовыми экскаваторами подают по ленточному конвейеру на промин и измельчение в вальцы тонкого помола. После чего шихта вновь поступает по ленточному конвейеру на перемешивание и пароувлажнение в лопастной двухвальный смеситель.

Вальцы тонкого помола СМК 516 предназначены для дополнительной переработки глиняной массы, удаления из нее твердых включений, корней и других растительных остатков. Вальцы состоят из двух валков, рамы и привода. Валки вращаются встречно: один валок установлен в подшипниках неподвижно, второй может перемещаться по направляющим на длину 60 мм.

Производство керамического камня отличается от производства керамических кирпичей тем, что глиняная смесь дважды проходит через двухвальный глиносмеситель, для придания ей наивысшей однородности.

Далее глиняная масса проходит через ленточный пресс. Ленточный шнековый безвакуумный пресс СМ-294 предназначен для пластического формования керамических камней из глин влажностью 18—25%. Пресс состоит из станины, цилиндра с головкой, шнекового вала, питающего валка, промежуточного вала и привода.

Автомат-укладчик СМ-678 предназначен для отбора камня-сырца от любого шнекового пресса, укладки его на сушильные рамки, набора пакета рамок с камнями и укладки его на вагонетки туннельных сушил с пятью или шестью полками.

Затем уложенный сырец попадает в накопитель откуда перекладчиком посредством гидротолкателя попадает на автомат-штабелер.

После набора пакета перекладчик, вилы которого в исходном положении находились несколько ниже полок накопителя, поднимается, принимает пакет и переносит его из зоны накопителя в зону поворотного круга, на котором установлена вагонетка. На вагонетке сырец попадает в туннельное сушило.

Туннельное сушило состоит из туннелей. Каждый туннель представляет собой длинный коридор, заполненный вагонетками, на которых уложены полки с камнем. При заталкивании вагонеток весь поезд вагонеток, заполняющих туннель, подвигается на длину одной вагонетки и таким образом с разгрузочного конца туннеля выталкивается вагонетка с уже высушенными камнями.

Следующий этап – туннельная печь. Туннельная печь представляет собой длинный канал, в центре которого установлены рельсовые пути для вагонеток. В туннельных печах обжигаемая продукция передвигается на вагонетках через постоянные тепловые зоны: подогрева, обжига и охлаждения. Печи работают по принципу противотока, т. е. теплоноситель движется навстречу обжигаемым изделиям. Время обжига изделий 24—48 ч.

По всей длине печи, на внутренних сторонах стен, имеется желоб, образованный уголковым железом и поверхностью стен. Желоб засыпают песком, в который погружают фартуки вагонеток (продольные металлические листы, прикрепленные к вагонеткам). Так создают песочный затвор, отделяющий обжигательный канал от подвагонеточного пространства. Песок в песочные затворы подают через бункера, установленные в стенах печи у ее входного конца, и через сделанные в стенах печи наклонные отверстия.

Стыки между вагонетками уплотняют асбестовым шнуром и промазывают глиняной массой.

Система садки сырца на вагонетки туннельной печи должна обеспечивать равномерное распределение газовых потоков по всему сечению печи. Наилучшие результаты достигаются при плотности садки в пределах 40—45% от всего сечения печи. Под плотностью садки подразумевают количество сырца, укладываемого в 1 м³ обжигательного канала печи.

Обожженные изделия автоматом разгрузки попадают на электропогрузчик. Далее происходит упаковка штабелей готового изделия и транспортно-погрузочным краном готовые камни попадают на склад готовой продукции.

Технологическая схема производства керамических камней 3.1

Продолжение технологической схемы 3.1

4 Режим работы завода и цехов

Отправным для расчета технологического оборудования, потоков сырья, состава рабочих и т.д. является режим работы завода, основных цехов.

Режим работы завода, цехов, определяет количество рабочих дней в году, количество смен работы в сутки и рабочих часов в смене. Его устанавливают в соответствии с трудовым законодательством по нормам технологического проектирования предприятии.

Режим работы завода характеризуется двумя основными показателями: число рабочих дней в год (D) и количество смен в сутки (N).

При восьми часовой рабочей смене данного предприятия установлены следующие режимы работы:

- Для цехов с сушкой, обжигом и другим непрерывно действующим оборудованием применяется режим с непрерывной работой цеха в течение суток с учетом коэффициента k – коэффициентом использования оборудования. k=0,830…0,942. Принят коэффициент k=0,84.

Для цехов с периодической работой оборудования: по заготовлению, транспортированию сырья, полуфабриката, подготовки сырьевой смеси, формовки изделий и др. применяется двух сменный режим. Принята работа по непрерывной рабочей неделе с 260 рабочими днями в
год при условии создания необходимого запаса материалов. А количество
смен в сутки – две, с тем, чтобы в третью смену можно было провести текущий и профилактический ремонт оборудования.

Готовая продукция со склада транспортируется непосредственно до пункта назначения, при этом принят режим непрерывной рабочей недели в одну смену. Режим работы завода приведён в таблице 4.1

Таблица 4.1 –Режим работы

Наименование технологической операции	Сменность	Количество рабочих дней в год
1 Заготовка сырья в карьере	2	260
2 Транспортировка сырья	2	260
3 Подготовка сырьевых материалов	2	260
4 Формование изделий	2	260
5 Сушка изделий	3	303
6 Обжиг	3	303
7 Транспортирование и складирование готовой продукции	2	260
8 Отпуск готовой продукции	1	260