Производство кирпича. 2

       Введение 

       Внешние стены зданий под воздействием атмосферных  осадков периодически увлажняются, вследствие чего увеличивается теплопроводность стен. Следовательно, облицовочные материалы, должны обладать большой водонепроницаемостью и не допускать проникания воды к  основному материалу стен. Очень  опасно и разрушительно для наружной облицовки совместное действие воды и низких температур. Поэтому облицовочные материалы должны быть морозостойкими и выдерживать без видимого разрушения многократное замораживание и оттаивание в насыщенном водой состоянии. Облицовка  должна надежно противостоять механическим воздействиям – удару, сжатию, излому, т.е. обладать высокой прочностью. Кроме  того, она должна иметь красивый внешний вид, правильную форму и  хороший естественный цвет, не меняющийся в течение длительного времени  под воздействием различных факторов (солнечный свет, перепад температур, атмосферные осадки, газы, находящиеся в воздухе, и др.). Важным качеством для облицовочных материалов является простота их укладки в конструкцию стены и надежность крепления.

       Кирпичи камни лицевые, в настоящее время  являющиеся основными облицовочные керамическими материалами, делают сплошными и пустотелыми. Лицевая  поверхность их может быть гладкой, рифленой или офактуренной.  Рельефное офактуривание поверхности достигается дополнительной обработкой влажного сырца специальными гребенками и рифлеными валиками. Изготовляют эти материалы из глин с добавкой или без них, формуют и обжигают примерно в тех же условиях, как и другие керамические изделия. При облицовке фасадов зданий надежность крепления этих материалов достигается тем, что их кладут одновременно со стенами; таким образом, облицовочные кирпичи и камни служат и конструктивным несущим элементом наряду с обычным стеновым материалом.

       В данный момент в производстве керамического  кирпича сосредоточено внимание на совершенствовании технологии, улучшении  качества выпускаемой продукции  и расширении ассортимента. При строительстве  новых предприятий предусматривается  установление автоматизированных и  высокомеханизированных технологических  линий на базе современного отечественного и импортного оборудования. Осваивается  выпуск эффективной пустотелой продукции, которая должна постепенно заменять традиционный полнотелый кирпич. Это  позволит не только экономить сырьё, но и уменьшать толщину и массу  наружных стен без снижения их теплозащитных  свойств, а также создавать облегчённые  конструкции панелей для индустриализации строительства.

             Быстро развивается  производство материалов и изделий  индустриального применения. Лицевые  керамические изделия еще сохраняют  видное место в строительстве. 

1 Номенклатура выпускаемой продукции 

       Лицевые керамические кирпич и камни подразделяют на рядовые и профильные в зависимости  от формы и назначения их.

       Кирпич  глиняный пластического прессования - наиболее распространённый стеновой керамический материал. Обычно заводы вместе с кирпичом выпускают эффективные  и большеразмерные камни, кирпич и камни лицевые; к этой же группе материалов относится и кирпич полусухого прессования. Кирпич и камни по ГОСТ 530-95 изготовляют из глинистых и  кремнезёмистых  пород (трепела, диатомита), лёссов и промышленных отходов угледобычи, углеобогащения, а также зол, шламов с минеральными и органическими  добавками или без них. Кирпич можно изготовлять полнотелым или  пустотелым, а камни - только пустотелыми.

       Кирпичи в зависимости от размеров подразделяются на виды, указанные в таблице 1.1

                                                                         Таблица 1.1

       По  теплотехническим свойствам и плотности (объёмной массе) кирпич и камни в  высушенном до постоянной массы состоянии  подразделяются на три группы:

       - эффективные, улучшающие теплотехнические  свойства стен

       и позволяющие уменьшить их толщину  по сравнению с толщиной стен, выполненных  из обыкновенного кирпича. К этой группе относят кирпич плотностью не более 1400 кг/м³ и камни плотностью не более 1450 кг/м³;

       -  условно эффективные, улучшающие  теплотехнические

       свойства  ограждающих конструкций. К этой группе относят кирпич плотностью свыше 1400 кг/м³ и камни плотностью свыше1450 и до 1600 кг/м^3;

       - обыкновенный кирпич плотностью  свыше 1600 кг/м³.

       Масса кирпича и камней должна удовлетворять  требованиям ГОСТ 22951-78. По прочности  кирпич и камни подразделяют на марки 300,250, 200, 175, 150, 125, 100, 75. По морозостойкости кирпич и камни подразделяются на марки Мрз 15, Мрз 25, Мрз 35 и Мрз 50.  

       Кирпич  и камни должны удовлетворять  требованиям настоящего стандарта  и изготовляться по технологическим  регламентам, утверждённым в установленном  порядке. Кирпич и камни керамические имеют форму прямоугольного параллелепипеда  с прямыми рёбрами и углами и ровными гранями на лицевых  поверхностях. Поверхность граней может  быть рифлёной. Допускается изготовление кирпича и камней с закруглёнными  углами радиусом закругления до 15 мм. Пустоты в кирпиче и камнях должны располагаться перпендикулярно  или параллельно постели и  могут быть сквозными и несквозными. Размер сквозных цилиндрических пустот по наименьшему диаметру должен быть не более 16 мм, ширина щелевидных пустот - не более 12 мм. Диаметр несквозных пустот не регламентируется. Размер горизонтальных пустот не регламентируется. Толщина  наружных стенок кирпича и камней должна быть не менее 12 мм. Отклонения от установленных размеров и показателей  внешнего вида кирпича и камней не должны превышать на одном изделии  следующих значений:

       1.Отклонение  от размеров, мм:

       - по длине           ________   ±7

       - по ширине        ________   ±5

       - по толщине:

       кирпича       ________   ±3

       камня           ________   ±4

       2. Непрямолинейность ребер и граней  кирпича и камней,

       мм, не более:

       - по постели        ________   4

       - по ложку                    ________   6

       3. Отбитости углов глубиной от 10 до 15 мм, шт._______2

       4. Отбитости и притупленности ребер,  не доходящие до

       пустот, глубиной более 5 мм, длиной по ребру  от 10 до 15 мм, шт.__________2

       5. Трещины протяжённостью по постели  полнотелого

       кирпича до 30 мм, пустотелых изделий не более, чем до первого ряда пустот (на кирпиче- на всю толщину, на камнях- на ½ ложковой или тычковой

       граней), шт.

       - на ложковых гранях_________________1

       - на тычковых гранях_________________1

       Общее количество кирпича и камней с  отбитостями, превышающими допускаемые, не должно быть более 5%. Количество половника  в партии не должно быть более 5%. Половником считают изделия, состоящие из парных половинок или имеющие трещины  протяжённостью по постели полнотелого  кирпича более 30 мм, пустотелых изделий- более чем до первого ряда пустот (на кирпиче на всю толщину, на камнях на ½ ложковых или тычковых граней). Недожог и пережог  кирпича и камней являются браком; поставка таких изделий потребителю не допускается. Известковые включения (дутики), вызывающие после испытания разрушение изделий или отколы на их поверхности размером по наибольшему измерению от 5 до 10 мм в количестве более трёх, не допускаются.

       Водопоглощение  кирпича и камней, высушенных до постоянной массы, должно быть для полнотелого  кирпича не менее 8%, для пустотелых изделий - не менее 6%. Кирпич и камни  в насыщенном водой состоянии  должны выдерживать без каких-либо признаков видимых повреждений (расслоение, шелушение, растрескивание,

       выкрашивание) не менее 15, 25, 35, и 50 циклов попеременного  замораживания и оттаивания, в  зависимости от марки по морозостойкости.

       Кирпич  и камни высшей категории качества должны удовлетворять требованиям:

       - пустотелые должны быть эффективными  или условно

       эффективными  и иметь марку по прочности  не менее 100;

       - полнотелый кирпич должен иметь  марку по прочности не менее  150;

       - морозостойкость изделий должна  быть не менее Мрз 25;

       -общее  количество кирпича и камней  с отбитостями, превышающими допускаемые,  не должно быть более 3%.

       Не  допускаются в кирпиче  и камне  трещины, а также пятна, выцветы  и загрязнения на лицевой поверхности, видимые на расстоянии 10 м.

       В данном курсовом проекте расчеты  проводят, принимая к выпуску кирпич керамический полнотелый с размерами: 

       -   длина     250 ± 5 мм;

       -   ширина   120 ± 4 мм;

       -   толщина  65 ± 13  мм.

       Рисунок 1.1  
 

       2 Характеристика сырьевых  материалов 

       Кирпич  изготовляют из чистых глин либо из глин с добавкой непластичных материалов. В ряде случаев в состав шихты  вводят отощающие добавки.

       Основным  сырьём для производства кирпича  являются глины – горные землистые породы, 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.

       Основным  видом сырья для производства глинистого кирпича являются легкоплавкие глинистые породы и каолины.

       В зависимости от соотношения глины  и песка глинистая порода носит  различные названия:

       Глины …от 1:0 до 1:1

       Суглинки

             Тяжелые …от 1:1 до 1:3

             Средние              1:4

             Легкие   …от 1:4 до 1:7

       Супеси          …от 1:7 до 1:10

       Глинистые пески …от 1:10 до 1:50

       Из  этих разновидностей глинистых пород  в кирпичном производстве преимущественно  используют суглинки – от тяжелых  до легких. Супеси иногда служат отощающей  добавкой.

       Добычу  сырья осуществляют на карьерах открытым способом – экскаваторами. Транспортировку  сырья от карьера к заводу производят автосамосвалами, вагонетками или  транспортерами при не большей удаленности  карьера от цеха формовки. Заводы по производству керамических материалов, как правило, строят вблизи месторождения  глины, а карьер является составной  частью завода.

       Свойство  глины, добываемой в карьере, неоднородны. По толщине залегания обычно меняется пластичность, засоренность, влажность  и химический состав сырья.

       Поэтому глины, залегаемые в карьере в  их естественном состоянии, без предварительной  подготовки не пригодны для изготовления кирпича.

       Наиболее  целесообразно добывать глину в  летнее время, заготавливать ее в  стационарных утепленных глинохранилищах, откуда подавать глину на дальнейшую обработку. Капитальные затраты  на сооружение такого глинохранилища и оборудования его средствами механизации (конвейерами, автоматически управляемыми многоковшовым экскаватором или  мостовым краном с грейферным захватом) окупаются в течение нескольких лет за счет улучшения качества глины, возможности более рациональной одно - двух месячной добычи глины в карьере только в наиболее благоприятные погодные условия, устранения затрат труда на утепление карьеров, открытых «конусов» или других временных глинозапасниках.

       Глиняные  материалы образовались в результате выветривания изверженных полевошпатовых горных пород.

       Глины, применяемые в чистом виде, а чаще - в смеси с добавками (отощающими, порообразующими, плавнями, пластификаторами). Под глинами и каолинами понимают природные водные алюмосиликаты  с различными примесями, способные  при замешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое после  обжига необратимо переходит в камнеподобное  состояние.

       Глины разнообразны по минеральному составу, они больше загрязнены минеральными и органическими примесями.

       В глинах могут быть примеси снижающие, температуру плавления: карбонат кальция, полевой шпат, Fe(OH)₃, Fe20₃. Камневидные включения СаС0₃ являются причиной появления «дутиков» и трещин в керамических изделиях, так как гидратация СаО, получившегося при обжиге керамических изделий, сопровождается увеличением его объема. Часто встречающаяся примесь оксида железа придает глине привычную красную окраску. Вообще же окраски глин весьма разнообразны: от белой, коричневой, зеленой, серой до черной. Окраска глин зависит от примесей как минерального, так и органического происхождения богатых углеродом.

       Отощающие добавки. Отощающие добавки вводятся в состав керамической массы для понижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин. В качестве отощающих добавок используют шамот, дегидратированную глину, песок, золу ТЭС, гранулированный шлак.

       Шамот - зернистый керамический материал (с зернами 0,14-2 мм), получаемый измельчением глины, предварительно обожженной при той же температуре, при которой обжигаются изделия. Его можно получить, измельчая отходы обожженного кирпича. Шамот улучшает сушильные и обжиговые свойства глин, поэтому его применяют для получения высококачественных изделий - лицевого кирпича, огнеупоров и т.д. Гранулированный доменный шлак (с зернами до 2 мм) - эффективный отощитель глин при производстве кирпича. Роли отощителей выполняют так же золы ТЭС и выгорающие добавки. 
 
 
 
 
 
 
 

       3 Описание технологического  процесса 

       Производство  стеновой керамики состоит из следующих  основных операций: добыча, транспортирование  и хранение сырьевых материалов, приготовление  керамической массы, формование изделий, сушка и обжиг сырца. Для формования керамических стеновых материалов используется в основном пластический способ, реже – полусухой.

       Как видно из схемы, глина с карьеры  или со склада поступает в ящичный  питатель для дозирования и ленточном  конвейером подается в  дезинтеграторные вальцы,  где глина измельчается и освобождается от крупных твердых  включений. Для более эффективного измельчения к вальцам добавляют  бегуны.  Далее она направляется в глиномешалку, в которой, если необходимо, масса дополнительно увлажняется  до (18-25%) и перемешивается до получения  однородной массы. По другой ветви поступают  отощающие добавки. Сначала они  проходят дробилку и грохот, затем  при помощи питателя также подаются в дозированных количествах в  глиномешалку.

       Тщательно приготовленная однородная масса поступает  затем в ленточный пресс.

       Для работы автоматизированных линий необходимо в технологической схеме перед  прессом предусматривать шихтозапасник  для равномерной выдачи массы.

       Формование  – одна из основных операций при  производстве керамических изделий. Формованный  глиняный брус разрезается на отдельные  кирпичи струнным резательным автоматом, затем автомат-укладчик укладывает кирпич-сырец на сушильные вагонетки, транспортировка которых осуществляется с помощью электропередаточной  тележки. Свежесформованный сырец  надо транспортировать осторожно во избежание его деформации. Кроме  того, надо стремиться к наиболее рациональной укладке изделий в сушилке. Кирпич-сырец  поступает на сушку в туннельное сушило. Для сушки используется горячий  воздух из туннельной печи, атмосферный  воздух и рециркулят, а также дымовые  газы из топки. Отработанный теплоноситель  после очистки поступает в  атмосферу. Срок сушки от 24 ч до 3 сут.

       После завершения процесса сушки сушильные  вагонетки поступают к автомату-перекладчику, который осуществляет садку полуфабриката  на обжиговые вагонетки для последующего обжига в печи. Обжиг проводят в  туннельной печи при температуре 1000^оС. Она представляет собой канал сечением 3,5-5,5 м², длиной до 120 м. В канале уложены рельсы, по которым движутся вагонетки с кирпичом сырцом. Туннельная печь имеет три зоны: подогрева, обжига и охлаждения, через которые последовательно в течение 18-36 ч проходят вагонетки с кирпичом-сырцом. Туннельные печи наиболее экономичны из-за более механизированного использования тепла. Брак кирпича в туннельных печах сравнительно небольшой. В качестве теплоносителя используются продукты сгорания газа. При обжиге  за счет удаления влаги и сближения в результате этого частиц, вследствие фазовых и химических превращений, частичного получения жидкой фазы протекают структурообразующие процессы. Из печи забирается горячий воздух на сушку в туннельное сушило, а отработанные дымовые газы после очистки выбрасываются в атмосферу. После окончания обжига вагонетки подаются на участок разгрузки, где установлен автомат разгрузки и пакетировки. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       3.1 Приготовление изделия. 

       Технологический процесс производства керамического  кирпича является по существу процессом  создания и непрерывных изменений  структуры керамической массы: измельчения, смешивания, увлажнения, проминания при  обработке массы, образование коагуляционной структуры и деформирования при  формовании, потеря влаги и уменьшение размеров после сушки, образование  кристаллизационной структуры и  усадки в результате обжига. Поэтому  от качественного проведения технологического процесса зависит качество получаемого  кирпича. 

       В данном курсовом проекте рассматривается  полнотелый, без добавок кирпич, весом 4,5 кг.

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

       Карьерные работы включают добычу, транспортирование  и хранение промежуточного запаса глины.

       Вылеживание замоченной глины и ее вымораживание  в течение годичного срока  на открытом воздухе разрушает природную  структуру глины, она диспергируется на элементарные частицы, что повышает пластичность и формовочные свойства керамической массы.

       Механическая  обработка глины осуществляется с помощью глинообрабатывающих  машин и имеет цель: выделение  либо измельчение каменистых включений, гомогенизацию керамической массы  и получение нужных формовочных  свойств. Выделение каменистых включений  из глины осуществляют, пропуская  глину через винтовые камневыделительные  вальцы или применяя другие специализированные машины. Практически полного выделения  камней из глины можно добиться гидравлическим обогащением: глину распускают в  глиноболтушках, а затем шликер пропускают через сито, на котором определяются камни размером более 0,5 мм; обезвоживание  шликера осуществляют в мощных распылительных сушилках.

       Для того чтобы получить из имеющегося сырья высококачественные изделия, необходимо в первую очередь глиняную массу надо сделать однородной т.е. усреднить ее.

       Усреднение  глины производят в процессе ее добычи в карьере, а также путем  перевалки  ее в открытые глинозапасники, так  называемые конуса или же стационарные глинохранилища закрытого типа.

       Усреднение  глины с дополнительным ее вылеживанием даже в больших массивах улучшает перемешивание разнородных по свойствам  слоев глины, содействует некоторому разрушению ее природной структуры, повышает эффективность последующей  механической обработке ее.

       Глина, кроме пластичности и связующей  способности, как исходное керамическое сырье обладает еще целым рядом  других, не менее важных как физических, так и химических свойств. В тесной связи с пластичностью находиться вязкость, благодаря которой отдельные частицы массы взаимно связываются.

       Главнейшими свойствами массы являются: во первых, ее пластичность позволяющая формовать  изделие и, во-вторых, известная устойчивость при обжиге.

       В технологическом процессе производства керамических изделий большое значение имеет измельчение глинистых  материалов. Для измельчения применяют  различные дробильно-размольные машины. Выбор машин обусловливается  твердостью, плотностью, вязкостью, однородностью, влажностью глинистых материалов и  размерами кусков.

       Дробильно-размольные машины подразделяются на машины первичного дробления (стругачи, камневыделительные и дезинтеграторные вальцы) и вторичные  измельчения (бегуны, вальцы тонкого  помола, глинорастиратели). Машины первичного дробления глинистые материалы  поступают с карьера или со склада сырья, а в машины вторичного измельчения подаются материал, прошедший  первичное дробление.

       Тщательное  измельчение глинистых материалов, как и вылеживание в глинозапаснике способствует повышению прочности  изделий на 10-15%, по сравнению с  изделиями, изготовленными из глин, взятых непосредственно из карьера.

         Измельчение глины производят  после выделения каменистых включений.  Если в глине их нет, то  после доставки на завод ее  сразу подвергают грубому дроблению,  а уже потом тонкому измельчению.

       После тонкого измельчения глину надо промять, чтобы получить глиняную массу  с нужной формовочной влажностью. На кирпичных заводах глину проминают  в открытых лопастных глиномялках  с водяным орошением и паровым  увлажнением глиняной массы. Паровое  увлажнение увеличивает производительность ленточных прессов и снижает  потребляемую ими мощность на 15-20% по сравнению с водяным орошением  глины.

       Повысить  качество кирпича можно увлажнением  массы водой. Время пребывания глиняной массы в смесителе всего несколько  минут, тогда как длительность набухания  многих глин составляет от 0,5 до 4 часов, а для некоторых и более. Поэтому  однократное увлажнение в смесителе  часто сводиться к поверхностному орошению отдельных кусочков глины, но не к полному введенной в  глину воды, глиняная масса, выходящая  из смесителя обладает влажностью неоднородностью. Чтобы обеспечить равномерную влажность  по всему объему, увлажнение следует  производить в начале технологической  линии. В процессе обработки предварительно увлажненной глины непрерывно обнажаются новые поверхности глинистых  частиц, взаимодействующие с водой, что ускоряет впитывание воды и набухание  глины.

       Смеситель устанавливается в начале технологической  линии, одновременно с перемешиванием производит увлажнение горячей водой. Вода направляется в первую очередь в начало смесителя для того, чтобы по всей длине перемешивалась увлажняемая масса.

       Пластичная  глиняная масса состоит из твердой  минеральной фазы, воды и воздуха, содержание которого достигает 10%. Наличие  воздуха в глине замедляет  процесс проникновения в нее  влаги, приводит к ее неравномерному уплотнению во время формования и  вызывает в сформованном изделии  напряжения от упругости сжатого  воздуха, являющиеся причиной образования  микротрещин. Воздух снижает формовочную  способность глиняной массы, являясь  как бы ее излишним отощителем.