Технология производства керамического ангобированного кирпича

ВВЕДЕНИЕ

Слово «керамика» произошло от греческого «Keramos», что означает «глина». «Керамика» обозначает изделия из смесей глин, песка и других природных материалов. После приготовления смеси придается нужная форма, после чего заготовки обжигаются при высокой температуре. Керамика - это и один из самых современных и передовых материалов, специальные керамические материалы получают все более широкое распространение в строительстве, электронной промышленности, машиностроении, ядерной энергетике. Керамика также один из самых древних отделочных материалов.

Керамические изделия находят  большое применение в строительстве. Неограниченные запасы широко распространенного сырья (глин), простота технологии и многовековый опыт производства, а также высокая долговечность их способствовали многообразному применению.

Некоторые виды керамических материалов досего времени являются незаменимыми и наиболее распространенными в строительстве. Так, несмотря на гигантское развитие в последний период стеновых материалов, особенно железобетонных, выпуск глиняного кирпича составляет очень большую долю в производстве всех стеновых материалов. Керамические облицовочные плитки, несмотря на развитие производства облицовочных плиток на основе полимеров, все еще остаются основным материалом для отделки санитарных узлов и других помещений с режимом повышенной влажности, химической агрессивности и высоких гигиенических требований. Для облицовки зданий керамические материалы также не потеряли своего значения, хотя появилось много новых видов облицовочных материалов. Особенно велик рост выпуска таких керамических материалов, как керамзит. Штучный не индустриальный кирпич пока остается основным стеновым материалом, составляя половину всех стеновых материалов, применяемых в настоящее время.

Керамические изделия, применяемые  для облицовки зданий, делятся  на две группы - для облицовки  фасадов зданий и для внутренней облицовки помещений.

В настоящее время основными  видами облицовочных керамических материалов для фасадов зданий являются лицевые кирпич, камни, плиты и плитки. Кирпич и камни делают сплошными и пустотелыми. Плиты в зависимости от конструкции, способов изготовления и крепления подразделяют на закладные, устанавливаемые одновременно с кладкой стен, и прислонные, устанавливаемые на растворе после возведения и осадки стен. Фасадные плиты изготовляют различной формы: плоские - для облицовки плоскости стен, угловые - для облицовки наружных углов, откосов и проемов и перемычные - для облицовки перемычек над оконными и дверными проемами. Плитки фасадные малогабаритные выпускают с наружной гладкой и фактурной поверхностью, а на тыльной стороне делают углубления для лучшего сцепления с цементным раствором. Для ускорения отделочных работ тонкие фасадные плитки наклеивают на бумажную основу в виде ковров с различным рисунком. Такие плитки носят название ковровой керамики.

Керамические материалы для  внутренней облицовки помещений  не подвергаются действию отрицательных температур и резких перемен погоды, поэтому они не должны отвечать всем требованиям, предъявляемым к материалам для внешней облицовки зданий. Однако точность размеров, правильность формы и одинаковая окраска приобретают особо важное значение. Вследствие этого для материалов внутренней облицовки поставлены более жесткие требования по внешнему виду, чем к материалам для наружных работ.

Для изучения технологии строительной керамики и ее особенностей, в курсовом проекте для производства выбран керамический ангобированный кирпич.

Ангобированный лицевой кирпич – это кирпич, лицевая поверхность которого покрыта тонким ангобным слоем.

Ангобом называют покрытие толщиной 0,1--0,3 мм из керамической массы, наносимой на сырец из легкоплавких красножгущихся глин или огнеупорных беложгущихся глин с легкоплавкими добавками для получения после обжига покрываемой поверхности требуемого цвета.

Тонкий слой ангоба позволяет усилить  или изменить естественный цвет лицевых поверхностей кирпича.

Технология получения ангобированного  облицовочного кирпича (двухслойного) отличается тем, что цветной состав наносят на высушенный сырец и обжигают только один раз. Само декоративное покрытие тоже другое. Ангоб состоит из белой или окрашенной красителями глины, доведенной до жидкой консистенции. Если температура обжига подобрана правильно, он дает непрозрачный, ровный слой матового цвета.

Несмотря на сложность производства этого вида продукции, такой кирпич имеет широкое применение во многих сферах деятельности. А специфическими техническими характеристиками объясняется  повышенный интерес многих предпринимателей к ангобированному кирпичу.

Целью курсового проекта по дисциплине «Теплоизоляционные и акустические материалы» является проектирование предприятия по производству фибролитовых плит.

Основные задачи курсового  проекта:

• определить номенклатуру заданной продукции, изучить свойства изделий, определить рациональные условия их эксплуатации;
• обосновать выбор исходных материалов и привести характеристику их состава, состояния, свойств;
• глубоко изучить технологию получения заданного вида продукции, обосновать выбор способа и технологической схемы, детально описать процесс изготовления изделий;
• выполнить технологические расчеты;
• освоить методику расчета материального баланса производства, составить и проанализировать схему материальных потоков;
• произвести выбор и расчет количества основного оборудования.

Курсовой проект представлен в виде расчетно-пояснительной записки объемом страниц и графической части – чертежа фориата А1 с технологической схемой производства и чертежами оборудования.

1 ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Номенклатура выпускаемой продукции

Ангобированный кирпич является одним  из видов лицевого кирпича. Технология получения ангобированного кирпича отличается тем, что цветной состав наносят на высушенный сырец и обжигают только один раз. Ангоб (декоративное покрытие) состоит из белой или окрашенной красителями глины, доведенной до жидкой консистенции. Если температура обжига подобрана правильно, то получается непрозрачный, ровный слой матового цвета.

Средняя плотность ангобированного  кирпича колеблется в пределах 1300 – 1450 кг/м³. Пористость достигает до 6 – 14%. Марка по морозостойкости в пределах 25 – 75. Коэффициент теплопроводности находится в пределах 0,3 – 0,5 В·м·°С. Марка по прочности 75 – 250. Может быть любого цвета, в зависимости от выбранного сырья и предпочтений потребителя. В данном курсовом проекте в качестве сырьевых компонентов выбраны глина и добавки. Цвет производимого кирпича зеленый.

Таблица 1 – Номенклатура выпускаемой  продукции

1.2 Области применения продукции

Существует целая категория  строительных материалов, которые имеют  специфическую область применения, но, несмотря на это, пользуются стабильным спросом. К ним можно отнести и ангобированный кирпич. При его использовании при проведении строительных работ, необходимо строго следовать инструкции по использованию и аккуратное применение при проведении сложных строительных работ[2].

В наше время существует достаточно много разновидностей кирпича, которые различаются по составу, свойствам и сфере применения. В большинстве случаев, кирпич применяют  исключительно для строительства  объектов. Но в современном мире мало просто взять, да и построить  дом, в первую очередь нужно ещё  его сделать привлекательным, как снаружи, так и внутри. Ангобированный кирпич является разновидностью кирпичей, предназначенных  для декорирования и отделки как внутренних стен, так и внешних, то есть его применение призвано изменить в лучшую сторону внешний вид самых различных по типу помещений.

Такой вид кирпича обладает привлекательной, матовой поверхностью. В зависимости от общего тона интерьера или же экстерьера можно легко подобрать нужный цвет кирпича, ведь цветовая гамма широчайшая. Изготавливается он путём нанесения специального цветного состава на необожженный, но высушенный сырец, и после этого только кирпич обжигается. Ангобированный керамический кирпич ещё называют «глазурованным», «цветным» или «двухслойным».

Очень важно выбирать качественный товар, дабы не испортить вид помещения. Хороший, качественный ангобированный кирпич ни в коем случае не должен иметь  ни вздутий, ни трещин, ни пузырьков на поверхности. Те, кто применял при отделке и декорировании стен именно ангобированный кирпич, были довольны сделанным выбором. В его надёжности, устойчивости и прочности они также убедились. Ещё одним отличным качеством такого вида кирпича можно назвать очень высокую стойкость к  агрессивным климатическим воздействиям природы. Это немаловажно для любого здания, особенно построенного в наших климатических условиях.

Ангобированный кирпич идеален  для применения в нестандартных  и творческих  решений в области дизайна и декорирования. Например, можно выложить прекрасное панно или применить для создания мозаичного фасада. Всё зависит лишь от фантазии человека. С помощью этого вида кирпича можно выполнить даже самую сложную художественную задачу, создать самый невероятный интерьер.

В настоящее время на рынке стеновых материалов можно найти просто огромное количество самых разных компаний-производителей ангобированного кирпича, что существенно усложняет выбор. Казалось бы, глазурованный кирпич должен быть везде одинаковым, но не тут-то было. В каждой компании применяются свои, уникальные технологии производства и обработки готовой продукции. Также отличаться цветные кирпичи разных марок могут качеством продукции и свойствами. Безусловно, при покупке кирпича нужно учитывать многое: известность марки, высокое качество продукта, а также описание его свойств.

Стоит также проверить  кирпич на предмет брака (чтобы не было трещин, сколов и вздутий). Цена тоже часто играет весьма немаловажное значение при выборе того или иного вида кирпича. Всё чаще покупатели отдают своё предпочтение более доступным  образцам, но совершенно не думая о качестве продукции. А высокое качество, само по себе, не может стоить дёшево. Для этого необходимо проанализировать все технические и экономические параметры и сделать правильный, осознанный выбор[3].

Использование ангобированного  кирпича расширяет палитру колеровки  внешней отделки зданий. Технология производства ангобированного кирпича  позволяет также уменьшить появление высолов в процессе эксплуатации здания. Прочностные свойства облицовочного кирпича позволяют применять его не только как декоративный материал, но и в качестве несущего материала наряду с рядовым кирпичом[1].

1.3 Технологическая часть

1.3.1 Обоснование выбора  и характеристика сырьевых материалов

Основным видом сырья  для стеновых керамических материалов служат легкоплавкие глины и суглинки – разнообразные по составам и свойствами минеральной смеси.

Глина – это тонкодисперсный  продукт разложения и выветривания самых различных горных пород – способны образовывать с водой пластичную массу, которая сохраняет придаваемую ей форму, а после сушки и обжига приобретает камнеподобные свойства.

Технические требования к  глинистому сырью определены ГОСТ 2178-88, классификация сырья дана в ГОСТ 9169.

Кроме того в качестве основного  сырья и корректирующих добавок  экономически целесообразно использовать отходы угледобычи углеобогащения, золы ТЭС, золошлаковые смеси и другие отходы промышленности.

При производстве керамических стеновых материалов в качестве сырья  в смеси с легкоплавкими глинами применяют также лессы, лессовые суглинки и кремнистые породы – трепелы и диатомиты.

Лессы и лессовые суглинки составляют разновидность глинистого сырья рыхлого строения. Они состоят преимущественно из пылеватых частиц с большим количеством известковых включений. Они обладают малой пластичностью, малой чувствительностью к сушке, с набольшим интервалом спекания 40..50С.

Благодаря рыхлой малопрочной  структуре и быстрой размокаемости  лессовые породы требуют менее интенсивной  переработки для производства кирпича, чем суглинки и глины. В процессах  обжига изделий требуется обеспечить предельно допустимую выдержку при максимальной температуре – 4-6ч. В этом случае предупреждаются высолы на изделиях, и повышается морозостойкость продукции до установленных нормативов.

Трепеллы и диатомиты  – это кремнистые осадочные породы, состоящие полностью или более чем на 50% из свободного или водного кремнезема. Их химический состав, %: SiО₂ – 70…85, Al₂О₃ – 5…13, Fe₂О₃ – 2…5, CaO – 0,5…5, MgO – 0,5…3,n.n.n. – 4…8.

Из трепелов и диатомитов получают облегченные кирпичи с  низкой плотностью и высокой пористостью. Из трепелов пористость кирпича достигает 60..64% при плотности 500 – 1270 кг/м3, а из диатомита – пористость 75% при плотности от 450 до 1000кг/м3.

Добавки:

1. 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.
• Дегидротированная глина при температуре 700 -750 С, добавляемая в количестве 30 – 50 %, улучшает сушильные свойства сырца и внешний вид кирпича.
• Песок (с зернами 0,5 – 2 мм) добавляют в количестве 10 – 25 %.
• Гранулированный доменный шлак (с зернами до 2 мм) – эффективный отощитель глин при производстве кирпича. Роли отощителей выполняют так же золы ТЭС и выгорающие добавки.

2. Парообразующие материалы  вводят в сырьевую массу для  получения легких керамических изделий с повышенной пористостью и пониженной теплопроводностью. Для этого используют вещества, которые при обжиге диссоциируют с выделением газа, например CO2 (молотые мел, доломит), или выгорают.

3. Выгорающие добавки:  древесные опилки, измельченный  бурый уголь, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС и лигнин не только повышают пористость керамических изделий, но также способствуют равномерному спеканию керамического черепка.

4. Пластифицирующими добавками  являются высокопластичные глины,  бентониты, а также поверхностноактивные вещества – сульфитно-дрожжевая бражка и др.

5. Плавни добавляют в  глину в тех случаях, когда  необходимо понизить температуру ее спекания. К ним относят: полевые шпаты, железную руду, доломит, магнезит, тальк и т.п.

В данной курсовой работе в  качестве сырьевых компонентов были выбраны: глина, шамот, опилки.

Глина — мелкозернистая осадочная горная порода, пылевидная в сухом состоянии, пластичная при увлажнении. Глина состоит из одного или нескольких минералов группы каолинита (происходит от названия местности Каолин в Китае), монтмориллонита или других слоистых алюмосиликатов (глинистые минералы), но может содержать и песчаные и карбонатные частицы. Как правило породообразующим минералом в глине является каолинит, его состав: 47 % (мас) оксида кремния (IV) (SiO₂), 39 % оксида алюминия (Al₂О₃) и 14 % воды (Н₂O) Al₂O₃ и SiO₂ — составляют значительную часть химического состава глинообразующих минералов.

Диаметр частиц глин менее 0,005 мм; породы, состоящие из более крупных частиц, принято классифицировать как лёсс. Большинство глин — серого цвета, но встречаются глины белого, красного, жёлтого, коричневого, синего, зелёного, лилового и даже чёрного цветов. Окраска обусловлена примесями ионов — хромофоров, в основном железа в валентности 3 (красный, желтый цвет) или 2 (зеленый, синеватый).

Минералы, содержащиеся в  глинах

• Каолинит (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O)
• Андалузит, дистен и силлиманит (Al₂O₃·SiO₂)
• Галлуазит (Al₂O₃·SiO₂·H₂O)
• Гидраргиллит (Al₂O₃·3H₂O)
• Диаспор (Al₂O₃·H₂O)
• Корунд (Al₂O₃)
• Монотермит (0,2[K₂MgCa]0·Al₂O₃·2SiO₂·1,5H₂O)
• Монтмориллонит (MgO·Al₂O₃·3SiO₂·1,5H₂O)
• Мусковит (K₂O·Al₂O₃·6SiO₂·2H₂O)
• Наркит (Al₂O₃·SiO₂·2H₂O)
• Пирофиллит (Al₂O₃·4SiO₂·H₂O)
• Минералы, загрязняющие глины и каолины
• Кварц(SiO₂)
• Гипс (CaSO₄·2H₂O)
• Доломит (MgO·CaO·CO₂)
• Кальцит (CaO·CO₂)
• Глауконит (K₂O·Fe₂O₃·4SiO₂·10H₂O)
• Лимонит (Fe₂O₃·3H₂O)
• Магнетит (FeO·Fe₂O₃)
• Марказит (FeS₂)
• Пирит (FeS₂)
• Рутил (TiO₂)
• Серпентин (3MgO·2SiO₂·2H₂O)
• Сидерит (FeO·CO₂)

Основным источником глинистых  пород служит полевой шпат, при распаде которого под воздействием атмосферных явлений образуются каолинит и другие гидраты алюминиевых силикатов. Некоторые глины осадочного происхождения образуются в процессе местного накопления упомянутых минералов, но большинство из них представляют собой наносы водных потоков, выпавшие на дно озёр и морей.

Глина – это вторичный продукт земной коры, осадочная горная порода, образовавшаяся в результате разрушения скальных пород в процессе выветривания.

Так как глина среднепластичная и среднечувствительная к сушке, необходим ввод корректирующих добавок, уменьшающих пластичность, коэффициент усадки и коэффициент чувствительности к сушке. Поскольку глина обеспечивает высокую прочность кирпича, рекомендуется ввод корректирующей добавки –  древесных опилок. Древесные опилки продольной резки очень эффективно уменьшают

пластичность глины на стадии формования, увеличивают прочность  сырца и полуфабриката после сушки, армируя массу  своими волокнами, уменьшают коэффициент усадки к сушке, т. к. улучшают влагоотдачу и уменьшают воздушную усадку. В процессе обжига они играют роль выгорающей добавки, тем самым обеспечивают равномерный прогрев изделий по садке и увеличивает пористость готовых изделий. Увеличение пористости уменьшает массу кирпича, увеличивает тепло- и звукоизоляционные свойства и, естественно, несколько уменьшает прочность готовых изделий.

В качестве выгорающей добавки  используются древесные опилки (ТУ-313-64).

Влажность опилок – не более 30%, гранулометрический состав: содержание фракции более 5 мм не допускается; от 1 до 5 мм – 85%; менее 1 мм – 15%.

В качестве отощающей добавки  используется шамот (отходы собственного производства, половняк-бой). Влажность шамота – 5-9%. Гранулометрический состав: крупность зёрен от 1 до 5 мм – 85%; менее 1 м – 15%. Содержание фракций более 5 мм не допускается. Ввод шамота способствует уменьшению пластичности на стадии формования, уменьшению коэффициента усадки на стадии сушки, и в итоге увеличению прочности изделия.

Ангобированный лицевой кирпич – это кирпич, лицевая поверхность которого покрыта тонким ангобным слоем.

Ангобом называют покрытие толщиной 0,1–0,3 мм из керамической массы, наносимой на сырец из легкоплавких красножгущихся глин или огнеупорных беложгущихся глин с легкоплавкими добавками для получения после обжига покрываемой поверхности требуемого цвета.

Тонкий слой ангоба позволяет усилить  или изменить естественный цвет лицевых поверхностей кирпича [5]

В производстве двухслойной керамики в качестве сырья для основного  слоя используют легкоплавкие глины, не имеющие вредных примесей. При  необходимости регулирования пластических свойств формовочной массы основного  сырья к глине добавляют отощающие  добавки (шамот, песок, дегидратировнные глины и др.) или повышающие пластичность (пластичные глины и др.) добавки.

Лучшими отощителями являются шамот  и дегидратированная глина, повышающие прочность изделий и обеспечивающие хорошее сцепление фактурного слоя с основной массой. Качественные глины  имеют число пластичности от 7 до 15 (ГОСТ 9169–59). По гранулометрическому  составу сырье должно содержать  глинистой фракции (частицы меньше 0,0005 мм) не менее 25–30%, пылеватой фракции (частицы 0,0005–0,05 мм) не более 4%. По минералогическому  составу в производстве используют глины гидрослюдистые, каолиновые и  др.

Для лицевого слоя используют светложгущиеся глины в чистом виде или с отощающими добавками (песок, шамот и др.), вводимыми  для регулирования пластичности лицевого слоя и величины усадки.

Состав основной массы и фактурного слоя приведен в таблице 1.

Ангоб состоит из белой  или окрашенной красителями глины, доведенной до жидкой консистенции. Если температура обжига подобрана правильно, он дает непрозрачный, ровный слой матового цвета.

По своему составу ангобы делятся на глинисто-песчанистые, имеющие  высокую водопоглощаемость, и на флюсные с низкой водопоглощаемостью.

Первые обычно применяются  в майолике, когда необходимо замаскировать  черепок и придать изделию  определенный цвет или нанести рисунок. Для этого поверхность майоликовых изделий покрывается глазурями.

Для того, чтобы глазурь  хорошо впитывалась черепком и равномерно покрывала изделие, ангоб должен быть пористым.

Совершенно другие требования предъявляются к ангобам, предназначенным  для покрытия архитектурно-строительной керамики, применяемой в неглазурованном виде, лицевой слой которой должен быть устойчив к загрязнению и обладать декоративными свойствами.

Ангобы, применяемые для  облицовок, должны придать изделиям определенный цвет, чистоту тона и матовую фактуру; кроме того, они должны иметь минимальную водопоглощаемость, т. е. быть спекшимися.

Покрытие керамического  изделия тонким слоем ангоба определенного  состава основано на явлении смачивания водой поверхностей твердых тел.

Явление смачивания зависит  в первую очередь от свойств соприкасающейся  с жидкостью поверхности тела, которая может быть гидрофильной и гидрофобной.

Высокая сцепляемость между  ангобом и керамическими изделиями  основана на гидрофильности глиняных сырых изделий. Результатом этого  является тот факт, что адгезия (внешнее сцепление) между наносимым ангобом и сухим черепком превышает когезию (внутреннее сцепление) самого ангоба. Таким образом обеспечивается его растекаемость и высокая кроющая способность. Прилипание слоя жидкости к изделию, при прочих равных условиях, будет тем больше, чем меньше линейные размеры частиц.

Состав ангобов должен обеспечить высокую сцепляемость ангоба с черепком (что обусловливается  согласованностью между составами  черепка и ангоба), низкую водопоглощаемость  лицевого слоя, достаточную твердость  покрова и определенный интервал между температурой спекания и плавления. Эти свойства ангоб должен приобрести во время обжига, конечная температура  которого определяется предельными температурами обжига изделий строительной керамики.

Для лучшей согласованности  между черепком и ангобом желательно в состав ангоба вводить отмученную глину, используемую для изготовления черепка, если она после обжига имеет  светлый чистый тон. В противном  случае, вводится беложгущаяся пластичная глина или каолин. Для обеспечения лучшего приставания ангоба к черепку и снижения температуры спекания в ангоб вводится полевой шпат, мел и флюсы. Для флюсов рекомендуется применять стекольный бой, являющийся одним из наиболее легкоплавких и дешевых.

В представленной курсовой работе для ангобирования кирпича  используется беложгущаяся пластичная глина.

1.3.2 Выбор состава и  расчет сырьевой массы

Правильность подбора  рационального состава шихты  определяется свойствами  массы, которая  должна хорошо формоваться, обеспечивать рациональные сроки сушки и обжига, а так же необходимое качество изделий  при минимальных отходах  производства.

Для расчета примем, что  в качестве исходных компонентов  служат: глина Балахтинская, шамот и опилки. Химический состав сырьевых материалов приведен в таблице 5.

Таблица 5 – Химический состав, %

В массу вводим 85 % глины; при этом отдельные окислы будут введены в следующем количестве (в вес. ч.) :

SiO ₂:  66,35 · 0,85 = 56,39;

Al₂O₃: 21,13 · 0,85 = 17,96;

R₂O :  0,92 · 0,85  =  0,78.

Рассчитываем  количество окислов, которые необходимо ввести с другими компонентами шихты (в  вес. ч.):

SiO₂:   78,2 – 56,39 = 21,81;

Al₂O₃: 22,7 – 17,96 = 4,74;

R₂O : 1,1– 0,78 = 0,32.

Определяем количество шамота в массе.

Можем  вычислить необходимое количество введенного шамота (в вес. ч.), содержание R₂O в шамоте – 0,78%:

0,32· 100 : 0,78 = 41.

Полученный состав шихты  приведен в таблице 6.

    Таблица 6 – Состав шихты

1.3.2 Выбор состава и расчет  сырьевой массы

Правильность подбора  рационального состава шихты  определяется свойствами  массы, которая должна хорошо формоваться, обеспечивать рациональные сроки сушки и обжига, а так же необходимое качество изделий  при минимальных отходах производства.