Федеральное агентство по образованию 

Белгородский  государственный университет им. В.Г. Шухова  
 
 
 
 

Кафедра ТДКО 

Курсовая  работа 

по дисциплине:

на тему: «Выбор и обоснование способа 

производства  керамического кирпича» 

Выполнил: студент  гр. 4ХК-31

Кулька  А. С.

Принял: к.т.н., доцент

Дороганов Е.А. 
 
 
 
 

Белгород, 2011 

Содержание 

Введение…………………………………………………...3

1. Литературный обзор……………………………………….6
2. Обоснование и выбор способа производства…………...17
3. Заключение………………………………………………..27

Список литературы………………………………………28

      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 дипломном  проекте рассмотрено производство керамических кирпичей методом пластического  формования.

      Строительный  керамический кирпич позволяет сэкономить при строительстве дефицитные металлы, цемент, а также транспортные средства. В общем балансе производства и применения стеновых материалов керамический кирпич занимает более 30%. Кирпич, накапливая солнечную энергию, медленно и равномерно отдает тепло, что защищает от чрезмерного  нагревания летом и сохраняет  тепло зимой. Кирпичная стена  «дышит», пропуская испарения сквозь свою толщу. В результате в помещениях поддерживается уровень равновесной  влажности

      В данный момент в производстве строительного  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 экономить сырьё, но и уменьшать толщину и массу наружных стен без снижения их теплозащитных свойств, а также создавать облегчённые конструкции панелей для индустриализации строительства.

        Расширение ассортимента и, в  частности, производство эффективных  изделий с увеличением размеров  и уменьшением средней плотности  до 1250-1350 кг/м³ и менее за счёт рациональной формы и увеличения количества пустот снизит расход материалов на 1м² наружных стен на 20-30%. На действующих заводах наряду с дальнейшей механизацией и автоматизацией производства кирпича будут всемерно улучшаться его качество и повышаться прочностные свойства, требующиеся для строительства зданий повышенной этажности и специальных сооружений. Применение в строительстве кирпича высоких марок в несущих конструкциях позволяет уменьшить его расход на 15-30%.

        Необходимо более широко развивать  производство лицевого кирпича,  позволяющего исключать оштукатуривание  зданий и улучшать их архитектурный  вид. 

      Улучшение качества продукции вызывает необходимость  повышения культуры производства, более  строгого соблюдения технологических  параметров по всем переделам, улучшения  обработки, рациональной шихтовки путём  ввода различных добавок, в том  числе отходов других отраслей промышленности.

      В условиях структурной перестройки  в области гражданского строительства  с ориентированием на индивидуальное жилье, повышением требований к качеству и комфортности жилых помещений, внешнему виду зданий, повысились требования к промышленным строительным материалам, в том числе керамическому  кирпичу. Потребитель требует керамический кирпич высокой марочности (М 200 и  выше), лицевого качества, с ровными  кромками или фасками, равномерно окрашенный и даже цветной, разной конфигурации (угловой, радиальный и т.п.) и, безусловно, с доступной ценой.

      Устойчивая  тенденция к повышению рыночного  спроса на качественный керамический кирпич находится в явном несоответствии с современным положением дел  в отрасли производства керамического  кирпича.

      Современное техническое состояние многих кирпичных  заводов характеризуется устаревшими  технологиями и оборудованием.

      Из-за отсутствия средств на техническое  переоснащение многие заводы вынуждены  закрываться.

      Большинство заводов по производству керамического  кирпича сосредоточено в центре европейской части России. Ряд  регионов, несмотря на наличие сырьевой базы, вынужден ввозить его из других регионов, что существенным образом  отражается на его стоимости .

      Треть работающих предприятий по производству керамического кирпича имеют  годовой выпуск 3-5 млн. шт. В большей  части это так называемые < сезонные> заводы или отечественные заводы проектной мощностью до 15-20 млн. штук у. к. в год, но практически полностью  технически изношенные. В то же время  эти заводы располагают карьерными запасами качественной глины, а также  персоналом, имеющим определенные знания и опыт в керамическом производстве.

      Ряд заводов, поставленных ранее фирмами  Германии, Болгарии, Италии, в силу экономических  причин и отсутствия запасных частей не в состоянии поддерживать работоспособность  оборудования. Фактическая мощность этих заводов составляет сегодня  не более 50 % проектной, себестоимость  кирпича резко выросла, заводы имеют  повышенный расход топлива и электроэнергии на единицу продукции из-за недогруза  сушил и печей обжига, технологического оборудования.

      Многие  предприятия перешли или переходят  в собственность владельцев, не обладающих специфическими знаниями и не имеющих  опыта работы в кирпичном производстве. Им трудно охватить весь комплекс проблем, разработать мероприятия и очередность  их реализации с целью приведения завода в надлежащее техническое  состояние, обеспечения роста объемов  производства и качества выпускаемого керамического кирпича.

      В сложившихся условиях удовлетворить  запросы строителей и архитекторов по объемам производства, номенклатуре и качеству керамического кирпича  можно, сосредоточив внимание производства строительного керамического кирпича на совершенствовании технологии, улучшении качества выпускаемой продукции и расширении ассортимента.

      При строительстве новых предприятий  нужно предусматривать установление автоматизированных и высокомеханизированных технологических линий на базе современного отечественного и импортного оборудования. Осваивать 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.

      Расширение  ассортимента и, в частности, производство эффективных изделий с увеличением  размеров и уменьшением средней  плотности до 1250-1350 кг/м³ и менее за счёт рациональной формы и увеличения количества пустот снизит расход материалов на 1м² наружных стен на 20-30%.

        На действующих заводах наряду  с дальнейшей механизацией и  автоматизацией производства кирпича  необходимо улучшать его качество  и повышать прочностные свойства, требующиеся для строительства  зданий повышенной этажности  и специальных сооружений. Применение  в строительстве кирпича высоких  марок в несущих конструкциях  позволяет уменьшить его расход  на 15-30%.

      Необходимо  более широко развивать производство лицевого кирпича, позволяющего исключать  оштукатуривание зданий и улучшать их архитектурный вид.

      Улучшение качества продукции вызывает необходимость  повышения культуры производства, более  строгого соблюдения технологических  параметров по всем переделам, улучшения  обработки, рациональной шихтовки путём  ввода различных добавок, в том  числе отходов других отраслей промышленности.

      Из  всего вышесказанного можно сделать  вывод: В современных условиях производство строительных материалов является одним  из важнейших направлений нашей  отечественой промышленности. Это объясняется  ежегодно повышающимися темпами  строительства и дефицитом высококачественных стройматериалов. Недостатки, низкое качество и дороговизна многих стройматериалов, заставляют искать более совершенные и инновационные методы их производства.  

1. Литературный  обзор.

     Кирпич  применяется в строительстве  для кладки наружных и внутренних стен и других элементов зданий и  сооружений, а также для изготовления стеновых панелей и блоков.

     В России основные размеры лицевого кирпича  составляют: 250 х 120 х 65 мм для одинарного кирпича, 250 х 120 х 88 мм для полуторного и 250 х 120 х 138 мм для двойного. На Западе стандарты другие, к тому же их намного больше. Среди самых ходовых - 200 х 100 х 50(65) мм, 240 х 115 х 52 (71) мм.  Важный параметр для строительного и лицевого кирпича - наличие пустот. Бывают кирпичи полнотелые, пустотелые (эффективные) и пустотелые поризованные (сверхэффективные, "теплая керамика"). У полнотелых, как следует из названия, отверстий нет. Их чаще всего применяют там, где нужно выдерживать распределенные нагрузки - фундамент, цоколь, но можно выложить ими и наружную стену. Однако чтобы обеспечить нормативную теплопроводность, стены из них должны быть достаточно толстыми. Другое дело пустотелые кирпичи. У них имеются сквозные отверстия (различной формы), благодаря которым они теплее, а значит, стены можно делать тоньше. Кроме того, пустотелые кирпичи легче, поэтому от них меньше нагрузка на фундамент. Следует отметить, что лицевой кирпич почти всегда является пустотелым. Наконец, самый "теплый" кирпич - поризованный. В нем, как и в изделии предыдущего типа, имеются сквозные отверстия, однако структура самого материала принципиально иная. В глину добавляют особые органические или минеральные компоненты, которые выгорают при обжиге, образуя мельчайшие замкнутые поры. В результате, сохранив все достоинства обычной керамики, поризованный кирпич существенно улучшил ее теплозащиту: если у пустотелого кирпича самый высокий коэффициент теплопроводности - как правило, 0,28 - 0,4 Вт/м ⁰С, то у поризованного - 0,18 - 0,22 Вт/м ⁰С. Причем на прочность поры совершенно не влияют. Более того, изделие становится легче, что позволяет увеличить его размеры (они могут достигать 510 х 250 х 219 мм). Благодаря этому стены возводятся значительно быстрее, чем из обычного кирпича, и они становятся тоньше.  Предел прочности кирпича при сжатии определяет его марку. Она обозначается буквой "М" и цифрой, показывающей, какую нагрузку может выдержать 1 см изделия. Чаще всего встречаются кирпичи марок М-75, М-100, М-125, М-150, М-175, М-200, М-250, М-300. Кирпичи марок 75 и 100 подходят для стен 2 - 3х этажного дома, марок 125 и выше - для стен многоэтажных зданий. Марки кирпича относятся ко всем типам изделий, так что пустотелый лицевой кирпич марки 100 будет столь же прочен, как и полнотелый строительный той же марки. Еще один нюанс: предел прочности кладки на сжатие зависит не только от марки кирпича, но и от марки раствора, условий его твердения, а также от качества кладки. В условиях нашего изменчивого климата одна из важнейших характеристик для кирпича - морозостойкость. Она измеряется количеством циклов попеременного замораживания и оттаивания водонасыщенного изделия: чем больше циклов оно способно выдержать, не изменив своих потребительских свойств, тем дольше его срок эксплуатации. В технической документации морозостойкость обозначается буквой "F", а следующая за ней цифра говорит о количестве циклов, которые кирпич может выдержать. В Центральном регионе рекомендуется применять строительный кирпич с морозостойкостью не ниже 15 - 25 циклов, лицевой - не ниже 50 циклов .

При производстве керамического кирпича используется метод полусухого прессования и  метод пластического формования, каждый из которых имеет свои достоинства  и недостатки. При наличии рыхлых глин и глин средней плотности  с влажностью не свыше 23-25% применяют  пластический способ переработки глин; для слишком плотных глин, плохо  поддающихся увлажнению и обработке  с низкой карьерной влажностью (менее 14-16%) - полусухой способ переработки.

    Метод полусухого прессования предусматривает  предварительное высушивание сырья, последующее измельчение его  в порошок, прессование сырца  в пресс-формах при удельных давлениях, в десятки раз превышающих  давление прессование на ленточных прессах. Преимущества технологии полусухого прессования заключается в том, что спрессованный кирпич-сырец укладывается непосредственно на печные вагонетки и на них высушивается в туннельных сушилках, или же, минуя предварительную досушку, непосредственно поступает на обжиг. Комплексная механизация производства осуществляется проще, чем при методе пластического формования. Однако технология полусухого прессования требует более совершенной системы аспирации на трактах приготовления и транспортирование порошка, использования более высокопроизводительных прессов.

    Технологическая схема производства изделий с  пластическим способом подготовки массы, несмотря на свою сложность и длительность, наиболее распространена в промышленности стеновой керамики. Метод формования из пластических масс исторически сложился на основе пластических свойств глин и широко используется в керамической технологии. Способ пластического формования позволяет выпускать изделия  в широком ассортименте, более  крупных размеров, сложной формы  и большей пустотности. В отдельных  случаях предел прочности при  изгибе и морозостойкость таких  изделий выше, чем у изделий, полученных способом полусухого прессования из того же сырья.

    При переработке глин в сыром виде схема подготовки сырья несколько  проще и экономичней, поскольку  нужно меньше перерабатывающего  оборудования, следовательно, меньше энергоемкость. Все оборудование более надежно  и просто в обслуживании. Температура  обжига изделий примерно на 50⁰С ниже, чем у изделий полусухого прессования, что позволяет также снизить энергозатраты на обжиг и в какой-то мере компенсируют высокие затраты на сушку.

    Недостатком способа пластического формования является большая длительность технологического цикла за счет процесса сушки сырца, продолжающегося от 1 до 3 суток. Низкая прочность формованного сырца, особенно пустотелого, большая усадка материала  при сушке и наличие отдельного процесса сушки затрудняет возможность механизации трудоемких операций при садке сырца на сушку, перекладке высушенного сырца для обжига и совмещения в одном агрегате процессов сушки и обжига.

    Чтобы получить изделия требуемого качества необходимо из глины удалить каменистые включения, разрушить ее природную  структуру, получить пластичную массу, однородную по вещественному составу, влажности и структуре, а также  придать массе надлежащие формовочные  свойства. Глиняный брус формуют в  горизонтальных ленточных шнековых прессах часто с вакуумированием  массы. Вакуумирование массы способствует повышению ее плотности, пластичности, улучшает формовочные и конечные свойства кирпича.

    Производство  керамики должно быть обеспечено непрерывной  подачей однородного глинистого материала, лишенного каменистых включений  имеющего разрушенную природную  «структуру» для лучшего смачивания, сохраняющего достаточно постоянную влажность  независимо от времени года и равномерно перемешенного с добавками. На керамических заводах сырьевые материалы подвергают грубому, среднему и мелкому дроблению  грубому и тонкому помолу. Обычно тонким помолом завершается механическое измельчение материалов, что обеспечивает более интенсивное их спекание, содействует  снижению температуры обжига. Измельчение  глинистых материалов проводят последовательно  на вальцах грубого и тонкого  измельчения. Каменистые включения  не могут быть полностью выделены из глины общепринятыми механическими  приемами – дезинтеграторными ребристыми вальцами. Опыт показывает, что при  пользовании этими машинами в  глине может остаться около половины         (а иногда и более) камней. В дальнейшем эти камни будут в значительном своем количестве перемолоты гладкими вальцами или бегунами, что, однако, вызывает быстрый износ бандажей и частые ремонты. Бегуны мокрого  помола используют при наличии в  глинах трудноразмокаемых включений  и для обработки плотных глин и глин, содержащих известковые включения. Предварительное (грубое) дробление непластичных твердых материалов в керамической технологии производят в щековых или конусных дробилках, работающих по принципу раздавливающего и разламывающего действия. Степень измельчения в щековой дробилке 3-10, а в конусной – 6-15. Среднее и мелкое дробление, грубый помол непластичных материалов выполняется с помощью бегунов, молотковых дробилок, валковых мельниц. Молотковая дробилка обеспечивает  высокую степень измельчения (10-15), однако влажность дробимого материала   не должна быть более 15%.

    Подача  и дозировка сырья на большинстве  кирпичных заводов происходит при  помощи ящичных питателей.

    В настоящее время на многих керамических и кирпичных заводах широко применяется  увлажнение глины паром. Этот способ состоит в том, что в массу  подается острый пар, который при  соприкосновении с холодной глиной конденсируется на ее поверхности. В  результате пароувлажнения обрабатываемая масса нагревается до 45-60^оС. Пароувлажнение имеет существенные преимущества, так как улучшается способность массы к формованию, что обуславливает уменьшение брака при формовке и повышение производительности ленточных прессов на 10-12%, снижение расхода электроэнергии на 15-20%. В результате пароувлажнения улучшаются сушильные свойства массы, что позволяет сократить продолжительность сушки сырца на 40-50%. Иногда производят дополнительную обработку керамической массы, которая осуществляется в вальцах тонкого помола, дырчатых вальцах или в глинорастирателе.

      Различают сушильные устройства  для естественной и искусственной  сушки сырца. В первом случае  сырец высушивается атмосферным  воздухом за счет солнечного  тепла в летнее время, во  втором – за счет тепла,  получаемого от сгорания топлива.  Преимущество искусственной сушки  перед естественной в том, что  она дает возможность заводам  работать круглый год, а не  только в течение летнего сезона. При этом не только улучшается  использование технологического  оборудования, но на заводе создаются  постоянные кадры квалифицированных рабочих. Кроме того, искусственная сушка значительно менее трудоемка, чем естественная. Задача  организованного процесса сушки состоит в подводе энергии (тепловой или электрической) к высушиваемому изделию с наименьшими потерями и в наименьшие сроки, допустимые для целостности изделия. Большинство современных кирпичных заводов оборудовано устройствами для искусственной сушки кирпича-сырца, которые по режиму работы подразделяются на сушилки периодического (камерные) и непрерывного (туннельные) действия. Сушилки непрерывного действия (туннельные)являются наиболее современным сушильным агрегатом в кирпичной промышленности. В туннельной сушилке кирпич-сырец, находящийся в вагонетках, в течение цикла сушки перемещается через весь туннель от одного его конца к другому. Срок сушки кирпича-сырца, изготовленного из пароувлажненной массы, сокращается примерно на 30%. Расход тепла на сушку кирпича-сырца в туннельных сушилках ниже, чем в камерных. Существенным преимуществом туннельных сушилок перед камерными является то, что туннельные могут быть оснащены аппаратурой, обеспечивающей автоматическое регулирование процесса сушки. Продолжительность процесса сушки и качество высушенного кирпича-сырца в значительной степени зависят от плотности и системы садки сырца на сушильных вагонетках. Необходимо обеспечить равномерность омывания теплоносителем сырца и получение надлежащей температуры и относительной влажности теплоносителя в различных частях сушилки. Недостаток туннельных сушилок в том, что в них наблюдается расслоение теплоносителя и более интенсивная сушка сырца на верхних полках. Устранение расслоения и равномерная сушка сырца по высоте туннеля достигаются перемешиванием теплоносителя в туннеле путем устройства воздушных завес за счет дополнительной подачи воздуха сверху в отдельных местах туннеля струйками с большой скоростью.

    Завершающей стадией технологии всех изделий  строительной керамики является их обжиг. При обжиге изделия окончательно формируется структура материала, т.е. происходит спекание керамики, в результате чего сырец из конгломерата слабосвязанных частиц превращается в достаточно твердое тело.

    Строительные  материалы и изделия обжигают в промышленных печах. Промышленной печью называют установку технологического назначения, в которой посредством  теплового воздействия при относительно высоких температурах изменяется агрегатное состояние обрабатываемого материала, его химический состав либо его кристаллическая  структура.

    Многорядовые (по высоте)  туннельные печи, применительно  к обжигу стеновой керамики, обладают крупным недостатком – большим  перепадом температур по высоте, достигающим  в зоне подогрева 420 ⁰С, который на участке максимальных температур уменьшается до 20-40 ⁰С. борьба с этим перепадом осуществляется главным образом путем рециркуляционных потоков газов («завес»), нагнетаемых вентиляторами как в зоне подогрева, так и в зоне охлаждения на нескольких позициях по длине печного канала. Борьба эта не всегда успешна.

    Второй  недостаток – трудности настройки  аэродинамического режима

    Лучшие  условия эксплуатации туннельных печей  достигается при наличии давления или разряжения в зоне обжига порядка  0,1-0,3мм вод.ст.  и не выше 1 мм вод.ст. во избежание выбивания горячих  газов и «горения» и быстрого износа вагонеток.

    Совершенствование конструкций туннельных печей с  целью увеличения обжигаемой физической массы изделий (увеличение теплоемкости), совершенствование горелок для  развития длины факела, а также  полноты сжигания жидкого топлива, улучшение теплоизоляции пода –  все это приводит к определенным успехам, но не исключает необходимости  разработки и совершенствования  конструкций печей для однорядного  скоростного обжига.

    В конструктивном отношении современные  туннельные печи обладают некоторыми особенностями. Конструкция свода  плоская, что упрощает постройку  печи, позволяет расширить печной канал и обеспечить работу автомата – укладчика. Толщина кладки стен туннельных печей снижена до 0,5м., благодаря применению огнеупорных блоков 30-40% пористости, наружная поверхность стен покрыта дюралюминием с хорошей отражательной способностью. Поверх свода помещена теплоизоляция в виде вспученного вермикулита. Кладку пода (на вагонетках) осуществляют из крупных огнеупорных фасонных блоков, изготовленных из пористого (30-40%) корундомуллитового кордиеритового  или дистенового огнеупора, обеспечивающего огнеупорность, теплоизоляцию и постоянство объема.

      Наблюдается тенденция увеличения  ширины туннельной печи, что возможно  при переходе на более совершенный  способ сжигания топлива с  получение длинного факела горения  и равномерным развитием температурного  поля.

    Обжиг кирпича производят в печах периодического и непрерывного действия. В кирпичной  промышленности из печей периодического действия применяют преимущественно  камерные печи. Из печей непрерывного действия применяют главным образом  кольцевые и туннельные.

    Периодические печи используют для обжига кирпича  на заводах малой мощности. Загрузка и разгрузка этих печей производится при сравнительно высоких температурах, что обуславливает тяжелые условия  труда обслуживающего персонала. Камерные печи или горны отличаются значительной трудоемкостью обслуживания, большой  неравномерностью температур по высоте печи.

Для обжига кирпича  широко применяют кольцевые печи, которые, несмотря на то, что они  изобретены в 1858г., широко используются и в настоящее время. Они отличаются высокой тепловой экономичностью, возможностью использования низкосортных видов  топлива, перехода с одного вида топлива  на другое без каких-либо значительных переделок, высокой удельной и общей  производительностью.

    Весьма  существенным недостатком кольцевых  печей является то, что в рабочей  зоне садки и выгрузки (выставки) кирпича очень высокая температура: например, в рабочей зоне выгрузки температура в летние месяцы достигает 80⁰С и более. При этом садка и выгрузка кирпича производится вручную. На новых и реконструируемых кирпичных заводах строительство кольцевых печей не производится.

    Туннельные  печи имеют значительные преимущества перед печами периодического действия и кольцевыми печами. Садка кирпича-сырца  на вагонетки туннельных печей и  выгрузка обоженного кирпича с этих вагонеток производится вне печи, в нормальных температурных условиях, что значительно облегчает труд обслуживающего персонала и дает возможность механизировать трудоемкие процессы садки и выгрузки кирпича. В туннельных печах можно осуществить  полную автоматизацию управления режимом  обжига. К достоинствам туннельных печей относится и то, что у  них температурный перепад в  различных участках обжига незначителен.