Выгорающие добавки
Для получения изделий с меньшей средней плотностью и повышенной пористостью применяют органические выгорающие добавки. Наиболее часто используют древесные опилки, угольную мелочь и угольный порошок, торфяную пыль и др. Применяют также вещества, выделяющие при высокой температуре обжига углекислоту, что ведет к образованию пор, мел, доломит и глинистый мергель (в молотом виде). Все эти добавки обладают также и свойствами отощающих добавок.
Специальные добавки
Для придания керамическим изделиям специальных свойств вводят соответствующие добавки. Так, при изготовлении кислотоупорных изделий и облицовочных плиток к глинам добавляют песчаные смеси, затворенные жидким стеклом или щелочами. При необходимости понижения температуры обжига некоторых изделий используют молотый полевой шпат, руды, содержащие железо, песчаник, и др.
11 Общая схема технологических этапов производства керамических материалов и ее характеристика
Несмотря на обширный ассортимент керамических изделий, разнообразие их форм, физико-механических свойств и видов сырьевого материала, основные этапы производства керамических изделий являются общими и состоят из следующих операций: добычи сырьевых материалов; подготовки сырьевой массы; формования изделий (сырца); сушки сырца; обжига изделий; обработки изделий (обрезки, глазурования и пр.) и упаковки.
Заводы по производству керамических материалов, как правило, строят вблизи месторождения глины, и карьер является составной частью завода. Разработку (добычу) сырья осуществляют на карьерах открытым способом — экскаваторами. Транспортировку сырья от карьера к заводу производят автосамосвалами, вагонетками или транспортерами при небольшой удаленности карьера от цеха формовки.
Подготовка сырьевых материалов состоит из разрушения природной структуры глины, удаления или измельчения крупных включений, смешения глины с добавками и увлажнения до получения удобоформуемой глиняной массы.
Подготовка массы
Заключается в обогащении, дроблении, тонком помоле материалов, увлажнении и перемешивании массы. Подготовленные материалы керамической массы тщательно смешивают. Различают три способа приготовления керамической массы: пластический, полусухой и шликерный.
Пластический способ формования
Пластический способ формования керамической массы более приемлем при использовании глин с повышенной влажностью (18-23%), хорошо размокаемых в воде. Таким способом получают обыкновенный кирпич, пустотелые изделия, трубы и т. д. Пластическое формование при производстве черепицы, электроизоляторов, капселей осуществляют способом штамповки в гипсовых и металлических формах.
Полусухой способ прессования
Полусухой способ прессования применяется при плотной структуре глиняного сырья и низкой исходной влажности (8-12%). Из полусухих порошкообразных масс изделия формуют на прессах высокого давления (10-30 МПа и более). Изделия, спрессованные из порошков, обладают в сырце большой прочностью и точностью размеров, а также характеризуются низкой усадкой при обжиге. Из порошкообразных масс изготовляют обыкновенный пустотелый кирпич, керамические камни и плитки.
Шликерный способ
Шликерный способ применяется в тех случаях, когда необходимо достигнуть особо тщательного смешивания исходных компонентов (фарфоро-фаянсовое производство, облицовочные плитки) при их влажности 30-35%. Шликеры применяют для облицовки сложных по конфигурации и тонкостенных изделий (санитарно-техническая, декоративная, химически стойкая керамика и др.). Этот метод формования основан на свойстве гипсовых форм впитывать в себя часть воды из залитого в них шликера. Отдавая влагу, изделия дают усадку и легко отделяются от форм.
Изделия, отформованные пластическим и шликерным способами, необходимо сушить. При полусухом способе формования изделия имеют незначительную влажность, которая при обжиге не вызывает растрескивания, поэтому необходимость в сушке отпадает.
Процесс сушки
Процесс сушки представляет собой комплекс явлений, связанный с испарением влаги с поверхности изделия, перемещением влаги из его внутренней части к поверхности и теплообменом между материалом и окружающей средой. Длительность сушки во многом зависит от скорости перемещения влаги в изделиях от внутренних к наружным слоям, а последнее определяется размерами капилляров и вязкостью воды. Существуют два способа сушки: естественная и искусственная.
Естественная сушка
Для естественной сушки изделий используют сушильные сараи (навесы), в которых на ровном, хорошо уплотненном поле или на стеллажах устанавливают сырые изделия. Длительность сушки зависит от температуры, влажности и подвижности наружного воздуха и климатических условий района и составляет 6-15 суток.
Искусственная сушка
Поскольку естественная сушка характеризуется сезонным циклом производства, в настоящее время даже на небольших предприятиях применяют искусственную сушку в сушилках периодического или непрерывного действия. В качестве источника тепла используют газы обжиговых печей или горячий воздух.
Дополнительные расходы на искусственную сушку изделий полностью окупаются резким сокращением цикла производства, когда срок сушки изделий в искусственных сушилках не превышает 70 часов (а в большинстве случаев он значительно меньше).
Обжиг изделий
Обжиг изделий — важнейший и завершающий процесс в производстве керамических изделий. Этот процесс можно разделить на три периода: прогрев сырых изделий, собственно обжиг и регулируемое охлаждение изделий. В первом периоде из обжигаемых изделий удаляется гигроскопическая и гидратная вода, частично разлагаются карбонаты, сгорают органические примеси и равномерно прогревается вся масса изделия. В начале нагревания при 100-120 ºС удаляется физически связанная вода, в температурном интервале 450-650 ºС — химически связанная да причем глинистые минералы разрушаются, и глина перелит в аморфное состояние. Дальнейшее повышение температуры обжига приводит к расплавлению части материала, в результате чего происходит спекание массы и образование керамического черепка. Этому процессу соответствует температура 800-1000 ºС для легкоплавких глин и 1150-1200 ºС для тугоплавких. Температурный режим и длительность обжига зависят от состава шихты. При повышении температуры обжига получают изделия с большей механической прочностью, однако чрезмерное повышение температуры может вызвать деформацию изделий.
После обжига изделия охлаждают. Процесс охлаждения весьма ответственный, при этом недопустим резкий перепад температур и доступ холодного воздуха, так как это влечет за собой образование трещин. В начальной стадии температуру снижают медленно, и лишь после достижения 650 ºС процесс охлаждения можно ускорить.
Сортировка и хранение
Сортировка и хранение керамических изделий. При выгрузке из печи керамические изделия сортируют. Качество изделий устанавливают по степени обжига, внешнему виду, форме, размерам, а также по наличию в них различных дефектов. По степени обжига они могут быть разделены на изделия нормального обжига, недожог и пережог. Сортность изделий устанавливают по внешнему виду, форме, размерам и наличию дефектов в соответствии с требованиями ГОСТ.
После сортировки изделия направляют на склад, где хранят до отправки на строительство. Кирпич и керамические камни укладывают в елочные пакеты или на поддоны и хранят на открытых площадках. Облицовочные плитки рассортировывают по цветам и размерам, упаковывают в ящики и хранят в закрытых складах. Санитарно-технические изделия, прошедшие сортировку и комплектование арматурой, упаковывают в специальные ящики и хранят в закрытых складах.
12 Основные технологические схемы производства различных видов керамики: керамического кирпича, камней, искусственных пористых заполнителей, керамической облицовочной плитки, огнеупорных материалов и изделий, технической керамики
Несмотря на то что керамические изделия отличаются большим разнообразием по назначению, форме и физико-механическим свойствам, производство их в основном примерно одинаково и состоит из следующих основных процессов:добыча глины в карьерах;подготовка массы, заключающаяся в дроблении глины и других компонентов смеси, увлажнении водой и перемешивании массы;формование изделий из приготовленной массы;сушка отформованных изделий;обжиг предварительно высушенных изделий.
Для отдельных изделий могут быть различными технологические схемы этих процессов, например разные способы формования кирпича — пластичный и полусухой, разные способы сушки — естественная и искусственная, а также могут появляться дополнительные процессы, как, например, покрытие изделий глазурью. Более подробно такие производственные процессы будут изложены при описании основных видов керамических изделий.
Заводы по производству керамических изделий часто строятся вблизи месторождения глин, и тогда глиняный карьер является составной частью завода. Разработка сырья осуществляется на карьерах открытым способом экскаваторами. К карьерным работам относятся подготовительные, обеспечивающие вскрытие и подготовку месторождений, добычные, предназначенные для извлечения глины, и транспортные, т. е. доставка глины к месту переработки, а пустой породы в отвалы. Транспортные работы осуществляются автосамосвалами или мотовозами с вагонетками. К. карьерным работам относят также естественную обработку глины (в необходимых случаях) путем вылеживания и вымораживания. Качество керамических изделий полностью зависит от состава и чистоты сырья, поэтому необходим постоянный контроль за производством карьерных работ и качеством добываемого сырья. Заводские лаборатории должны систематически анализировать поступающее сырье и в зависимости от его качества подбирать состав шихты, наиболее благоприятный для данного вида изделий.