Виды тепловых затрат при производстве строительной керамики - Реферат

В современном мире в строительстве очень широко применяются керамические материалы и изделия. В соответствии с поставленной целью можно выделить и задачи работы: изучить общие сведение о керамических материалах: понятие, виды, свойства керамических материалов и изделий; сырье для производства керамических материалов и изделий: глинистые материалы, отощающие материалы. Керамическими называют материалы и изделия, изготовляемые формованием и обжигом глин. Большая прочность, значительная долговечность, декоративность многих видов керамики, а также распространенность в природе сырьевых материалов обусловили широкое применение керамических материалов и изделий в строительстве. По конструкционному назначению выделяют изделия стеновые, фасадные, для пола, отделочные, для перекрытий, кровельные изделия, санитарно-технические изделия, дорожные материалы и изделия, для подземных коммуникаций, огнеупорные изделия, теплоизоляционные материалы и изделия, химически стойкую керамику.

В современном мире в строительстве очень широко применяются керамические материалы и изделия. Это обусловлено большой прочностью, значительной долговечностью, декоративностью многих видов керамики, а также распространенностью в природе сырьевых материалов.

Целью данной работы является рассмотрение и изучение керамических материалов. В соответствии с поставленной целью можно выделить и задачи работы: изучить общие сведение о керамических материалах: понятие, виды, свойства керамических материалов и изделий; сырье для производства керамических материалов и изделий: глинистые материалы, отощающие материалы.

Керамические изделия обладают различны ми свойствами, которые определяются составом исходного сырья, способами его переработки, а также условиями обжига - газовой средой, температурой и длительностью. Материал (т.е. тело), из которого состоят керамические изделия, в технологии керамики именуют керамическим черепком.

1. Общие сведения о керамических материалах сушка строительный керамика тепловой

Керамическими называют материалы и изделия, изготовляемые формованием и обжигом глин. «Керамос» на древнегреческом языке означало гончарную глину, а также изделия из обожженной глины. В глубокой древности из глин путем обжига получали посуду, а позднее (около 5000 лет назад) стали изготовлять кирпич, а затем черепицу.

Большая прочность, значительная долговечность, декоративность многих видов керамики, а также распространенность в природе сырьевых материалов обусловили широкое применение керамических материалов и изделий в строительстве. В долговечности керамических материалов можно убедиться на примере Московского Кремля, стены которого сложены почти 500 лет назад.

Среди сырьевых порошкообразных материалов - глина, которая имеет преимущественное применение при производстве строительной керамики. Она большей частью содержит примеси, влияющие на ее цвет и термические свойства. Наименьшее количество примесей содержит глина с высоким содержанием минерала каолинита и потому называемая каолином, имеющая практически белый цвет. Кроме каолинитовых глин разных цветов и оттенков применяют монтмориллонитовые, гидрослюдистые.

Кроме глины к применяемым порошкообразным материалам, являющимися главными компонентами керамических изделий, относятся также некоторые другие минеральные вещества природного происхождения - кварциты, магнезиты, хромистые железняки.

Для технической керамики (чаще именуемой специальной) используют искусственно получаемые специальной очисткой порошки в виде чистых оксидов, например оксиды алюминия, магния, кальция, диоксиды циркония, тория и др. Они позволяют получать изделия с высокими температурами плавления (до 2500-3000В°С и выше), что имеет важное значение в реактивной технике, радиотехнической керамике. Материалы высшей огнеупорности изготовляют на основе карбидов, нитридов, боридов, силицидов, сульфидов и других соединений металлов как без глинистых сырьевых веществ. Некоторые из них имеют температуры плавления до 3500 - 4000 °С, особенно из группы карбидов.

Большой практический интерес имеют керметы, состоящие обычно из металлической и керамической частей с соответствующими свойствами. Получили признание огнеупоры переменного состава. У этих материалов одна поверхность представлена чистым тугоплавким металлом, например, вольфрамом, другая - огнеупорным керамическим материалом, например оксидом бериллия. Между поверхностями в поперечном сечении состав постепенно изменяется, что повышает стойкость материала к тепловому удару.

Для строительной керамики, как отмечено выше, вполне пригодна глина, которая является распространенным в природе, дешевым и хорошо изученным сырьем. В сочетании с некоторыми добавочными материалами из нее получают в керамической промышленности разнообразные изделия и в широком ассортименте. Их классифицируют по ряду признаков. По конструкционному назначению выделяют изделия стеновые, фасадные, для пола, отделочные, для перекрытий, кровельные изделия, санитарно-технические изделия, дорожные материалы и изделия, для подземных коммуникаций, огнеупорные изделия, теплоизоляционные материалы и изделия, химически стойкую керамику.

По структурному признаку все изделия разделяют на две группы: пористые и плотные. Пористые керамические изделия впитывают более 5% по весу воды (кирпич обыкновенный, черепица, дренажные трубы). В среднем водопоглощение пористых изделий составляет 8 - 20% по весу или 15 - 35% по объему. Плотными принимают изделия с водопоглощением меньше 5% по массе, и они практически водонепроницаемые, например плитки для пола, канализационные трубы, кислотоупорный кирпич и плитки, дорожный кирпич, санитарный фарфор. Чаще всего оно составляет 2 - 4% по весу или 4 - 8% по объему. Абсолютно плотных керамических изделий не имеется, так как испаряющаяся вода затворения, вводимая в глиняное тесто, всегда оставляет некоторое количество микро- и макропор.

По назначению в строительстве различают следующие группы керамических материалов и изделий: · стеновые материалы (кирпич глиняный обыкновенный, пустотелый и легкий, камни керамические пустотелые);

· кровельные материалы и материалы для перекрытий (черепица, керамические пустотелые изделия);

· облицовочные материалы для наружной и внутренней облицовки (кирпич и камни лицевые, плиты керамические фасадные, малогабаритные плитки);

· материалы для полов (плитки);

· материалы специального назначения (дорожные, санитарно-строительные, химически стойкие, материалы для подземных коммуникаций, в частности трубы, теплоизоляционные, огнеупорные и др.);

· заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит).

Наибольшего развития достигли стеновые материалы, причем наряду с общим увеличением объема производства особое внимание обращено на увеличение выпуска эффективных изделий (пустотелый кирпич и камни, керамические блоки и панели и т.д.). Предусмотрено также расширить производство фасадной керамики, особенно для индустриальной отделки зданий, глазурованных плиток для внутренней облицовки, плиток для полов, канализационных и дренажных труб, санитарно-строительных изделий, искусственных пористых заполнителей для бетонов.

По температуре плавления керамические изделия и исходные глины разделяются на: · легкоплавкие (с температурой плавления ниже 1350В°С);

· тугоплавкие (с температурой плавления 1350-1580В°С);

· огнеупорные (свыше 1580В°С).

Выше отмечались также примеры изделий и сырья высшей огнеупорности (с температурой плавления в интервале 2000-4000Х), используемых для технических (специальных) целей.

Отличительная особенность всех керамических изделий и материалов состоит в их сравнительно высокой прочности, но малой деформативности. Хрупкость чаще всего относится к отрицательным свойствам строительной керамики. Она обладает высокой химической стойкостью и долговечностью, а форма и размеры изделий из керамики обычно соответствуют установленным стандартам или техническим условиям.

На российском рынке в настоящее время представлены жидкие керамические теплоизоляционные материалы, которые находят своего потребителя, благодаря широкой области применения и простоте использования при небольших затратах труда. Так как предлагаемые материалы в основном производятся за рубежом, они имеют высокую стоимость, что ограничивает возможность их массового использования в строительстве, энергетике и ЖКХ и т.д. Тогда как отечественные аналоги зачастую оставляют желать лучшего, и своим «качеством» вызывают негатив и предвзятость у конечного пользователя к жидким керамическим теплоизоляционным материалам.

2. Общая технологическая схема производства керамических изделий

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.

· 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. Заводы по производству керамических материалов, как правило, строят вблизи месторождения глины, и карьер является составной частью завода.

· Подготовка сырьевых материалов состоит из разрушения природной структуры глины, удаления или измельчения ( 3.1) крупных включений, смешения глины с добавками и увлажнения до получения удобоформуемой глиняной массы.

· Формование керамической массы в зависимости от свойств исходного сырья и вида изготовляемой продукции осуществляют полусухим, пластическим и шликерным (мокрым) способами. При полусухом способе производства глину вначале дробят и подсушивают, затем измельчают и с влажностью 8... 12% подают на формование. При пластическом способе формования глину дробят, затем направляют в глиносмеситель ( 3.2), где она перемешивается с отощающими добавками до получения однородной пластичной массы влажностью 20...25%. Формование керамических изделий при пластическом способе осуществляют преимущественно на ленточных прессах. При полусухом способе глиняную массу формуют на гидравлических или механических прессах под давлением до 15 МПА и более. По шликер-ному способу исходные материалы измельчают и смешивают с большим количеством воды (до 60%) до получения однородной массы - шликера. В зависимости от способа формования шликер используют как непосредственно для изделий, получаемых способом литья, так и после его сушки в распылительных сушилках.

Современный период развития производства строительной керамики характеризуется интенсификацией технологических процессов, комплексной механизацией, конвейеризацией и автоматизацией производства. В этой связи важную роль отводят разработке новой технологии получения пресс-порошка в распылительных сушилах, сущность которой заключается в совмещении процессов обезвоживания, дробления и сепарации. Сушильная камера представляет собой металлический цилиндр, заканчивающийся внизу конусом, который служит для сбора готового продукта. Отличительными особенностями сушила являются распыление керамической суспензии пучком форсунок при давлении 1,0...1,2 МПА и снижение давления газа внутри сушильной башни. В СССР эксплуатируются распылительное сушила Минского комбината строительных материалов и НИИ-стройкерамики ( 3.3). Обезвоживание керамических масс в распылительных сушилах позволило в 3,5 раза повысить производительность труда и в 1,5 раза сократить капитальные затраты.

3. Сушка

Обязательной промежуточной операцией технологического процесса производства керамических изделий по пластическому способу является сушка. Если же сырец, имеют й высокую влажность, сразу после формования подвергнуть обжигу, то он растрескивается. При сушке сырца искусственным способом в качестве теплоносителя используют дымовые газы обжигательных печей, а также специальных топок. При изготовлении изделий тонкой керамики применяют горячий воздух, образуемый в калориферах. Искусственную сушку производят в камерных сушилах периодического действия или туннельных сушилах ( 3.4) непрерывного действия.

• Процесс сушки представляет собой комплекс явлений, связанных с тепло- и массообменом между материалом и окружающей средой. В результате происходит перемещение влаги из внутренней части изделий на поверхность и испарение ее. Одновременно с удалением влаги частицы материала сближаются и происходит усадка. Уменьшение объема глиняных изделий при сушке происходит до определенного предела, несмотря на то, что вода к этому моменту полностью еще не испарилась. Для получения высококачественных керамических изделий процессы сушки и обжига должны осуществляться в строгих режимах. При нагревании изделия в интервале температур 0...150°С из него удаляется гигроскопическая влага. При температуре 70°С давление водяных паров внутри изделия может достигнуть значительной величины, поэтому для предупреждения трещин температуру следует поднимать медленно (50...80°С/ч), чтобы скорость порообразования внутри материала не опережала фильтрации паров через ее толщу.

4. Обжиг

Обжиг является завершающей стадией технологического процесса. В печь сырец поступает с влажностью 8...12%, и в начальный период происходит его досушивание. В интервале температур 550... 800 °С идет дегидратация глинистых минералов и удаление химически связанной конституционной воды. При этом разрушается кристаллическая решетка минерала и глина теряет пластичность, в это время происходит усадка изделий.

При температуре 200...800°С выделяется летучая часть органических примесей глины и выгорающих добавок, введенных в состав шихты при формовании изделий, и, кроме того, окисляются органические примеси в пределах температуры их воспламенения. Этот период характерен весьма высокой скоростью подъема температур - 300...350° С/ч, а для эффективных изделий - 400...450°С/ч, что способствует быстрому выгоранию топлива, запрессованного в сырец. Затем изделия выдерживают при этой температуре в окислительной атмосфере до полного выгорания остатков углерода.

Дальнейший подъем температуры от 800°С до максимальной связан с разрушением кристаллической решетки глинистых минералов и значительным структурным изменением черепка, поэтому скорость подъема температуры замедляют до Ю0...150°С/ч, а для пустотелых изделий - до 200...220°С/ч. По достижении максимальной температуры обжига изделие выдерживают для выравнивания температуры по всей толще его, после чего температуру снижают на Ю0...150°С, в результате изделие претерпевает усадку и пластические деформации.

Затем интенсивность охлаждения при температуре ниже 800°С увеличивается до 250...300°С/ч и более. Ограничением спада температуры могут служить лишь условия внешнего теплообмена. При таких условиях обжиг кирпича можно осуществить за 6...8 ч. Однако в обычных туннельных печах скоростные режимы обжига не могут быть реализованы изза большой неравномерности температурного поля по сечению обжигательного канала. Изделия из легкоплавких глин обжигают при температуре 900...1100°С. В результате обжига изделие приобретает камневидное состояние, высокие водостойкость, прочность, морозостойкость и другие ценные строительные качества.

5. Ресурсосберегающие технологии в производстве строительной керамики

Производство керамических изделий требует большого расхода тепла. На производство глиняного кирпича и камней уходит около 10 5 всех топливных ресурсов, использующихся в промышленности строительной материалов. Заслуживает внимание производство стеновой керамики из сырья, позволяющее по сравнению с традиционными видами обходиться с меньшими затратами топлива на выпуск той же номенклатуры. К такому сырью относятся отходы гравитационного и флотационного обогащения углей (углеотходы). УО представляют собой породу темно-серого цвета, состоящую из остатков углерода (до 10 %); глинистых минералов (каолинит); силикатов; алюминатов; ферритов кальция; примесей SIO2; оксидов кальция и магния. Отходы угля могут быть подразделены: 1. от способов получения: а) твердые, б) жидкие;

2. по гранулометрическому составу: а) мелкодисперсные (фракция < 0,14 мм), б) грубозернистые (фракция 0,14…2 мм).

Мелкодисперсные отходы улучшают формовочные свойства массы, активизируют участки во всех физико-химических процессах, протекающих при обжиге, обеспечивающих образование цементной связки.

Грубозернистые создают жесткий каркас, то есть регулируют воздушную и огневую усадку, способствуют уменьшению формовочной влажности сырца до 4…6 %, но мало вовлекаются в физико-химические процессы обжига. Кроме этого УО имеют полидисперсный состав, причем мелкодисперсная фракция будет улучшать формовочные свойства керамической массы, а грубозернистая уменьшать воздушную и огневую усадку, то есть улучшать сушку изделий, в результате чего уменьшится процент брака.

Но в УО имеются примеси, приносящие вред: CACO3, MGCO3, которые разлагаются в процессе обжига с выделением СО2 (разрешены фракции до 2 мм), фракции > 2 мм вообще не дополняются. Ограниченно их соединение до 1 %. Соединение серы ограничивается до 0,5 %.

Ежегодно отходы углеобогащения составляют 130 тыс. тонн. Проблемы эффективного использования УО решается двумя способами: 1. использование УО в качестве топливосодержащей и отощающей добавки (50…55 %);

2. примеси УО в качестве основного сырья для производства керамических изделий.

В первом случае при действующем кирпичном заводе предполагается строительство отделения по подготовке отходов. В этом отделении УО подсушиваются, измельчаются и просеиваются.

Во втором - по мет. пластичности формования. Основная номенклатура: дренажные трубы и плитка пола. Лицевой керамический кирпич нельзя без дополнительной отделки фактурным слоем.

Введение добавок плавней в виде отходов промышленности уменьшает температуру обжига (нефелиновый и красный шлам - отход при производстве алюминия). Нефелиновый шлам помимо глиняных минералов и b-белита имеет в составе до 20 % щелочных оксидов. Это позволяет применять их в качестве эффективных плавней, снижается температура обжига керамических изделий до 10800С (1 4000С было изначально) за счет получения низкотемпературных быстроспекающихся соединений. Таким образом, температура обжига снижается на 250…3000С, усадка вместо 3 % составляет 0,6…1 %, ВП < 4 %. Изделия с добавками не склонны к образованию трещин во время обжига и вводятся (5…20 %) по массе.

1. Горчаков Г.И. Строительные материалы: учебное пособие для высших учебных заведений/ Г.И. Горчаков, Ю.М. Баженов; под общ. ред. Г.И. Горчакова. - Владимир: Союзполиграфпром, 1986. - 686 с.

2. Хигерович М.И., Байер В.Е. Производство глиняного кирпича. М.: Стройиздат. 1984

Размещено на .ru