Аналитический обзор научно – технической литературы и обоснование способа производства

Кирпич керамический изготавливают двумя видами формования. Это пластическое и полусухое. В процессе обжига глины при каждом варианте получают массу камневидного образца.

Полусухое прессование – это классический производственный способ. Он состоит из упрощенного процесса изготовления керамических изделий. При таком процессе производства количество влаги не превышает 8%. Это значительно уменьшает затраты на производство, сокращает временные этапы, так как стадии сушки не требуется. Метод позволяет применять малопластичные глины в производстве, что расширяет возможность поставки сырья.

Формование заготовок осуществляется на специальных прессах. Они обеспечивают прессование с двух сторон. Завершающим этапом является обжиг керамических изделий в печи.

Метод полусухого прессования имеет как положительные, так и отрицательные стороны производства.

Достоинства и недостатки полусухого метода:

-не требуется сушки, сокращается расход топлива;

-имеет гладкие грани и значительно меньше дефектов;

- быстрее окупаются затраты на предприятие;

- возможность использования малопластичных глин;

- менее морозостоек;

- низкая водостойкость;

- более сложный процесс прессования;

- более плотный получаемый материал. /4/

Керамический кирпич, изготовленный методом пластического формования, имеет ряд отличий от изделий полусухого прессования. Они обусловлены технологией производства и определяют как внешние особенности, так и специфику применения кирпича.

Достоинства и недостатки пластического метода:

- получается более морозостойкий кирпич;

- изготавливается более прочный кирпич;

- более высокая водостойкость;

-более легкий процесс прессования;

- расходы, связанные с запуском завода намного выше;

- нужна сушка, увеличение затрат на топливо;

- менее качественная поверхность граней;

- требуется увлажнение малопластичных глин. /4/

Суть пластического формования:

Для производства керамики необходимо непрерывно подавать однородный глинистый материал без каменистых включений, с разрушенной природной " структурой" и достаточно постоянной влажностью, независимой от времени года, соблюдая при этом равномерность перемешивания глинистого сырья с добавками. Измельчение материала осуществляется на вальцах прямого, тонкого, супертонкого помола. Это обеспечивает более интенсивное спекание, содействует снижению температуры обжига.

При наличии в глине трудноразмокаемых включений и для обработки глин, содержащих известковые включения, применяют бегуны мокрого помола. В керамической технологии производства дробление твердых непластичных материалов осуществляют в валковых дробилках. Они работают по принципу раздавливающего или разламывающего действия.

При помощи ящичных питателей и весовых дозаторов происходит подача сырья на технологическую линию.

Сейчас широко применяется увлажнение глины паром. Метод состоит в том, что острый пар подают в массу. При контакте с холодной глиной он конденсируется на ее поверхности. Обрабатываемая глина нагревается до 45-60^оС. Благодаря такому процессу улучшается формующая способность массы, что способствует уменьшению брака при формовании и повышению производительности на 10-125 ленточных прессов, снижению потребления электроэнергии на 15-20%. Пароувлажнение способствует улучшению сушильных свойств, это означает, что время сушки сырца, сократится на 40-50%. /4/

Увлажнение глины паром проводят в вертикальном смесителе. Он предназначен для смешения песчано-глинистых масс с добавками. Перемешивание компонентов происходит без разрушающего действия. Использование такого смесителя сокращает время перемешивания компонентов. В процессе смешения глины зерна песка обволакиваются связующими материалами, разрушаются комки, равномерно по всей поверхности распределяется влага. Полученная смесь обладает хорошими свойствами: высокая прочность и газонепроницаемость. /5/

Для того, чтобы добиться однородности массы и ее усреднения применяют вылеживание. /4/

Формование в производстве керамических изделий проводят на ленточных безвакуумных прессах и вакуум-прессах.

В настоящее время широко применяется формование бруса на ленточных шнековых прессах с вакуумированием массы.

Такие прессы используются для прессования изделий из заранее обезвоздушенной глиняной массы. Обезвоздушивание состоит в том, что глина перед прессованием поступает в специальную камеру под разряжением. В результате этого компоненты дополнительно уплотняются, значительно повышается пластичность, обретает высокую связность, плотность. Удаление воздуха из массы благоприятствует сцеплению глинистых частиц, так как размещавшийся в порах воздух отсасывается. Водяные молекулярные пленки замещают воздушные оболочки частиц.

Далее шихта верхним шнеком проталкивается через решетку в вакуум-камеру, где разрезается ножами и происходит обезвоздушивание. Затем масса при помощи нижнего шнека продвигается к головке пресса. Там она уплотняется и постепенно выходит из мундштука.

Поступающий из пресса брус сырца разрезается резательным устройством на отдельные заготовки требуемой длины. Отрезанный кусок направляется на разрезное устройство. После этого транспортер останавливается и брус разрезается на отдельные кирпичи-сырцы. Как операция резки заканчивается, они подаются на автомат-укладчик. При помощи его происходит укладка изделий на сушильные вагонетки.

Сушка - очень важный этап при производстве кирпича. Это самый простой способ предотвратить кирпич от растекания – сушат его медленно, нужно, чтобы скорость испарения не превышала скорости ее миграции из внутренних слоев. /4/

Продолжительность процесса сушки и качество высушенного кирпича-сырца в значительной степени зависят от плотности и системы садки сырца на сушильных вагонетках. Для сушки кирпичей применяют как камерную, так и туннельную сушилку.

Особенности сушки в камерных сушилках. Камеры характеризуются переменным режимом сушки. По мере высушивания кирпича-сырца при одном и том же объеме поступающего теплоносителя расход тепла на испарение влаги снижается, темпера­тура теплоносителя в камере постепенно повышается, а его относи­тельная влажность понижается. Внутри камеры движение теплоносителя происходит за счет то­го, что горячий теплоноситель, как более легкий, устремляется из приточных боковых каналов вверх, охлаждается и одновременно насыщается влагой. Вытесняемый новыми порциями горячего тепло­носителя охлажденный теплоноситель, как более тяжелый, опу­скается вниз к среднему вытяжному каналу. При влажности кирпича-сырца 4-7% его можно подавать на обжиг.

Достоинства и недостатки камерной сушилки:

-простота устройства,

-отсутствие движущихся частей (предотвращается механическое разрушение материала),

-возможность сушки различных материалов,

-периодичность действия,

-неравномерность сушки (при значительной толщине слоя верхние слои сушатся существенно лучше нижних). /4/

Особенности сушки в туннельных сушилках. По направлению движения сушильного агента относительно высушиваемых изделий различаются противоточные и прямоточные туннельные сушилки. Противоточными туннельными сушилками называются такие, в которых расположенные на вагонетках высушиваемые изделия движутся навстречу сушильному агенту. В прямоточных сушилках направление высушиваемых изделий и сушильного агента совпадает. Чаще на производстве применяют противоточные сушилки. Схема работы: входящие в туннель горячие газы омывают прежде всего почти высохшие изделия, которые могут отдавать остатки влаги с повышенной скоростью, без образования трещин. По мере остывания агента сушки на пути движения и увеличения его влагосодержания, он соприкасается с более влажными и более чувствительными к сушке изделиями, однако способность поглощать влагу с их поверхности у такого сушильного агента снижается. Затем газы, потерявшие в пути часть тепла, с влажностью близкой к полному насыщению, достигают свежесформованных изделий.

Достоинства и недостатки туннельной сушилки:

-непрерывность действия,

-сложность устройства,

-неравномерная сушка изделий по поперечному сечению туннеля (изделия, размещенные на верхних полках и с краев вагонеток, высыхают быстрее). /4/

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 и прочное тело. Для обжига кирпича используют печи различной конструкции, например, кольцевая и туннельная печь.

Особенности обжига в кольцевой печи. Печной канал кольцевой печи условно разделен на 12-36 камер. Каждая камера имеет входной проем. Загружают топливо в печь сверху через специальные топливные трубочки. Дымовые газы удаляются через специальные отверстия – фуксы, закрываемые конусами. По дымовому каналу газы отводятся к трубе. Регулируя тягу дымовыми конусами, огонь перемещают в сторону садки. Выгружают обожжённые изделия позади огня.

Достоинства и недостатки кольцевой печи:

-можно использовать разные виды топлива,

-высокая производительность,

-сложность в обслуживании,

-в зоне садки и выгрузки кирпича температура очень высокая,

-садка и выгрузка осуществляются вручную. /6/

Особенности обжига в туннельной печи: печь представляет собой туннель, внутри которого проложены рельсы. Туннель устраивают из обыкновенного кирпича с футеровкой, в зоне высоких температур – шамотным кирпичом. Туннельные печи имеют сеть газо- и воздухопроводов, выполненных в виде каналов квадратного, прямоугольного и круглого сечения. Для охлаждения вагонеток, находящихся в зоне обжига и наблюдения за ними и за печью, устраивают подподовый канал. Вагонетки футеруют кирпичом, плитами, бетоном и другим огнеупорным материалом. Отсос дымовых газов из печи и отбор горячего воздуха из зоны охлаждения, а также нагнетание воздуха в эту зону обеспечивается вентиляторами. Для равномерного прогрева всего сырца, избежания перепадов температур в садке, а также в целях подвода во внутреннюю часть достаточного количества воздуха, необходимого для полного сгорания топлива, устраивают поперечные и продольные каналы.

Обжиг кирпича в туннельной печи происходит на вагонетках, которые стоят одна за одной по всей длине туннеля. Через определенный интервал времени в туннель заходит новая вагонетка с сырым кирпичом, а с обратной стороны туннеля выезжает вагонетка с уже готовой продукцией.

Достоинства и недостатки туннельной печи:

-непрерывность действия,

-температурный перепад в различных участках обжига незначителен,

-автоматизация управления режима обжига,

-легкость в обслуживании и механизации,

-большие габаритные размеры. /6/

Температура обжига зависит от состава сырьевой массы и обычно находится в пределах 950-1000°C. Необходимую температуру обжига следует строго выдерживать. /4/

В данной квалификационной работе бакалавра предполагается использовать среднепластичное сырьё с хорошей формующей способностью и среднечувствительное к сушке, поэтому выбрали метод пластического формования. Для осуществления этого метода мы выбрали многоступенчатый помол, который последовательно реализуется в бегунах мокрого помола, вальцах тонкого, прямого и супертонкого помола, соответственно. Смешение и пароувлажнение будем производить в вертикальном смесителе, формование в вакуумном ленточном прессе, сушку в камерной сушилке, обжиг в туннельной печи.

Полученный в результате продукт обладает высоким качеством и улучшенными техническими характеристиками, которые позволяют шире применять его в строительстве, в отличие от кирпича, изготовленного методом полусухого прессования.