I этап
Добыча сырья
II этап
Исследование
III этап
Технология
IV этап
Продукция

  Телющенко И.Ф., Огородник И.В. 


ПРОИЗВОДСТВО ЛИЦЕВОГО КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА
СПОСОБОМ ПОЛУЖЕСТКОЙ ЭКСТРУЗИИ

 При производстве стеновой керамики коагуляционная структура керамических масс формируется с помощью экструзии. В данном случае возможно направленное регулирование формирования коагуляционной структуры керамики путем изменения концентрации дисперсной фазы опытных масс.
Существует ряд способов экструзии, различающихся в зависимости от формовочной влажности и пластической прочности опытных масс [1]:
•жесткое формование (формовочная влажность 12─16 %, пластическая проч¬ность 2,2─4,5 МПа);
•полужесткое формование (формовочная влажность 15─20 %, пластическая прочность 1,4─2,2 МПа);
•мягкое или пластическое формование (формовочная влажность 19─27 %, пластическая прочность 0,4─1,4 МПа).
    При этом указанные параметры являются не строго обязательными, а ориентировочными и зависят от исходного сырья и вида продукции.
    Взаимная зависимость параметров существует лишь условно. Так, величина давления формования и формовочной влажности не дает возможности судить о формовочных свойствах опытных масс, поскольку различные сырьевые материалы при равной формовочной влажности могут проявлять значительно различающуюся пластичность или жесткость. Давление формования (пластическая прочность) при одинаковой пластичности также может значительно колебаться в зависимости от вида и эффективности кирпича.
   Производство керамического кирпича способом жесткой или полужесткой экструзии характеризуется широкими технологическими возможностями, обуславливающими получение изделий с заданными свойствами.
    Так в 2002-2003г.г в Санкт-Петербурге ЗАО "Ленстройкерамика” освоило производство высокопрочного керамического кирпича марки М 300 методом жесткой экструзии на оборудовании американской фирмы "Steele”.
В США на подобном оборудовании выпускают кирпич марки М 500.
     Как следует из литературных данных [1,2], пригодным сырьем для жесткого формования являются сланцевые глины и не очень твердые глинистые сланцы, мергель с невысокой карьерной влажностью, а также высокопластичные плотные глины с преобладанием каолинита или близким по количеству содержанием каолинита и гидрослюды. Карьерная влажность сырья должна быть ниже 12─14 %, а воздушная усадка при сушке  менее 4─5 %. Сильно пластичное и тощее сырье непригодно для жесткого формования.
     В НИИСМИ (г. Киев) Д.И. Швайкой [2] проведены исследования по расширению сырьевой базы, обеспечивающей возможность использования беспересадочной технологии получения кирпича. В качестве сырья применялись отходы добычи и обогащения углей разных марок, аргиллиты разной степени метаморфизма, а также карбонатные спондиловые глины и монтмориллонито-гидрослюдистые суглинки.
    На Зимогорьевском кирпичном заводе [2] на ленточном вакуум-прессе СМК-28А формовали кирпич пустотностью 11 % из глинистых сланцев при формовочной влажности 21,6 %. Пластическая прочность бруса составляла 0,18 МПа.
    На Cинельниковском кирпичном заводе [2] формовали кирпич по беспересадочной технологии из отходов угледобычи шахты "Днепровская" . Формовочная влажность смеси составляла 18,4 %, что обеспечило пластическую прочность бруса 0,17 МПа. Сырец укладывали на печной вагон в штабель высотой 12 рядов.
     Авторами [2] установлено, что для полужесткого формования и применения беспересадочной технологии, сушки и обжига изделий на одних транспортных средства необходимо использовать отходы углеобогащения; глинистые сланцы Зимогорьевского месторождения; сланцевые глины Донецкой области, в том числе очеретинские, новгородские, кутейниковские, карловские и гродовские с добавкой 15─20 % отходов флотации углей; глины сарматского яруса, спондиловые глины, лессовидные суглинки, симферопольские и балаклавские глины с добавкой 10 ─ 50 % отходов флотационного обогащения углей.
    На основе указанных выше составов масс с использованием различных отходов обогащения углей, характеризующихся высоким содержанием окси-дов серы (6% и выше), и, как следствие, высоким содержанием водорастворимых солей (до 26 мг/100г\в-ва), невозможно получение лицевого керамического кирпича.
    Традиционный кирпич, производимый на основе технологии пластического формования, не имеет достаточной прочности для возведения домов высотой более 16  18 этажей. Очевидно, что при использовании технологии полужесткой экструзии возможно производство высокопрочного керамического кирпича марки 250 и более, который пригоден для возведения 25 этажных сооружений без увеличения толщины несущих стен.
    В связи с этим, перед нами стояла задача разработки технологии получения высокопрочного лицевого керамического кирпича способом полужесткой экструзии по беспересадочной технологии.
    При композиционном шихтовании полиминеральных глин, отличающихся высокой формовочной влажностью, и некондиционного сырья природного и техногенного происхождения как "армирующего" компонента возможно формирование прочных коагуляционных структур пониженной влажности и, как следствие, получение архитектурно-отделочной керамики з задаными эксплуатационными свойствами .
    Использование некондиционного сырья как "армирующих" добавок позволило расширить сырьевую базу, разработать технологический процесс получения высокопрочного лицевого керамического кирпича способом полужесткой экструзии, который базируется на беспересадочной технологии, и  расширить цветовую гамму и фактуру выпускаемой продукции.
    Для решения поставленной задачи использовали комплекс физико-химических и физико-технических методов исследования, позволяющий оценить особенности структурообразования керамических материалов; комплекс технологических методов, позволяющих оценить эксплуата-ционные свойства изделий. 
     При разработке керамических масс для производства лицевого кирпича способом полужесткой экструзии использовали полиминеральные глауко-нитовые глины Харьковского региона, отличающиеся высокой карьерной и формовочной влажностью (32-42%), что обусловило технологическую сложность решения данной задачи и необходимость использования армирующих компонентов при композиционном шихтовании опытных масс.
     Основными критериями выбора "армирующих” компонентов для производства лицевой керамики было низкое содержание в них оксидов кальция и водорастворимых солей.
      За последние 30 лет проведено много исследований по использованию золошлаковых отходов в технологии стеновой керамики. Однако высокое содержание оксидов серы и кальция не позволяет применять данное сырье при производстве лицевых изделий. В отличие от золошлаков ─ шлаки ТЭС характеризуются низким содержанием водорастворимых солей, серы и некоторым присутствием оксидов кальция, что позволяет их использование в качестве "армирующего” компонента при производстве лицевых изделий.
      Для получения высокопрочного лицевого керамического кирпича  способом полужесткой экструзии в качестве пластифицирующей добавки использовали бентонит Дашуковского месторождения. 
     Одним из способов регулирования коагуляционной структуры керамических масс является изменение степени взаимодействия дисперсных частиц с водой путем добавки  поверхностно-активных веществ. 
   В качестве изучаемого ПАВ использовали биопласт ─ отход дрожжевого производства. Изучалось влияние биопласта на структурообразование глауконитовой глины Харьковского региона [3].
    При добавлении к глинам 1% биопласта снижается формовочная влажность на 5% при некотором росте прочности на сжатие и снижении водопоглощения, что представляет значительный интерес для производства керамического кирпича способом полужесткой экструзии.
    При помощи регрессионного анализа разработана математическая модель взаимного влияния разных факторов на свойства опытных масс.   Факторами (Хj), были приняты компоненты керамической шихты и температура обжига. Отклики Yj, характеризовали свойства 3х изучаемых структур [4].
     В качестве параметров, характеризующих свойства коагуляционной структуры, были определены формовочная влажность, пластическая прочность и пластичность керамических масс; конденсационной структуры ─ чувствительность к сушке и кристаллизационной структуры ─ прочность на сжатие, водопоглощение и усадка.
    Перед построением математической модели с применением корреляционного анализа были изучены связи между факторами и откликами.    Наиболее значимые из них учитывались в регрессионных уравнениях.
    На базе уравнений регрессии методом многокритериальной оптимизации и случайного поиска при заданных параметрах 3-х структур выбран оптимальный состав массы:
          Глина глауконитовая харьковская        -60 %
          Шлак ТЭС                                            -30 %
          Каолин КО-3                                        - 5%
          Бентонит                                              - 5%
     Новизна разработанного состава подтверждена патентом Украины [5]. 
    На основе данного состава возможно получение высокопрочного лицевого керамического кирпича с прочностью на сжатие более 25 МПа, что превышает свойства изделий, производимых в Украине.
      Керамические массы, которые применяются для производства кирпича способом полужесткой экструзии по беспересадочной технологии, должны характеризоваться достаточной пластической прочностью, чтобы выдержать нагрузку при сушке  изделий в пакетах на печных вагонах.
      Экспериметальным путем  установлено, что введение в керамические массы системы "глауконитовая глина ─ шлак ─ каолин ─ бентонит" шлака в количестве 20-30 % и бентонита в количестве 5% позволяет получить наиболее прочные (пластическая прочность составляет 1,33-1,89 МПа) коагуляционные структуры, что, в свою очередь, обуславливает их использование для производства лицевого кирпича способом полужесткой экструзии [6].
      Для моделирования опытных масс с заданными свойствами изучали влияние фракционного состава шлака на свойства коагуляционной, конденсационной и кристаллизационной структур.
       Очевидно, что при росте крупности частичек шлака уменьшается пластичность керамических масс и увеличивается их чувствительность к сушке.
      Установлено, что тонина помола шлака не должна превышать 1мм. При этом  достигается высокая пластическая прочность керамических масс (1,5 ─ 2,16 МПа), что обуславливает их применение при полужесткой экструзии. Кроме этого, данные образцы, обожженные на 1050оС, характеризуются высокой прочностью на сжатие  22,7-31,2 МПа.
При использовании в качестве армирующего компонента шлаков ТЭС получены лицевые архитектурно-отделочные изделия, отличающиеся текстурой, имитирующей природные камни.
Однородную гладкую поверхность лицевого кирпича с использованием в качестве "армирующего” компонента шлаков ТЭС получить невозможно.
     В связи с этим, стало необходимым изыскание такого армирующего компонента, использование которого позволило как оптимизировать струк-турообразование керамических масс на основе глауконитовой глины, так и получить однородную гладкую фактуру облицовочных материалов. 
     Анализ литературных данных показал высокую эффективность использования в качестве отощителей  плавней в составах масс для производства тонкой керамики полевошпатовых пород, широко представленных в массивах Украинского кристаллического щита.
    Поэтому в качестве "армирующего" компонента было выбрано некондиционное сырье природного происхождения ─ отсевы камнедробления  Коростенского месторождения Житомирской области. З учетом имеющегося опыта были выбраны красные гранитные отсевы, которые характеризуются повышенным содержанием цветных и щелочных оксидов, мозаичностью структуры полевошпатовых минералов, что может обеспечить спекание за счет реакций с центрами на дефектах кристаллических решеток.  
    Используя метод наименьших квадратов построены уравнения регрессии зависимости свойств опытных масс от состава и температуры, и на базе этих уравнений методом многокритериальной оптимизации и случайного поиска, при заданных параметрах, выбран оптимальный состав массы для производства лицевого кирпича:
 
          Глина глауконитовая харьковская            -59 %
          Гранитный отсев                                      - 20 %
          КО-3                                                        - 16 %
          Бентонит                                                  - 5 %
     При вылеживании опытной массы в течение 14 суток наблюдается снижение формовочной влажности (до 25,02%) и рост пластической прочности (до 1,80 МПа) керамических масс Наибольшей пластической прочностью, пластичностью и наименьшей чувствительностью к сушке  характеризуется масса, содержащая отсев дисперсностью < 1мм.
    При использовании в качестве армирующего компонента гранитных отсевов камнедробления дисперсностью < 1мм на основе глауконитовой зеленой глины возможно получение способом полужесткой экструзии лицевого керамического кирпича гладкой фактуры марки 175 и более.
     В результате дифференциально-термического анализа установлено, что в оптимальных композициях шлаков ТЭС и гранитных отсевов с глауконитовой зеленой глиной, каолином и бентонитом разрушение глинистых минералов и кристаллизация новообразований происходит при более низких температурах (на 120-80 оС),чем у чистой глины. Это является одним из факторов, обуславливающих повышенную прочность кристаллизационной структуры оптимальных композиций опытных масс при низкотемпературном обжиге [7].
       Установлено, что при обжиге глауконитовых глин при температуре 1050оС кристаллизуются кристаболит, гематит, кварц и полевой шпат. При оптимальном химико-минералогическом составе шихты системы «глина-шлак-каолин-бентонит» и температуре обжига 1050оС увеличивается количество кристаболита (до 8,5%), гематита и формируется более развитая стеклофаза, о чем свидетельствует уменьшение рефлексов кварца. 
       Таким образом, в системе глауконитовая глина - шлак - каолин - бентонит происходит спекание черепка за счет появления жидкой фазы, что обуславливает возможность получения на основе данных масс способом полужесткой экструзии как высокопрочного лицевого кирпича, так и клинкерных изделий.
       Установлено, что при использовании в качестве армирующего компонента отощителя-плавня гранитных отсевов, прослеживаются те же тенденции в формировании кристаллических новообразований, как и при использовании шлака. Однако, при использовании гранитных отсевов, которые отличаются мозаичностью и дефектностью структуры, при формировании керамического черепка преобладают реакции в твердой фазе, что положительно сказывается на увеличении прочности на сжатие (до 18МПа) при уменьшении усадки изделий (до 9 %), это позволяет получать лицевой кирпич способом полужесткой экструзии.
На основе проведенных исследований разработан технологический процесс производства высокопрочного лицевого керамического кирпича способом полужесткой экструзии. 
     Для снижения карьерной влажности, на карьере, глина Харьковского месторождения проходит предварительную переработку. В районе формиро-вания бурта глина проходит через камневыделительную дробилку, по транспортеру подается в воздух и падает тонким слоем на землю. Затем при помощи экскаватора из этой глины формируется бурт.
    Глауконитовая глина из бурта поступает в ящичный питатель, затем на каскад вальцев немецкой фирмы "RIETTER"  камневыделительные валь-цы, зубчатые вальцы, вальцы грубого помола, вальцы тонкого помола и вальцы супертонкого помола.
    В отдельно стоящем крытом цехе находится склад для хранения и помола армирующих добавок (шлак, отсев) и хранения некондиционных каолинов и привозных глин. Шлак и отсев предварительно измельчаются на дробилке до прохождения через сито 1мм. Через второй питатель посту-пают привозные глины и армирующие компоненты, затем вся шихта отправляется в шихтозапасник. Шихтозапасник состоит из 8 отсеков. Возможно вылеживание массы в течение 24 суток.
  Керамическая масса после прохождения каскада вальцев вылеживается в шихтозапаснике в течение 14дней. Из шихтозапасника керамическая масса поступает на пресс полужесткой экструзии МЖ-4. Щелевой кирпич формуют при следующих параметрах формования: глубина вакуумирования-0,91кг/см2, температура бруса 40-50оС.
    При помощи современного комплекса резки-садки свеже-отформованный кирпич садится на печные вагонетки. Высота садки 12 рядов. Используют садку на плашок.
Печные вагонетки со свежеотформованным кирпичом отправляются на сушку в туннельные сушила. Время сушки составляет 24 часа.  Туннельные сушилки работают по принципу противотока. Остаточная влажность высушенного кирпича составила 6%.
    После сушки печные вагонетки с высушенным кирпичем обжигают в туннельной печи при температуре 1000оС. Длина печи 120 м. Время обжига-52 часа. Число толканий 17.
На печи используются горелки фирмы OSI (Франция). При разгоне печи используются боковые горелки. В зоне обжига-90 верхних горелок. Свод печи играет роль подушки. Температура равномерно распределена по всему сечению печи.
   На Харьковском филиале ЗАО "Слобожанська будівельна кераміка" в июле 2003г. внедрена представленная технология получения лицевого кирпича различной фактуры способом полужесткой экструзии по беспересадочной технологии с использованием некондиционного сырья техногенного и природного происхождения.
     При использовании в качестве армирующего компонента некондиционного сырья техногенного происхождения шлаков ТЭС получен лицевой керамический кирпич марки 250 и более с разной текстурой: шероховатой, которая при обжиге имитирует природные камни, с гранитоподобной и под рванный камень

Литература:

1.Крупа А.А., Городов В.С. Химическая технология керамических мате-риалов. ─ К,: Вища шк., 1990. – 398 с.
2. Швайка Д.И., Виговская А.П., Шкарлинский О.Ф. Энергосберегающие технологии производства стеновой керамики. ─ К.:Будівельник, 1987. ─ 117 с.
3. Телющенко И.Ф., Огородник И.В., Крупа А.А. Биопласт ─ эффективная добавка для керамических масс //Строит.материалы и изделия.2003. №1.С.1113.
       4. Телющенко И.Ф., Огородник И.В., Доний А.Н., Крупа А.А. Разработка математической модели взаимодействия компонентов керамической массы //Строит. материалы и изделия.2002.№5.С.36.
      5.Декларационный патент на изобретение №58001 7 С04В 33/00 "Керамическая масса для изготовления лицевого кирпича" /И.Ф. Телющенко; А.А.Крупа; А.Л.Савченко и др. Подано 04.07.2002 г. Получ. 15.07.2003 г. Бюл. №7
       6. Телющенко И.Ф Исследование структурообразования и свойств опыт-ных масс системы глина- некондиционное сырье техногенного происхождения //Буд. матеріали, вироби та санітарна техніка. ─ 2003. ─ №18. ─ С.59-67.
7. Телющенко И.Ф., Огородник И.В. /Особенности формирования кристал-лизационной структуры керамических масс с использованием шлаков ТЕС //Строит. материалы и изделия. ─ 2004. ─ №2. ─ С.11-14.
Разработка и продвижение сайта - Studio "V7"