книги из ГПНТБ / Кашкаев, И. С. Производство глиняного кирпича учеб. пособие

Небольшая объемная масса трепелов и диатомитов — это след­ ствие их высокой пористости, что придает изделиям из них мень­ шую теплопроводность по сравнению с изделиями из глины.

Тонкие глинистые частицы придают трепелам и диатомитам вы­ сокую пластичность, что позволяет формовать из этих пород полно­

телый кирпич, а иногда и пустотелые камни.

Сырец из трепелов и диатомитов выдерживает быструю сушку без трещин и деформаций. Изделия из трепелов и диатомитов обла­ дают небольшими воздушной усадкой (3—5%) и огневой усадкой (1—1,5%) ПРИтемпературе обжига 900—1000° С.

Часто кирпич, изготовляемый из трепелов и диатомитов, облада­ ет недостаточной морозостойкостью, особенно полнотелый. Для уве­ личения морозостойкости в формуемую массу вводят уголь или опилки, повышают температуру обжига, подвергают массу вакуу­

мированию.

Огромные запасы диатомитов и трепелов в Центральной части

СССР, в Поволжье, на Урале, а также на территории Украинской ССР представляют собой базу для широкого развития производства дешевого строительного кирпича.

Разработана и проверена технология производства пустотелого кирпича из диатомитов и трепелов методом полусухого прессова­ ния. По такой технологии не требуется вводить никаких добавок в массу, представляется возможность обжигать изделия, минуя пере­ дел сушки, что значительно упрощает производство и резко умень­ шает затраты труда.

Особенность технологии полусухого прессования кирпича из диа­ томитов и трепелов заключается в том, что сырье предварительно обезвоживают до остаточной влажности 13—17%, измельчают в по­ рошок до фракций не крупнее 5 мм и из полученной порошкообраз­ ной массы прессуют изделия при удельном давлении в пределах 150—250 кгс/см2. Сформованный сырец обжигают, минуя предва­ рительную сушку, при температуре 1100° С и выше.

Получаемый по такой технологии 18-щелевой кирпич из Камышловских (Свердловская обл.) и Шарловских (Ульяновская обл.) диатомитов отличается прочностью при сжатии 200—250 кгс/см2,

Для улучшения природных свойств глиняного сырья — уменьше­ ния общей усадки, чувствительности к сушке и обжигу, улучшения формовочных свойств, широко применяют добавки.-

Добавки, используемые при производстве кирпича и керамиче­ ских камней, по назначению можно разделить на:

о т о щ а ю щ и е — песок, шамот, дегидратированная глина, уно­ сы керамзитового производства и другие минеральные невыгораю­ щие добавки;

31

о т о щ а ю щ и е и в ы г о р а ю щ и е п о л н о с т ь ю и л и ч а с ­ т и ч н о — древесные опилки, лигнин, торф, лузга, многозольные уг­ ли, шлаки, золы ТЭЦ, отходы углеобогатительных фабрик и др.;

в ы г о р а ю щ и е д о б а в к и в виде высококалорийного топли­ ва — антрацит, кокс и другие, вводимые в шихту для улучшения об­ жига изделий;

о б о г а щ а ю щ и е и п л а с т и ф и ц и р у ю щ и е д о б а в к и — высокопластичные жирные глины, бентонитовые глины, сульфитно­ спиртовая барда (ССБ) и др.

Отощающие добавки

Песок. В качестве отощителя следует применять кварцевый пе­ сок. Пески карбонатных пород или засоренные карбонатом не до­ пускаются.

Необходимо использовать крупнозернистые пески. Мелкозернис­ тые почти не уменьшают усадку и чувствительность изделия в суш­ ке и в то же время снижают прочность изделия.

Наиболее подходящий для отощения зерновой состав песка — от 1,5 до 0,15 мм.

Шамот. Шамот получают из обожженных отходов керамических изделий. Он является более эффективным отощителем, чем кварце­ вый песок. Шамот сильнее уменьшает усадку глины, чем многие другие отощители, менее других снижает прочность кирпича. По­ этому, когда необходимо обеспечить достаточную прочность кирпи­ ча, применяют шамот.

В шихту вводят обычно 10—15% шамота. Если это количество увеличивают, то уменьшается формуемость глин, обладающих не­ достаточной пластичностью. Однако при вакуумировании глиняной массы и формовании кирпича на вакуумных прессах количество ша­ мота в шихте может быть увеличено до 25% и более.

Шамот легко поддается измельчению до требуемого зернового состава, который должен быть в интервале 1,5—0,15 мм. Если ша­ мота, получаемого из отходов, недостаточно для требуемого отоще­ ния глины, то его вводят в сочетании с другими видами отощающих и выгорающих добавок (шлаков, опилок).

Дегидратированная глина. Она представляет собой обожженную до 500—600° С глину, из которой удалена значительная часть хими­ чески связанной воды. Благодаря этому дегидратированная глина резко снижает усадку кирпича, пластичность и чувствительность к сушке. Процесс сушки кирпича, сформованного с добавкой значи­ тельного количества дегидратированной глины, можно вести более форсированно, не опасаясь образования усадочных трещин. Дегид­ ратированную глину можно вводить в пределах 30—50% от общего объема шихты. При таком количестве резко уменьшается количе­ ство трещин в изделиях или трещины полностью ликвидируются.

При добавке дегидратированной глины следует также в состав шихты вводить уголь, а изделия обжигать при несколько более вы­

32

сокой температуре (на 40—50°С), чем обычно. Оптимальное коли­ чество дегидратированной глины в шихте зависит от свойств исход­ ного сырья, степени дегидратации глины, условий формования из­ делий и вида их и устанавливается обычно при испытаниях сырья в

заводских условиях.

Степень измельчения дегидратированной глины существенно влияет на сушильные свойства и прочность сухих и обожженных из­ делий. Рекомендуемый зерновой состав измельченной дегидратиро­ ванной глины в мм: 2—1—20—30%; 1—0,63—15—60%; 0,63—0,31 15—20%; 0,31—0,15 — 25% и менее 0,15—20 — 30 % •

Добавки отощающие и выгорающие полностью или частично

Древесные опилки. Применяют древесные опилки продольной и поперечной резки. Однако предпочтение следует отдавать опилкам продольной резки. Перед употреблением опилки обязательно просе­ ивают через грохот с сеткой ячеек не крупнее 8X8 мм. Так как опил­ ки длинноволокнистые, то они армируют глиняную массу и повыша­ ют ее сопротивление разрыву, а вместе с тем и трещиностойкость в сушке. Опилки улучшают формовочные свойства глиняной массы, но снижают прочность изделий, повышают водопоглощение.

Применение опилок при производстве полнотелого и пустотелого кирпича снижает объемную массу кирпича и соответственно улуч­ шает его теплозащитные свойства.

В ряде случаев добавка 5—10% опилок повышает морозостой­ кость кирпича и камней. При значительном количестве опилок в составе шихты ухудшается внешний вид изделий и снижается проч­ ность. Наибольший эффект от применения опилок в качестве добав­ ки получают, когда вводят их в сочетании с минеральными отощителями, например с шамотом, а также с углем.

Лигнин. Лигнин является отходом производства древесного спир­ та и представляет собой не только отощающую и выгорающую до­ бавку, но и выполняет роль пластификатора.

Использование лигнина в качестве добавки к пылеватым суглин­ кам, чувствительным к сушке, улучшает их формовочные свойства и уменьшает трещиноватость изделий при сушке; как выгорающая добавка лигнин улучшает качество обжига. Добавляют 6—20% лиг­ нина от объема керамической массы. Для получения пористого кир­ пича количество его может доходить до 40%.

Торф. Измельченный (фрезерный) торф и отходы торфяных бри­ кетов при отсутствии других отощителей могут служить добавкой в глину при производстве пористого облегченного кирпича. Однако торф замедляет сушку вследствие высокой влагоемкости.

Топочные шлаки. Эти шлаки являются эффективной отощающей добавкой; особенно это относится к остеклованной части. Шлаки снижают чувствительность изделий к быстрой сушке.

Значительно улучшается качество обжига и устраняются трещи­ ны во время сушки при добавке шлаков высокой калорийности в сочетании с небольшим количеством опилок (до 8%).

Золы ТЭЦ. Золы ТЭЦ представляют собой отходы от сжигания в пылевидном состоянии каменных углей. Образующиеся зола и шлаки направляются от котельных теплоэлектростанций гидравли­ ческой системой в золоотвалы в виде пульпы. В кирпичном произ­ водстве в качестве добавки используют золы ТЭЦ с удельной по­ верхностью 2000—3000 см2/г. Теплотворная способность золы в за­ висимости от содержания несгоревших частиц топлива составляет от 1000 до 3200 ккал/кг.

Добавка 10—15% золы ТЭЦ в смеси с опилками или шамотом делает кирпич менее чувствительным к сушке и повышает его проч­ ность по сравнению с добавкой, например, одного дробленого мно­ гозольного угля или одних опилок. Это происходит вследствие того, что предварительное смешивание с другими добавками обеспечива­ ет более равномерное распределение золы и мелкодисперсной горю­ чей ее части в шихте. В состав шихты вводят от 15 до 45% золы ТЭЦ.

Отходы углеобогатительных фабрик. Эти отходы получают после обогащения различных углей. Они представляют собой глинистые и другие породы с содержанием горючей части 10—30% и более, отличающиеся высокой теплотворной способностью.

Влажность углесодержащих пород 10—12% и более, крупность кусков неслипшейся породы — от 6 до 100 мм и зольность — в сред­ нем 70%. Встречаются породы с большим содержанием глинозема и засоренные углем, которые используют в качестве отощающих, а также обогащающих добавок в кирпичные суглинки с небольшим содержанием глинозема.

Добавка углесодержащих отходов увеличивает интервал спека­ ния легкоплавких глин и прочность изделий.

Выгорающие добавки

К этой группе относятся различные виды твердого топлива, в частности антрацит, коксовая мелочь и др. Их вводят в состав ших­ ты до 3% по объему, т. е. до 60—80% от общей потребности топли­ ва на обжиг изделий. Назначение их — интенсифицировать процесс обжига, улучшать спекаемость массы и тем самым повышать проч­ ность изделий. Выгорающие добавки целесообразно вводить в пыле­ видном состоянии.

Обогащающие и пластифицирующие добавки

В качестве обогащающих и пластифицирующих добавок исполь­ зуют пластичные глины, отходы углеобогатительных фабрик, бенто­ нитовые глины, различные поверхностно-активные вещества, на­

34

пример вытяжки из соломы и торфа, сульфитно-спиртовая барда (ССБ) и др.

Высокопластичная глина. Для обогащения малоглиноземистого сырья (с содержанием глинозема 6—8%) и увеличения его плас­ тичности в качестве добавки применяют более пластичную и с боль­ шим содержанием глинозема глину в количестве 10—20% и более от общего состава шихты.

С целью лучшего смешивания сырья двух видов и уменьшения количества добавляемой высокопластичной глины ее рекомендуется вводить в виде шликера с влажностью примерно 40%.

Отходы углеобогатительных фабрик. В ряде случаев в качестве обогащающей добавки служат отходы углеобогатительных фабрик, содержащие наряду с горючей частью высокопластичную огнеупор­ ную или тугоплавкую глину.

Высокопластичные отходы углеобогатительных фабрик целесо­ образно вводить в виде шликера. В этом случае расход их умень­ шается и смешивание с основной массой глины облегчается. Твердые, не пластичные отходы углеобогатительных фабрик, содер­ жащие глинозем, следует вводить в состав шихты в тонкоизмельченном состоянии.

Бентонитовые глины. Эти глины используют в качестве пласти­ фикатора и вводят их в количестве до 3% в набухшем состоянии в виде шликера.

Увеличение содержания бентонитовой глины в массе резко по­ вышает ее чувствительность к сушке.

Поверхностно-активные вещества. Поверхностно-активные веще­ ства повышают пластичность глиняной массы вследствие образова­ ния адсорбционной пленки на поверхности глинистых частиц. Плен­ ка играет роль смазки, что позволяет снижать формовочную влаж­ ность на 2—’3%. Эти вещества также улучшают сушильные свой­ ства глиняной массы, ускоряя влагоотдачу, снижают градиент влаж­ ности по толщине изделия, увеличивают влагопроводность глиняной массы изделия. В результате в процессе сушки изделия уменьшают­ ся внутренние напряжения и образование микротрещин, что повы­ шает прочность как сырца, так и обожженного кирпича.

В ы т я ж к и из с о л о м ы и т о р ф а вводят в глиняную мас­ су при ее затворении вместе с обычной водой.

Если глину затворять отваром соломы или вытяжкой из торфа, то пластичность глины, особенно если она после этого некоторое время вылеживается, увеличивается более чем в два раза, повыша­ ется также пластичность сформованных изделий.

Добавку можно широко использовать на многочисленных мел­ ких кирпично-черепичных предприятиях в сельскохозяйственных районах с малопластичным сырьем.

Для приготовления соломенной вытяжки солому предварительно машиной превращают в сечку, загружают в емкость с водой и кипя­ тят в течение 15 мин. Соломенной сечки берут из расчета 1,0—1,5 кг на 10 л воды. Глиняную массу затворяют полученным отваром, раз­ бавленным пополам с водой.

Вытяжку из соломы можно готовить и на холодной воде с добав­

1%-ный раствор ССБ, вводимый в глиняную массу, уменьшает ее формовочную влажность и снижает количество трещин в сырце при его сушке, повышает прочность кирпича на 25—40 кгс/см2.

Расход ССБ на 1000 шт. кирпича составляет 2 кг. Для получения требуемого эффекта следует вводить раствор ССБ в начале техно­ логической линии обработки сырья вместе с пароувлажнением.

Обогащающие и пластифицирующие добавки следует вводить по возможности в начале технологической линии.

Если карьерная влажность глины не позволяет вводить глину в виде шликера, то наряду с ней в составе шихты следует предусмат­ ривать разувлажняющие добавки, т. е. обычно применяемые отощи- тели—-шамот, шлак, дегидратированную глину или молотые отхо­ ды изделий после сушки.

§ 12. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОФАКТУРИВАНИЯ КИРПИЧА

Эти материалы либо входят в состав керамической массы, нано­ симой на лицевую поверхность, либо являются, как например лег­ коплавкое стекло и кварцевый песок, самостоятельными материала­ ми, наносимыми в сухом виде.

Для офактуривания лицевых поверхностей кирпича, изготовлен­ ного из легкоплавкой красножгущейся глины, и придания им того или иного цвета применяют огнеупорные светложгущиеся глины, легкоплавкое стекло, кварцевый песок, бой фарфоровых и огне­ упорных изделий.

Огнеупорные светложгущиеся глины. Преимущественно приме­ няют огнеупорную часовъярскую глину класса 4-1. Ее поставляют согласно техническим условиям с содержанием АЬОз + ТЮг — 34%, БегОз — не выше 1,6%. Число пластичности — 31—44, огнеупор­ ность— 1690° С. Эта глина спекается при низкой температуре. Ис­ пользуют также огнеупорную дружковскую глину и*др.

Легкоплавкое стекло. Для понижения температуры спекания ог­ неупорных глин вводят в качестве добавки легкоплавкое стекло. Обычно используют отходы оконного стекла, стекольной тары, сиг­ нального стекла или по заказам получают стекло со стекольных за­ водов в виде глыб (эрклеза) требуемого цвета.

Кварцевый песок. Этот песок используют в качестве отощителя огнеупорных глин. Применяют маложелезистый кварцевый песок типа люберецкого. Его химический состав (в %): SiC>2 — 99,1—99,5;

А120 з — 0,16—0,5; Fe20 3 — 0,02—0,3; СаО — 0,03—0,5.

Бой фарфоровых и огнеупорных изделий. Этот бой получают с керамических заводов, измельчают в крошку и применяют для офактуривания кирпича в сухом виде.

36

Г л а в а III

ДОБЫЧА, УСРЕДНЕНИЕ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ГЛИНЫ

От организации добычи глины во многом зависит ритмичность работы завода, качество и количество получаемой продукции.

По данным детальной эксплуатационной разведки месторожде­ ния составляют проект и план горных работ.

§13. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ И ВСКРЫШНЫЕ РАБОТЫ

ВКАРЬЕРЕ

Перед началом работ по добыче глины в карьерах проводят подготовительные и вскрышные работы, обеспечивающие в дальней­ шем нормальную бесперебойную работу по добыче.

При п о д г о т о в и т е л ь н ы х р а б о т а х удаляют раститель­ ность, устраняют водоотводные канавы и подъездные пути.

Для расчистки площадей, заросших кустарником и редкими не­ большими деревьями, применяют кусторезы.

Для корчевания крупных пней, валки деревьев диаметром до 35 см, срезки кустарников и рыхления почвы используют навесные корчеватели.

В процессе подготовительных работ особое внимание надо уде­ лять устройству подъездных путей к карьеру.

При в с к р ы ш н ы х р а б о т а х удаляют растительный слой, почву, подзол, песок, т. е. все непригодные для производства слои, покрывающие толщу глины.

Землеройное оборудование и способ вскрышных работ выбира­ ют в соответствии с особенностями месторождения и рельефа мест­ ности на основе проекта разработки карьера.

Для вскрышных работ применяют колесные скреперы, бульдозе­ ры, иногда многоковшовые экскаваторы, а в отдельных случаях гидромониторы. Скреперы на гусеничном тракторе с гидравличе­ ским или канатным управлением выполняют все операции, связан­ ные не только со снятием, но и с транспортированием добытого грунта к месту его отвала или выгрузки. Скреперы отличаются вы­ сокой проходимостью и маневренностью.

Для вскрышных и планировочных работ в глиняных карьерах применяют также бульдозеры. Грунт режут и перемещают отвалом бульдозера, смонтированным на тракторе с канатным или гидрав­ лическим управлением. Бульдозеры используют при дальности пе­ ремещения грунта до 100 м.

Чаще всего применяют неповоротные бульдозеры, т. е. с отва­ лом, неподвижно закрепленным на тракторе. При необходимости засыпки рвов и траншей лучше использовать универсальные буль­ дозеры с отвалом, который может поворачиваться в обе стороны от продольной оси трактора на угол 25—30°.

37

§ 14. С П О С О Б Ы ДОБЫ ЧИ ГЛИНЫ ДЛЯ П РО И ЗВО Д СТ ВА КИРПИЧА

Добычные работы состоят из операций по выемке глины из мас­ сива и погрузке ее на транспортные средства.

Объем добытой глины измеряют в плотном теле. Для перевода объема глины в рыхлом состоянии при выемке глины с транспорт­ ных средств пользуются коэффициентом разрыхления КР.

Значения /Ср для пластичных плотных глин — 1,26—1,32; для су­ глинков тяжелых— 1,24—1,30; для суглинков легких— 1,14—1,28; для песка и песчанистых грунтов— 1,08—1,37 и для растительного

слоя — 1,2—1,3.

В районах с теплым климатом глину добывают обычно откры­ тым способом как в летнее, так и в зимнее время. В районах с суро­ выми климатическими условиями применяют закрытый способ до­ бычи под утепленными перекрытиями и в тепляках разных кон­ струкций.

Способ добычи зависит от толщины залежи глины, климатиче­ ских условий и т. п.

В качестве глинодобывающих машин применяют, как правило, многоковшовые и одноковшовые экскаваторы. В отдельных случаях используют скреперы, бульдозеры и струги. Однако эти машины це­ лесообразно применять лишь при благоприятных горно-геологиче­ ских условиях, равномерном и однородном залегании сырья и до­ статочной мощности месторождения.

Добыча глины многоковшовыми экскаваторами

На многих кирпичных заводах для добычи глины применяют многоковшовые экскаваторы ЭМ-201А (рис. 8).

Многоковшовые экскаваторы при копании снимают тонкую стружку глины толщиной 2—3 см и перемешивают ее, что облегчает обработку глины. Эти экскаваторы могут работать двумя способа­ ми: в первом случае экскаватор находится на верху карьера с опу­ щенной вниз ковшовой рамой — нижнее черпание; во втором — экс­ каватор расположен внизу на подошве карьера, а ковшовая рама направлена под некоторым углом к верху — верхнее черпание. При нижнем черпании ковши заполняются на 5—10% больше, чем при верхнем. Как при верхнем, так и при нижнем черпании карьер раз­ рабатывают радиальным или параллельным способом (рис. 9).

При р а д и а л ь н о м с п о с о б е р е з к и раму опускают по кругу, с центром в точке закрепления ковшовой рамы у экскавато­ ра. При этом в начале работы ковши снимают только верхнюю часть грунта и лишь постепенно, по мере выборки грунта, забира­ ют глину по всей толщине пласта.

Такой способ работы не обеспечивает смешивания всех слоев глины. Смешивание достигается лишь тогда, когда рама экскавато­ ра полностью погружена в пласт. Поэтому радиальную разработку применяют только при однородном составе глины. Кроме того, при

38

передвижении фронта выработки экскаватора на поверхности забоя остаются целики глины.

При п а р а л л е л ь н о м с п о с о б е р е з к и рама во время выборки грунта наклонена к поверхности под определенным углом, оставаясь параллельной первоначальному положению. При таком способе работы глина всегда снимается по всей высоте забоя и все

Рис. 9. Схема разработки карьера многоковшовым экскаватором при нижнем черпании:

а — параллельным способом, 6 — радиальным способом; 1, 2 — планирую­ щие звенья

39