книги из ГПНТБ / Роговой М.И. Технология искусственных пористых заполнителей и керамики учебник

мость и связующую способность глии. Некоторые добав­ ки оказывают комбинированное действие, являясь, например, одновременно отощающими и выгорающими.

Выбор вида добавок и состав формовочной смеси (шихты) необходимо подбирать с таким расчетом, чтобы она обладала наилучшими структурно-механическими

исушильными свойствами (см. гл. 1, § 2, п. 2, рис. 14).

Вкачестве отощающих добавок используют песок, шамот, дегидратированную глину, гранулированный шлак, золу ТЭС.

Песок. Он должен быть крупнозернистым с зернами размерами 0,5—2 мм, отсеянным от включений размером более 2 мм. Тонкозернистые пылевидные пески ухудша­ ют формовочные и сушильные свойства изделий. Луч­ шим для отощения является кварцевый песок с модулем

ского материала и может явиться причиной «разрыхле­ ния» керамического черепка из-за модификациопных превращений кварца: изделие в этом случае лишается звонкости или на нем появляются короткие топкие во­ лосные трещины.

Шамотом называют керамический материал, полу­ ченный обжигом глины при температуре, равной темпе­ ратуре обжига изделий из этой же глины. Он является более эффективным по технологическим свойствам отощителем, чем кварцевый песок, улучшая одновременно сушильные и обжиговые, а иногда и формовочные свой­ ства глины. Предельная крупность зерен шамота не должна превышать 2 мм. Пылевидная фракция вредна.

П а з а в о д а х о б ы к н о в е н н о г о г л и н я н ог о к и рпича в к а ч е ­ ст в е ш а м о т а и с п о л ь з у ю т п о р о ш о к , п о л у ч а е м ы й п о м о л о м

о т х о д о в о б о ж ж е н н о г о кирпича . О д н а к о п ра к т и ч еск и при

х о р о ш о н а л а ж е н н о м т е х н о л о г и ч е с к о м п р о ц е с с е к о л и ч е ­

и ск л ю ч а ет с я н а к о п л е н и е б о л ь ш о г о к о л и ч е ст в а о т х о д о в ,

з а г р я з н я ю щ и х т е р р и т о р и ю з а в о д а .

Н а з а в о д а х л и ц е в о г о к и рпича ш а м о т го т о в я т в с п е ­

181

циальных цехах или покупают в виде огнеупорного боя и вводят в количестве до 40%.

Дегидратированной глиной называют глину, обож­ женную до температуры, при которой она необратимо теряет химически связанную воду и свойство пластич­ ности. Степень дегидратации составляет 60—85% и для каждой глины ее подбирают индивидуально. Практиче­ ски температура дегидратации равна 700—750° С. Мак­ симальные размеры зерен порошка должны находиться в пределах 1,5—2 мм, а содержание фракции 0,15 мм может достигать 30—40%. Добавляют ее в количестве 30—50%. Она так же, как и шамот, является отощителем, резко улучшает сушильные свойства высокопла­ стичных глин и внешний вид кирпича, повышает его прочность минимально па одну марку. При введении в шихту дегидратированной глины температура обжига кирпича должна быть повышена на 30—50°. В нашей стране около десяти заводов уже освоили использование дегидратированной глины в качестве добавки.

Отходы керамзитового и аглопоритового производст­ ва. Уносы пылеосадительных камер керамзитообжига­ тельных вращающихся печей и возврат аглопоритового производства представляют собой глину различной сте­ пени дегидратации. Заводы стеновой керамики, имею­ щие керамзитовые или аглопоритовые цехи, с успехом используют эти материалы в качестве отощителей. Мак­ симальная величина зерен 2 мм. Циклонная пыль не­ пригодна.

Гранулированный шлак является мелкозернистым материалом, почти не содержит пылевидной фракции, не требует помола и поэтому является в производственном отношении очень удобным отощителем. В некоторых слу­ чаях он требует лишь просева для отделения зерен круп­ нее 2 мм. Экономически его использование наиболее эф­ фективно кирпичными заводами, расположенными

врайонах размещения металлургических комбинатов. Выгорающие добавки полностью или частично выго­

рают при обжиге керамических изделий. В производстве стеновой керамики к таким добавкам относятся древес­ ные опилки, различные виды каменных углей, отходы уг­ леобогатительных фабрик, золы ТЭС и лигнин.

Д р е в е с н ы е о п и л к и вводят для улучшения су­

182

ной зерен глинистых частиц, они как бы армируют кера­ мическую массу, повышая ее сопротивление разрыву, а вместе с тем и трещиностойкость в сушке. В обжиге опилки выгорают, оставляя в черепке относительно крупные поры, увеличивающие водопоглощепис кир­ пича и его морозостойкость. При изготовлении кир­ пича обычно добавляют 8—28% опилок по объему. Наи­ более эффективно повышают трещиностойкость кирпи­ ча опилки продольной резки. Их необходимо просеивать через грохот с отверстиями размером не более 8X8 мм.

А н т р а ц и т , к о к с и к и т о щ и е к а м е н н ы е у г л и добавляют в глину в количестве 60—80% расхода топли­ ва на обжиг, что составляет 2—2,5% объема глины. В таких количествах каменный уголь не оказывает суще­ ственного влияния на пористость кирпича. Основное на­ значение добавки каменного угля — создать восстанови­ тельную среду в толще обжигаемого материала. Благо­ даря этому железистые окислы из окисного состояния переходят в закисные, обладающие большой реакцион­ ной способностью, интенсивно образуют железистые стекла и таким образом интенсифицируют процесс спе­ кания и упрочнения керамического черепка. В изломе кирпича, обожженного из глины с добавкой угля, хоро­ шо видна темно-малиновая уплотненная зона, повыша­ ющая прочность кирпича.

Б у р ы е у г л и добавляют в глину с той же целью. При их использовании увеличиваются потери с химичес­ ким недожогом вследствие выделения летучих горючих веществ при температурах, ниже температуры их воспла­ менения. Но зато выделение тепла и газов происходит при бурых углях более равномерно и в более широком температурном интервале, чем при антраците, благодаря чему почти не возникает опасности пережога кирпича и его обжиг можно вести более уверенно и свободно. Раз­

страны поступает в отвалы около 15 млн. т отходов в ви­ де шлама, влажность которого в отвале снижается до 10— 12%. Зольная часть этих отходов в большинстве случаев является глинистой с содержанием А120 3 до 16%, а теп­ лота сгорания отходов достигает 8400 кДж на 1 кг. Не­ которые заводы с успехом используют их в качестве вы­

183

горающей добавки вместо углей, что выгодно экономиче­ ски и технологически, поскольку обеспечивает более равномерное распределение горючей массы в обжигае­ мых изделиях.

З о л ы ТЭС также используют в качестве добавок в глину при производстве кирпича. Они действуют как отощители, а вследствие наличия в них механического не­ дожога (невыгоревшего коксового остатка) так же, как и выгорающие добавки. Удельная поверхность золы колеблется в пределах 2000—3000 см2/г. Теплота сгора­ ния зол ТЭС достигает 12 500 кДж/кг. Для добавки в шихту стеновой керамики необходимо использовать зо­ лу с содержанием CaO+MgO не выше 5%, потерями при прокаливании не менее 20%• Добавляют ее до 15%, а на некоторых заводах это количество увеличивают до 50%, что позволяет снизить объемную массу до

1250 кг/м3.

Л и г н и н — порошковый тонкодисперсный отход производства древесного спирта. Он действует не только как выгорающая, но и как пластифицирующая добавка, улучшающая сушильные и формовочные свойства гли­ няной массы. Лигнин вводят в количестве 4—15%, ком­ бинируя с другими выгорающими порошками (опилки, уголь).

Пластифицирующими добавками являются высоко­ пластичные глины, бентониты и сульфитно-спиртовая барда (с. с. б.).

В ы с о к о п л а с т и ч н ы е г л и н ы и б е н т о н и т ы . Назначение этих материалов улучшить керамические свойства суглинков. Высокопластичные глины содержат более 60% частиц размером менее 1 мк, что позволяет увеличивать растяжимость глины и тем самым улучшить ее формовочные и сушильные свойства.

Б е н т о н и т ы — высокодисперсные глинистые поро­ ды с преобладающим содержанием монтмориллонитовых минералов. Фракция с зернами размером менее 1 мк достигает в них 85%. Они действуют аналогично высо­ копластичным глинам, но в более сильной степени. Бен­ тонит добавляют до 3% по массе абсолютно сухого веще­ ства. Высокопластичные глины и бентониты вводят в ви­ де шликера с влажностью 40—50%.

С у л ь ф и т н о - с п и р т о в а я б а р д а (с. с. б.) — от­ ход целлюлозного производства. Ее добавляют к тощим суглинкам в виде слабо концентрированных растворов а

184

количестве 0,3—0,5% в расчете на сухое вещество. С. с. б. способствует более равномерному распределению влаги и твердых добавок в сырце и снижению сопротивляемос­ ти сдвиговым усилиям (снижение «жесткости») керами­ ческой массы. В результате улучшаются сушильные и формовочные свойства изделий, почти в 3 раза повыша­ ется прочность высушенного сырца и как минимум на марку возрастает прочность обожженных изделий [54].

§ 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

Технологический процесс изготовления изделий сте­ новой керамики в наиболее общем случае состоит из че­ тырех групп операций: карьерные работы, обработка глиняной массы, формование изделий, их сушка и обжиг. Отдельной операцией является подготовка добавок.

Современная схема технологического процесса про­ изводства изделий стеновой керамики способом пласти­ ческого формования представлена на стр. 186. На схеме двойными контурами и сплошными стрелками обозначе­ ны наиболее типичные элементы схемы, а одинарными рамками и пунктирными стрелками — возможные ее ва­ рианты на отдельных переделах технологического про­ цесса.

Естественная обработка глины. Добычу глины це­ лесообразно совмещать с естественной ее обработкой, под которой понимают использование погодно-климати­ ческих факторов и фактора времени для изменения свойств глиняной массы. К методам естественной обра­ ботки относят вымораживание и вылеживание глины в замоченном состоянии.

Вымораживание глины обладает сильнейшей техноло­ гической эффективностью. Никакие способы механичес­ кой обработки практически не дают того технологическо­ го эффекта, который достигается вымораживанием. Сущ­ ность его заключается в том, что разрыхленную глину замачивают и в замоченном состоянии подвергают при­ мерно годичному вылеживанию на открытом воздухе.

Под влиянием многократных циклов замораживания и оттаивания вода, замерзая в мельчайших капиллярах глиняных частиц и увеличиваясь при этом в объеме на 9%, разрушает связи между ними, диспергируя частицы глины на элементарные зерна. Вследствие этого возра­ стает удельная поверхность глины, более полно завер-

185

шаются процессы набухания, увеличивается количество связанной воды, обусловливающей более высокую проч­ ность (сцепление) глиняного теста, и в конечном резуль­ тате улучшаются его формовочные и сушильные свой­ ства.

На заводах большой мощности вымораживание гли­ ны осуществляют способом внутрикотловых взрывов. При этом способе на участке, освобожденном от вскрыш­ ного слоя, бурят скважины диаметром 10 см, глубиной 0,85 от мощности полезной толщи пласта и с расстояни­ ем между скважинами, равным их глубине. Взрывают пласт аммонитом № 6. Мощность взрывного заряда рас­ считывают таким образом, чтобы глина подвергалась рыхлению без выброса. В разрыхленном состоянии ее ос­ тавляют на годичное вылеживание и промораживание.

Зумпфование — это вылеживание глины в замочен­ ном состоянии. При этом в отличие от вымораживания в породе не происходит столь глубокого диспергирования глинистых частиц, но процессы их набухания, переход некоторой части воды из свободных форм в связанные, переориентация зерен глинообразующих минералов и дипольных молекул воды с увеличением общей прочно­ сти глиняной массы протекают довольно полно. В ре­ зультате этого процесса также весьма заметно улучша­ ются формовочные и сушильные свойства глины и, как следствие снижается брак не только при формовании и сушке изделий, но и при их обжиге.

Вылеживание глины в летнее время может быть организовано в карьере и совмещено с процессом ее добычи. Для этого весь фронт забоя делят на 5—6 частей (заходок) по длительности вылежива­ ния в сутках. Добытую глину на данной заходке оставляют па месте и заливают в конце дня водой, а в производство подают глину из другой заходки, в которой она пролежала в замоченном состоянии необходимое количество суток. Вылеживание замоченной карьерной глины повышает производительность глиноперерабатывающего обо­ рудования и пресса на 20% и примерно в такой же пропорции сни­ жает расход электроэнергии.

Из карьера глину направляют в производство непо­ средственно или через промежуточный склад сырья (что предпочтительней).

Глину подают транспортным устройством в ящичный подаватель, оборудованный рыхлительной машиной, которая является одновременно приемником и питате­ лем для целой системы машин, предназначенных для ме­ ханической обработки глины.

187

Механической обработкой глины называют такой способ обработки, при котором свойства керамической массы изменяются в результате механического воздейст­ вия на нее рабочих органов глинообрабатывающих ма­ шин. Глину подвергают механической обработке для вы­ деления из нее каменистых включений либо их измель­ чения, разрушения текстуры глины ', гомогенизации мас­ сы и улучшения ее формовочных свойств.

Выделение каменистых включений из глины осуществ­ ляют специализированными машинами: дезинтеграторными ребристыми вальцами (СМ-150А), винтовыми кам­ невыделительными вальцами (СМ-416А) и глиноочистителями СМ-472.

Дезиитеграторные вальцы как глиноочистительцая машина малоэффективны. Практически они выделяют камни величиной лишь более 10 мм. Камни менее 10 мм в большинстве своем проскакивают через зазор. Ребра вальцов подвержены быстрому износу, в связи с чем не­ обходимы тщательный надзор за их состоянием и свое­ временная смена ребер. Поэтому дезиитеграторные вальцы используют преимущественно в качестве машины для грубого дробления глины, а не для выделения из нее камней.

В связи с низкой эффективностью дезинтеграторных вальцов были созданы винтовые камневыделительные вальцы СМ-416А. Результаты исследования эффективно­ сти работы этой машины показали, что они выделяют незначительное количество камней — 15% их общего со­ держания в глине, а камни величиной 3—10 мм вообще почти не выделяются (только 4%). Кроме того, много­ летней практикой их эксплуатации также установлено, что при обработке высокопластичных плотных глин вме­ сте с камнями теряется в отходах 20—30% глины21.

Гарантированного выделения камней из глины можно добиться лишь гидравлическим ее обогащением. При этом способе глина рас­ пускается в шликер и пропускается сквозь решетку, задерживаю­ щую камни. По такому способу с последующим обезвоживанием шликера в отстойниках сезонного действия в течение 20 лет рабо­ тал Нижнеберезовский кирпичный завод (г. Улан-Удэ), используя месторождение глин с 35% каменистых включений. Отказ от гид­ равлического обогащения и попытка заменить его системой камне­

1 Под текстурой горных пород понимают особенности их строе­ ния, обусловленные ориентировкой и пространственным расположе­ нием их составных частей (зерен).

2 В этом случае более эффективны дезиитеграторные вальцы.

188

выделительных вальцов привели к закрытию завода. Использование гидравлического обогащения как средства выделения из глины ка­ менистых включений сдерживалось до сего времени в производстве стеновой керамики отсутствием высокопроизводительных установок

под давлением 0,25—0,3 МПа шликер накачивают в дуговое сито, на котором происходит отделение камней размером более 0,5 мм [55].

Измельчение глины. Если глина не содержит каме­ нистых включений, то после поступления в производство ее сразу подвергают грубому дроблению. Первой стади­ ей грубого дробления является рыхление кусков глины, которое осуществляют глинорыхлителем, установленным над ящичным подавателем. Глинорыхлитель может рых­ лить породы твердостью ниже четвертой категории по строительной классификации грунтов.

Второй стадией грубого дробления является измель­ чение глины до кусков величиной 10—15 мм. Вязкие пластичные глины дробят на гладких дифференциальных вальцах грубого помола, в которых дробление происхо­ дит за счет раздавливания и разрыва глиняной лепеш­ ки. На глинах, засоренных каменистыми включениями, наиболее устойчиво работают дезинтеграторные вальцы СМ-150.

После грубого дробления глину подвергают тонкому измельчению, предварительно увлажняя ее в глиномял­ ке. Целью тонкого измельчения является разрушение водопрочных оболочек, цементирующих отдельные зерна глинообразующих минералов, частичное разрушение са­ мих зерен и освобождение в конечном счете молекуляр­ ных связей, за счет которых глина будет гидратировать­ ся, присоединяя к себе большое количество связанной воды. Последнее обстоятельство обусловит повышенное сцепление глиняной массы при одновременном сохране­ нии ее подвижности. Разрушение этих оболочек оказы­ вает существенное влияние на улучшение сушильных свойств глины. При полном отделении от глинистого ми­ нерала водопрочной оболочки освободившиеся молеку­ лярные силы его поверхности обусловят создание гидратной пленки. Последняя, уменьшая свою толщину во время сушки и снижая тем самым экранирование моле­ кулярных сил, способствует возникновению при сушке прочных связей между отдельными глинистыми зернами,

.189

повышая трещиностойкость изделий в сушке. Наличие неразрушенных водопрочных оболочек мешает развитию этих связей и, следовательно, понижает трещиностой­ кость изделий в сушке. У глин с водонеустойчивыми и малоустойчивыми агрегатами их связи разрушаются в результате расклинивающего действия воды, а агрегаты глин с водопрочными оболочками необходимо разрушать интенсивным механическим растиранием.

Так как задачами тонкого измельчения глиняной мас­ сы являются повышение однородности ее вещественного состава и снижение пластической прочности (повышение подвижности), то для количественной оценки технологи­ ческой эффективности обработки глиняной массы от­ дельными машинами могут быть использованы показа­ тели коэффициента изменчивости G', т. е. коэффициента вариации (см. гл. III, § 2) и пластической прочности.

Для тонкого измельчения используют бегуны, дырча­ тые вальцы, глинопротирочные машины и гладкие диф­ ференциальные вальцы.

Бегуны мокрого помола являются в технологическом отношении наиболее эффективной машиной для тонкого измельчения пастообразных глиняных масс. В процессе бегунной обработки одни и те же кусочки глины подвер­ гаются многократному раздавливающему и истирающе­ му воздействию тяжелых катков, что и обеспечивает тон­ кое измельчение глины.

Исследования технологической эффективности обра­ ботки глины бегунами показали, что пластическая проч­

что предопределило целесообразность установки глино­ мялки для предварительного увлажнения массы в нача­ ле технологической линии.

Прочность сырца, изготовленного из глины, обрабо­ танной бегунами, возрастает в два с лишним раза.

Изменение гомогенности, т. е. однородности массы, контролируют по стабильности прочностных показате­ лей сырца, которую оценивают по коэффициенту вариа­ ции {КВя). Исследования показали, что при W<.W,^ ве-

100