Рис. 70. Виды керамических стеновых изделий

а — обыкновенный кирпич; б — дырчатый кирпич с круглыми пустота­ми; в—щелевой камень; г—готовый камень НИИСтройкерамики с ромбовидными пустотами для панелей; д — щелевой камень ВНИИСТРОМа для панелей

3. ТЕХНОЛОГИЯ КИРПИЧА, ИЗГОТОВЛЯЕМОГО СПОСОБОМ ПОЛУСУХОГО ПРЕССОВАНИЯ

Основным признаком полусухого прессования кера­мических изделий является формование их из порошков путем компрессионного прессования под значительным Удельным давлением 15—40 МПа.

Технологический процесс изготовления изделий этим способом включает следующие группы операций: карь­ерные работы, приготовление пресс-порошка, прессование, сушку и обжиг изделий. Карьерные работы не имеют в этом случае какой-либо специфики и выполняются соответственно горно-эксплуатационным условиям месторождения глин.

3.1. Приготовление пресс-порошка.

Керамическими пресс-порошками называют высококонцентрированные (мало влажные) дисперсные глинистые системы, не обладающие связностью. Отсутствие связности обусловливавливает наиболее характерное свойство порошков—их сыпучесть, т. е. псевдотекучесть в исходном состоянии. Ее характеризуют скоростью истечения порошка под действием собственной массы через отверстие определенного диаметра. Глиняные порошки должны иметь заданный зерновой (грапулометрический) состав и влажность, должны обладать однородной пофракционной влажностью и содержать минимальное количество пылевидной фракции. Все эти характеристики влияют на прессусмость порошка — его способность к максимальному уплотнению при минимальном давлении с образованием при этом изделий, обладающих однородной плотностью, минимальным упругим расширением и отсутствием трещин расслаивания.

Керамические порошки готовят сушнлыю-помольным и шликерным способами.

При сушильно-помольном способе глину подвергают последовательно грубому дроблению, сушке, помолу просеву и увлажнению. Дробят глину на дезинтеграторных вальцах, а сушат в сушильных барабанах прямотоком, так как при противотоке возникает опасность сильного перегрева глины, частичной ее дегидратации, и большой потери пластических свойств. Температура газов t₁ , поступающих в барабан, составляет обычно 600—800°С. Снижение t₁ обеспечивает более однородную пофракционную влажность, но уменьшает производительность барабана. Повышение t₁ сверх указанного предела нецелесообразно, так как оно приводит к дегидратации мелкой фракции глины и обусловливает быстрый выход из строя входной секции барабана. Нормальная температура отходящих газов t₂ должна быть 110—120 °С. Резкое повышение t₂ свидетельствует о перересушке глины. Температура глины, выгружаемой из сушильного барабана, составляет 60—80 °С. Конечная влажность 9—11%.

При прохождении глины через барабан изменяется ее гранулометрический состав. Мелкие фракции, быстро высыхая, истираются до пылевидного состояния, а крупные куски, распариваясь, слипаются и окатываются в крупные комья. Это обусловливает большую влажностную неоднородность высушенной глины, затрудняющую работу помольных машин. Так, при средней влажности 8,5—12% влажность наиболее крупных кусков достига­ет 15,5—19%. К тому же и в пределах одного куска от­мечается значительный перепад влажности. Некоторое повышение равномерности сушки достигается устройст­вом цепных завес в сушильных барабанах, которые час­тично измельчают глину, создавая тем самым условия для более равномерной ее сушки. Но даже и с наличи­ем цепных завес сушильный барабан нельзя считать до­статочно совершенным в технологическом отношении аг­регатом.

Для помола глины в производстве кирпича применя­ют корзинчатые дезинтеграторы . Они работают устойчиво при влажности глины не выше 10%. При более высоком влажности глина налипает па кожух и на пальцы дезинтеграторов. При наличии в глине каменистых включений пальцы корзин быстро изнашиваются и их необходимо менять через 200—300 ч работы.

Тонина помола зависит от частоты вращения корзин дезинтегратора, расстояния между пальцами и влажно­сти глины. Выход мелких фракций возрастает с увели­чением частоты вращения корзин и уменьшением рас­стояния между пальцами. С повышением влажности глины возрастает количество крупных фракций. Так, на­пример, при влажности 10% сумма крупных фракций (остаток на сите 25 отв. на 1 см² ) составляет 96%, а при влажности 6% — всего лишь 66%.

Из дезинтеграторов получают рыхлый порошок ма­лой объемной массы, что затрудняет прессование из не­го изделий.

Просеивают глину для отделения крупных зерен по­рошка. Для этого используют струнные сита, барабан­ные грохоты (бураты), качающиеся и вибрационные си­та. На струнных ситах можно отделять только очень крупные куски глины, так как расстояние между сильно натянутыми струнами значительно изменяется вследствии их изгибания.

При подготовке пресс-порошков не всегда удается после помола получить порошок с влажностью, необхо­димой и достаточной для прессования. Чтобы обеспечить производительную работу помольных машин и необхо­димую тонину помола, приходится иногда сушить и мо­лоть глину при влажности несколько ниже прессовоч­ной, а затем порошок вновь увлажнять. Такое увлажне­ние осуществляют распылением воды в глиномешалках или паром в специальных аппаратах.

Основное требование, которое предъявляют к увлаж­няющему аппарату, сводится к тому, чтобы при увлаж­нении порошка глины не образовались комочки переув­лажненного материала, так называемой «изюм». Для этого воду подают в тонко распыленном состоянии, а весь материал при этом перемешивают. Хорошие резуль­таты получаются при увлажнении глины во взвешенном состоянии, т. е. в момент, когда она выходит из бункера в смеситель. При увлажнении глиняного порошка паром качество кирпича намного улучшается: не появляются трещины расслаивания, возрастают прочность и морозостойкость.

Во всех возможных случаях необходимо избегать повторного увлажнения глиняного порошка, так как добиться при этом равномерной влажности его весьма трудно по следующим причинам: в высушенном порошке крупные зерна являются влажными, а мелкие—более сухими. Влажная поверхность имеет всегда более низкую температуру, чем сухая. Поэтому пар в первую очередь конденсируется на более холодной влажной поверхности крупных кусочков глины. Мелкая ее фракция, наиболее сухая, или совсем не увлажняет­ся, или увлажняется в меньшей мере, в результате чего пофракционная влажность порошка не только не вырав­нивается, но иногда даже возрастает.

Для выравнивания влажности подвергают порошок вылеживанию в бункерах. Однако этот процесс протека­ет довольно медленно. В течение суток практически вы­равнивание влажности достигается в пределах одного зерна, а между отдельными зернами оно еще не насту­пает вследствие относительно небольшой контактной поверхности между ними. Кроме того, увлажнение по­верхности зерен порошка снижает его сыпучесть, что в последующем затрудняет его хранение в бункерах и транспортирование. Поэтому процесс вылеживания по­рошка следует считать полезным, улучшающим его прессовочные свойства, но нужно стремиться осуществ­лять этот процесс по возможности без предварительно­го увлажнения порошка.

Оптимальная влажность порошка зависит от прило­женного прессового давления. Экстремум на кривой «объемная масса прессовки — влажность» соответству­ет оптимальной влажности при данном давлении. Пони­женная (против оптимальной) влажность обусловит су­хой контакт частиц порошка, повышенное внутреннее трение и пониженную плотность прессовки, а превыше­ние оптимальной влажности—образование водных пле­нок между прессуемыми частицами и исключит их непо­средственное контактирование, что в конечном счете также понизит плотность прессовки.

При шликерном способе подготовки пресс-порошка глину в глиноболтушках распускают горячей водой в шликер влажностью 40—45%. Затем его под давлением 0,25 МПа накачивают для отделения каменистых вклю­чений в дуговые сита, откуда очищенным он сливается в открытые шламбассейны вместимостью 2500 или 6000 м³ , оборудованные крановыми мешалками. В них также по­ступает для барботажа компрессорный воздух. Из шламбассейна шликер насосом подают в распылитель­ную сушилку, откуда порошок с влажностью 10% посту­пает через контрольное сито в расходные бункера.

Шликерный способ имеет большие преимущества пе­ред сушильно-помольным. При нем в одном агрегате— распылительной сушилке — совмещаются процессы сушки и грануляции глины, резко улучшаются условия производственного комфорта, процесс может быть авто­матизирован.

Пресс-порошок, полученный в распылительных су­шилках, обладает большой влажностной однород­ностью, практически не содержит пылевидной фракции, по гранулометрическому составу приближается к моно­фракционному, из него при прессовании легко удаляет­ся воздух, вследствие чего порошок равномерно пропрессовывается при более низких давлениях. Свойства его стабильны благодаря полной автоматизации про­цесса.

Новые заводы полусухого прессования кирпича стро­ятся только на основе шликерного способа подготовки пресс-порошка.

3.2. Прессование изделий из керамических порошков.

Теория полусухого прессования изучает закономерно­сти, определяющие свойства спрессованного сырца (прессовок) в зависимости от свойств пресс-порошка и условий его прессования.

Керамические порошки представляют собой трех­фазную систему, состоящую из твердой минеральной ча­сти, жидкой фазы — воды и воздуха. Для получения высокоплотного спрессованного полуфабриката из пла­стичных масс целесообразно использовать порошки ти­па монофракционных с выбором конечного давления, обеспечивающего полное устранение расположенных между частицами свободных промежутков за счет пла­стической деформации частиц.

Начало прессования керамического порошка сопро­вождается его уплотнением за счет смещения частиц от­носительно друг друга и их сближения. Это является первой стадией уплотнения. При этом происходит ча­стичное удаление воздуха из системы.

Следующая (вторая) стадия уплотнения характери­зуется пластической необратимой деформацией частиц. При этом увеличивается контактная поверхность между частицами. Одновременно с этим уплотнение каждой элементарной частицы сопровождается выжиманием вла­ги из ее глубинных слоев на контактную поверхность ча­стицы. Оба эти фактора обусловливают возрастание сцепления между частицами. Вода вместе с содержащи­мися в ней глинистыми коллоидами цементирует круп­ные частицы прессовки, а с увеличением контактной по­верхности возрастает эффект такой цементации. В этой стадии уплотнения может иметь место защемление и уп­ругое сжатие воздуха, который не успел удалиться из порошка.

В третьей стадии уплотнения наступает упругая де­формация частиц. Такие деформации наиболее вероят­ны для тонких удлиненных частиц в виде игл и пласти­нок, которые могут изгибаться по схеме зажатой консо­ли или балки, опирающейся на две опоры.

Последняя стадия уплотнения сопровождается хруп­ким разрушением частиц, при котором прессовка полу­чает наибольшее уплотнение и наибольшее сцепление вследствие сильного дальнейшего развития контактной поверхности. Для осуществления хрупких деформаций требуется очень большое давление, которое при полу­сухом прессовании большинства керамических изделий практически не достигается .

После прекращения действия прессующего усилия и освобождения изделия из формы происходит его упру­гое расширение, достигающее в отдельных случаях 8%. Упругое расширение не дает возможности получать прессовки с максимальной плотностью и является причи­ной образования других пороков изделий, спрессованных из порошков.

Причинами упругого расширения могут быть обрати­мые деформации твердых частиц, расширение запрес­сованного воздуха, а также адсорбционное расклинивание контактов влагой, выжатой при прессовании из кон­тактных поверхностей в более крупные поры.

Суммарный эффект уплотнения характеризуется ко­эффициентом сжатия К_сж :

где ͗ высота засыпки порошка в форму пресса; h— высота по­лученной прессовки.