Дипломная работа: Строительная керамика. Производство кирпича и огнеупоров

Гранулированный доменный шлак (с зернами до 2 мм) – эффективный отощитель глин при производстве кирпича. Роли отощителей выполняют так же золы ТЭС и выгорающие добавки.

Парообразующие материалы вводят в сырьевую массу для получения легких керамических изделий с повышенной пористостью и пониженной теплопроводностью. Для этого используют вещества, которые при обжиге диссоциируют с выделением газа, например CO2 (молотые мел, доломит), или выгорают.

Выгорающие добавки: древесные опилки, измельченный бурый уголь, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС и лигнин не только повышают пористость керамических изделий, но также способствуют равномерному спеканию керамического черепка.

Пластифицирующими добавками являются высокопластичные глины, бентониты, а также поверхностноактивные вещества – сульфитно-дрожжевая бражка и др.

Плавни добавляют в глину в тех случаях, когда необходимо понизить температуру ее спекания. К ним относят: полевые шпаты, железную руду, доломит, магнезит, тальк и т.п.

Для придания декоративного вида и стойкости к внешним воздействиям поверхность некоторых керамических изделий покрывают глазурью или ангобом. Слой глазури, нанесенный на поверхность керамического материала, закрепляют на ней обжигом при высокой температуре. Глазури – это стекла, которые могут быть прозрачными и непрозрачными (глухими), различного цвета. Главными сырьевыми компонентами глазури являются: кварцевый песок, каолин, полевой шпат, соли щелочных и щелочно-земельных металлов, оксиды свинца, борная кислота, бура и др. Их применяют в сыром виде, либо сплавленными – в виде фритты. Оксид свинца заменяют менее вредным оксидом стронция.

Ангоб готовят из белой или цветной глины и наносят тонким слоем на еще не обожженные изделия. При обжиге ангоб не плавится, поэтому поверхность получается матовой. Ангоб по своим свойствам должен быть близок к основному черепку.

1.3. Свойства глин как сырья для керамических изделий

1.3.1. Пластичность

Глина, замешанная в определенном количестве воды, образует глиняное тесто, обладающее связностью и пластичностью.

Пластичностью глины называют ее свойство во влажном состоянии принимать под влиянием внешнего воздуха желаемую форму без образования разрывов и трещин и сохранять полученную форму при сушке и обжиге.

Техническим показателем пластичности является число пластичности

Пл = WT – WP

где WT и WP – значения влажности, соответствующие пределу текучести и пределу раскатывания глиняного жгута, %.

Для производства строительных керамических изделий обычно применяют умеренно пластичные глины с числом пластичности Пл = 7 – 15. Малопластичные глины с Пл меньше 7 плохо формуются, а высокопластичные глины с Пл больше 15 растрескиваются при сушке и требуют отощения.

Связующая способность глины проявляется в связывании зерен непластичных материалов (песка, шамота и др.), а также в образовании при высыхании достаточно прочного изделия – сырца. Эту способность используют при кладке печей, труб.

1.3.2.Отвердевание глины при высыхании и усадка

Особенность глиняного теста – способность отвердевать при высыхании на воздухе. Прочность высушенной глины обусловлена действием ван-дер-ваальсовых сил и цементацией зерен минералов ионами примесей. Силы капиллярного давления стягивают частицы глины, препятствуют их разъединению, вследствие этого происходит воздушная усадка. При насыщении водой мениски исчезают, прекращается действие капиллярных сил, частицы свободно перемещаются в избытке воды, и глина размокает.

Усадка – это уменьшение линейных размеров и объема глиняного сырца при его сушке (воздушная усадка) и обжиге (огневая усадка) глин. Усадку выражают в процентах от первоначального размера изделия.

Для различных глин линейная воздушная усадка колеблется от 2 – 3% до 10 – 12 % в зависимости от содержания тонких фракций. Для уменьшения усадочных напряжений к жирным глинам добавляют отощители. Поверхностно-активные вещества (СБД и др.), введенные в глиняную массу в количестве 0,05 – 0,2 %, улучшают смачивание частиц глины водой, позволяют сократить формовочную влажность и снизить воздушную усадку.

Огневая усадка получается из-за того, что в процессе обжига легкоплавкие составляющие глины расплавляются, и частицы глины в местах их контакта сближаются. Огневая усадка может составлять 2 – 8 % в зависимости от вида глины.

Полная усадка, равная алгебраической сумме воздушной и огневой усадок, колеблется от 5 до 18 %. Соответственно увеличивают размеры форм, чтобы получить готовое изделие необходимых форм.

1.3.3.Переход глины при обжиге в камневидное состояние

В процессе высокотемпературного обжига глина претерпевает физико-химические изменения. Сначала испаряется свободная вода, затем выгорают органические вещества. При температуре 700 – 800ºС происходит разложение безводного метакаолинита Al2O3 2SiO2, который образовался ранее (при температуре 450 – 600º С) вследствие дегидратации каолинита; затем Al2O3 и SiO2 при повышении температуры (до 900ºС и выше) вновь соединяются, образуя исскуственный минерал – муллит (3Al2O3 2SiO2). Муллит придает обожженному керамическому изделию водостойкость, прочность, термическую стойкость. С его образованием глина необратимо переходит в камневидное состояние. Вместе с образованием муллита расплавляются легкоплавкие составляющие глины, цементируя и упрочняя материал.

Обжиг кирпича и других пористых изделий обычно заканчивается при температуре 950 – 1000ºС.Дальнейшее повышение температуры резко интенсифицирует образование и накопление жидкой фазы – силикатного расплава, который не только цементирует частицы глины, но и уплотняет керамический материал. В результате получаются изделия с плотным керамическим черепком, отличающимся малым водопоглощением (менее 5 %).

1.3.4. Спекаемость

Спекаемостью глин называют их свойство уплотняться при обжиге и образовывать камнеподобный черепок.

Интервал спекания легкоплавких глин (для производства кирпича, керамзита) 50 – 100ºС, огнеупорных глин – 400ºС.

Огнеупорные глины (и изделия из них) противостоят действию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь. Чистый каолинит плавится

при температуре 1770ºС,однако различные примеси (Fe2O3, CaCO3, и др.)понижают эту температуру. Представляя собой сложные природные смеси, глины не имеют определенной температуры плавления. При 750 - 800ºС в следствии частичного плавления легкоплавких эвтектических смесей начинается уплотнение черепка и закрытие пор, т.е. происходит спекание.

Цвет глины после обжига имеет существенное значение для облицовочных керамических изделий, а также для тонкой керамики. Для получения белого черепка обжиг ведут в восстановительной среде (при наличии свободных CO и H2 в газах) и при определенных температурах, чтобы Fe2O3 перевести в FeO. Не желательны в глине крупные зерна пирита FeS2 и оксидов железа, образующие на черепке после обжига черные точки. Выделение свободного оксида железа при нагревании между 450 и 800ºС придает изделию красноватое и желтоватое окрашивание. Оксиды титана вызывают глубокую синеватую окраску черепка.

2. Особенности производства

2.1. Схема производства керамических изделий.

2.1.1.Обработка глиняной массы