Стажировка в НИИ «Строительные материалы, строительство и архитектура»



СОДЕРЖАНИЕ

Введение

3

НИИ «Строительные материалы, строительство и архитектура»

4

1

Аналитический обзор

5

1.1

Традиционная технология производства керамического кирпича

6

1.2

Общие сведения о сырьевых материалах и корректирующих добавках, применяемых при производстве керамического кирпича

11

2

Исследовательская часть

13

2.1

Исследование состава и свойств глинистого сырья на базе ТОО «Сайрамский кирпичный завод»

13

2.1.1

Макроскопическое описание глинистого сырья

13

2.1.2

Определение минерального состава глинистого сырья

13

2.1.3

Определение пластичности глинистого сырья

14

2.1.4

Определение потери массы при прокаливании глинистого сырья

15

2.1.5

Определение формовочной влажности глинистого сырья

16

Заключение

Введение

Научная стажировка в НИИ « Производство строительной керамики является важной отраслью народного хозяйства. Среди изделий строительной керамики керамическому кирпичу отводится ведущая роль в настоящее время и на ближайшую перспективу. Кирпичная стена отвечает самым высоким требованиям комфортности и износостойкости, аккумулирует тепло, благоприятно воздействует на климат жилища. Возрастающая потребность в большом многообразии экологически чистых, качественных керамических изделий вызывает необходимость изменения традиционных составов и технологий керамического кирпича.

Государственная программа индустриально-инновационного развития Республики Казахстан на 2015-2019 годы является частью промышленной политики Казахстана. Приоритетность сектора "производство строительных материалов" определяется с одной стороны – внутренним спросом строительной индустрии, возможностями развития и реализации отечественной продукции на рынках стран макрорегиона, с другой стороны – наличием собственной сырьевой базы и потенциалом казахстанских предприятий.Производство кирпича - в числе приоритетных видов деятельности по производству неметаллической минеральной продукции.

Казахстан обладает значительными возможностями для развития керамической промышленности на базе крупных месторождений глинистых пород, развитых во всех регионах. Подбор составов масс на основе местного сырья, оптимизация процессов производства керамического кирпича на действующих предприятиях позволит значительно повысить качество выпускаемой продукции для нужд строительной индустрии ЮКО, снизить себестоимость выпускаемой продукции.

История НИИ «Строительные материалы, строительство и архитектура»

В целях реализации Государственных программ развития образования и форсированного индустриально-инновационного развития на 2015-2019 годы, на базе ЮКГУ им.М.Ауэзова при содействии Министерства образования и науки республики Казахстан 17 сентября 2014 года было создано ТОО «ЮКГУ».

ТОО «ЮКГУ» – это организация, являющаяся юридическим лицом, имеющая тесные связи с одним или несколькими учебными заведениями, научными центрами, промышленными предприятиями, региональными и местными органами власти и управления, а также бизнес сообществ в РК и зарубежом. Основной задачей ТОО «ЮКГУ» является коммерциализация научных идей, изобретений, ноу-хау и наукоемких технологий, а также поддержка инновационного предпринимательства путем создания материально-технической, социально-культурной, сервисной, финансовой и иной базы для эффективного своего становления и развития, а равно поддержки и подготовки к самостоятельной деятельности инновационных предприятий.

НИИ «Строительные материалы, строительство и архитектура» занимается нижеследующими исследованиями:

- разработка технологии производства, запуск и авторский надзор до получения готовой продукции:

1) композиционных строительных материалов и добавок к ним;

2) комплексных химических добавок для производства цемента;

3) облицовочной плитки для внутренней и внешней отделки фасадов зданий и сооружений из сланцевых алюмосиликатных пород Казахстана;

4) безобжиговых цементов и бетонов на их основе из техногенных отходов промышленности;

5) синтетического волластонита на основе отходов промышленности;

6) вяжущих материалов и изделий на основе отходов переработки полиметаллических руд.

- исследование строительно-технических свойств и долговечности строительных материалов, грубой строительной керамики, влияния различных оксидов и компонентов на их основе на интервалы спекания глинистых масс;

- разработка составов масс на основе местных сырьевых материалов.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

В настоящее время в Казахстане утверждена Государственная программа индустриально-инновационного развития Республики Казахстан на 2015-2019 годы (указ Президента Республики Казахстан от 1 августа 2014 года №874).

Цель программы – стимулирование диверсификации повышения конкурентоспособности обрабатывающей промышленности. Как известно, диверсификация – разностороннее развитие производства, направленное на расширение ассортимента выпускаемой продукции.

Производство строительной керамики является важной отраслью народного хозяйства. В последние десятилетия созданы механизированные заводы с объемом производства в 50-100 млн. шт. в год, оснащенные мощными глинообрабатывающими и формующими машинами, механизированными экономичными сушилками и печами. Среди изделий строительной керамики керамическому кирпичу отводится ведущая роль в настоящее время и на ближайшую перспективу.

Более чем тысячелетняя практика применения кирпича позволяет однозначно отнести его к категории наиболее долговечных строительных материалов. Наряду с этим, технология кирпичной кладки предоставляет архитекторам и дизайнерам неограниченные возможности для воплощения творческих замыслов. Обеспечивая надежную защиту от воздействия внешних факторов, обладая высокой огнестойкостью и сравнительно низкой теплопроводностью, кирпич предопределяет высокий уровень безопасности и комфорта как жилых, так и промышленных зданий и сооружений.

Немаловажно, что Казахстан располагает разнообразными минеральными ресурсами всех видов керамического сырья, ничем не уступающими по качеству и запасам известным зарубежным.

В настоящее время кирпич и камни керамические в Республике Казахстан изготавливаются в соответствии с требованиями по ГОСТ 530-2012.

1.1 Традиционная технология производства керамического кирпича

Особенностью производства кирпича является использование местных легкоплавких глин. Поэтому кирпичные заводы, перерабатывающие ежедневно большое количество глины, располагаются, как правило, в непосредственной близости от карьера добычи глины. На завод глину доставляют заводским транспортом. Карьер глины является неотъемлемой частью завода. Глину добывают, как правило, экскаваторами различной мощности.

На современных заводах кирпич производят преимущественно методом пластического формования (рисунок 1.1).

Технологическая схема производства изделий с пластическим способом подготовки массы, несмотря на свою сложность и длительность, наиболее распространена в промышленности стеновой керамики. Метод формования из пластических масс исторически сложился на основе пластических свойств глин и широко используется в керамической технологии. Способ пластического формования позволяет выпускать изделия в широком ассортименте, более крупных размеров, сложной формы и большей пустотности. В отдельных случаях предел прочности при изгибе и морозостойкость таких изделий выше, чем у изделий, полученных способом полусухого прессования из того же сырья.

Добыча глины

(экскаватор)

Добавки

(песок, шлак, уголь опилки)

Хранение глины

(утепление зимой)

Подготовка и дозировка

Обработка глины

(ящичный подаватель, вальцы, бегуны)

Горячая вода или пар

Приготовление массы

(одновальная, двухвальная глиномешалка)

Формование кирпича

(ленточный вакуумный или безвакуумный пресс)

Сушка

(камерная или тунельная сушилка)

Обжиг (кольцевые или тунельные печи)

Склад готовой продукции (кран, контейнеры)

Рисунок 1.1 Технологическая схема производства кирпича

При переработке глин в сыром виде схема подготовки сырья несколько проще и экономичней, поскольку нужно меньше перерабатывающего оборудования, следовательно, меньше энергоемкость. Все оборудование более надежно и просто в обслуживании. Температура обжига изделий примерно на 500С ниже, чем у изделий полусухого прессования, что позволяет также снизить энергозатраты на обжиг и в какой-то мере компенсируют высокие затраты на сушку.

Недостатком способа пластического формования является большая длительность технологического цикла за счет процесса сушки сырца, продолжающегося от 1 до 3 суток. Низкая прочность формованного сырца, особенно пустотелого, большая усадка материала при сушке и наличие отдельного процесса сушки затрудняет возможность механизации трудоемких операций при садке сырца на сушку, перекладке высушенного сырца для обжига и совмещения в одном агрегате процессов сушки и обжига.

Чтобы получить изделия требуемого качества необходимо из глины удалить каменистые включения, разрушить ее природную структуру, получить пластичную массу, однородную по вещественному составу, влажности и структуре, а также придать массе надлежащие формовочные свойства. Глиняный брус формуют в горизонтальных ленточных шнековых прессах часто с вакуумированием массы. Вакуумирование массы способствует повышению ее плотности, пластичности, улучшает формовочные и конечные свойства кирпича.

Производство керамики должно быть обеспечено непрерывной подачей однородного глинистого материала, лишенного каменистых включений имеющего разрушенную природную «структуру» для лучшего смачивания, сохраняющего достаточно постоянную влажность независимо от времени года и равномерно перемешенного с добавками. На керамических заводах сырьевые материалы подвергают грубому, среднему и мелкому дроблению, грубому и тонкому помолу. Обычно тонким помолом завершается механическое измельчение материалов, что обеспечивает более интенсивное их спекание, содействует снижению температуры обжига. Измельчение глинистых материалов проводят последовательно на вальцах грубого и тонкого измельчения. Каменистые включения не могут быть полностью выделены из глины общепринятыми механическими приемами – дезинтеграторнымиребристыми вальцами. Опыт показывает, что при пользовании этими машинами в глине может остаться около половины (а иногда и более) камней. В дальнейшем эти камни будут в значительном своем количестве перемолоты гладкими вальцами или бегунами, что, однако, вызывает быстрый износ бандажей и частые ремонты. Бегуны мокрого помола используют при наличии в глинах трудноразмокаемых включений и для обработки плотных глин и глин, содержащих известковые включения. Предварительное (грубое) дробление непластичных твердых материалов в керамической технологии производят в щековых или конусных дробилках, работающих по принципу раздавливающего и разламывающего действия. Степень измельчения в щековой дробилке 3-10, а в конусной – 6-15. Среднее и мелкое дробление, грубый помол непластичных материалов выполняется с помощью бегунов, молотковых дробилок, валковых мельниц. Молотковая дробилка обеспечивает высокую степень измельчения (10-15), однако влажность дробимого материала не должна быть более 15%.

Подача и дозировка сырья на большинстве кирпичных заводов происходит при помощи ящичных питателей [9].

В настоящее время на многих керамических и кирпичных заводах широко применяется увлажнение глины паром. Этот способ состоит в том, что в массу подается острый пар, который при соприкосновении с холодной глиной конденсируется на ее поверхности. В результате пароувлажнения обрабатываемая масса нагревается до 45-60оС. Пароувлажнение имеет существенные преимущества, так как улучшается способность массы к формованию, что обуславливает уменьшение брака при формовке и повышение производительности ленточных прессов на 10-12%, снижение расхода электроэнергии на 15-20%. В результате пароувлажнения улучшаются сушильные свойства массы, что позволяет сократить продолжительность сушки сырца на 40-50%. Иногда производят дополнительную обработку керамической массы, которая осуществляется в вальцах тонкого помола, дырчатых вальцах или вглинорастирателе.

Различают сушильные устройства для естественной и искусственной сушки сырца. В первом случае сырец высушивается атмосферным воздухом за счет солнечного тепла в летнее время, во втором – за счет тепла, получаемого от сгорания топлива. Преимущество искусственной сушки перед естественной в том, что она дает возможность заводам работать круглый год, а не только в течение летнего сезона. При этом не только улучшается использование технологического оборудования, но на заводе создаются постоянные кадры квалифицированных рабочих. Кроме того, искусственная сушка значительно менее трудоемка, чем естественная. Задача организованного процесса сушки состоит в подводе энергии (тепловой или электрической) к высушиваемому изделию с наименьшими потерями и в наименьшие сроки, допустимые для целостности изделия. Большинство современных кирпичных заводов оборудовано устройствами для искусственной сушки кирпича-сырца, которые по режиму работы подразделяются на сушилки периодического (камерные) и непрерывного (туннельные) действия. Сушилки непрерывного действия (туннельные)являются наиболее современным сушильным агрегатом в кирпичной промышленности. В туннельной сушилке кирпич-сырец, находящийся в вагонетках, в течение цикла сушки перемещается через весь туннель от одного его конца к другому. Срок сушки кирпича-сырца, изготовленного из пароувлажненной массы, сокращается примерно на 30%. Расход тепла на сушку кирпича-сырца в туннельных сушилках ниже, чем в камерных.Существенным преимуществом туннельных сушилок перед камерными является то, что туннельные могут быть оснащены аппаратурой, обеспечивающей автоматическое регулирование процесса сушки. Продолжительность процесса сушки и качество высушенного кирпича-сырца в значительной степени зависят от плотности и системы садки сырца на сушильных вагонетках. Необходимо обеспечить равномерность омывания теплоносителем сырца и получение надлежащей температуры и относительной влажности теплоносителя в различных частях сушилки. Недостаток туннельных сушилок в том, что в них наблюдается расслоение теплоносителя и более интенсивная сушка сырца на верхних полках. Устранение расслоения и равномерная сушка сырца по высоте туннеля достигаются перемешиванием теплоносителя в туннеле путем устройства воздушных завес за счет дополнительной подачи воздуха сверху в отдельных местах туннеля струйками с большой скоростью.

Завершающей стадией технологии всех изделий строительной керамики является их обжиг. При обжиге изделия окончательно формируется структура материала, т.е. происходит спекание керамики, в результате чего сырец из конгломерата слабосвязанных частиц превращается в достаточно твердое тело.

Строительные материалы и изделия обжигают в промышленных печах. Промышленной печью называют установку технологического назначения, в которой посредством теплового воздействия при относительно высоких температурах изменяется агрегатное состояние обрабатываемого материала, его химический состав либо его кристаллическая структура.

Многорядовые (по высоте) туннельные печи, применительно к обжигу стеновой керамики, обладают крупным недостатком – большим перепадом температур по высоте, достигающим в зоне подогрева 4200С, который на участке максимальных температур уменьшается до 20-400С. Борьба с этим перепадом осуществляется главным образом путем рециркуляционных потоков газов («завес»), нагнетаемых вентиляторами, как в зоне подогрева, так и в зоне охлаждения на нескольких позициях по длине печного канала. Борьба эта не всегда успешна.

Второй недостаток – трудности настройки аэродинамического режима.

Лучшие условия эксплуатации туннельных печей достигаются при наличии давления или разряжения в зоне обжига порядка 0,1-0,3мм вод.ст. и не выше 1 мм вод.ст. во избежание выбивания горячих газов и «горения» и быстрого износа вагонеток.

Совершенствование конструкций туннельных печей с целью увеличения обжигаемой физической массы изделий (увеличение теплоемкости), совершенствование горелок для развития длины факела, а также полноты сжигания жидкого топлива, улучшение теплоизоляции пода – все это приводит к определенным успехам, но не исключает необходимости разработки и совершенствования конструкций печей для однорядного скоростного обжига.

В конструктивном отношении современные туннельные печи обладают некоторыми особенностями. Конструкция свода плоская, что упрощает постройку печи, позволяет расширить печной канал и обеспечить работу автомата – укладчика. Толщина кладки стен туннельных печей снижена до 0,5м., благодаря применению огнеупорных блоков 30-40% пористости, наружная поверхность стен покрыта дюралюминием с хорошей отражательной способностью. Поверх свода помещена теплоизоляция в виде вспученного вермикулита. Кладку пода (на вагонетках) осуществляют из крупных огнеупорных фасонных блоков, изготовленных из пористого (30-40%) корундомуллитового кордиеритового или дистенового огнеупора, обеспечивающего огнеупорность, теплоизоляцию и постоянство объема.

Наблюдается тенденция увеличения ширины туннельной печи, что возможно при переходе на более совершенный способ сжигания топлива с получение длинного факела горения и равномерным развитием температурного поля.

Обжиг кирпича производят в печах периодического и непрерывного действия. В кирпичной промышленности из печей периодического действия применяют преимущественно камерные печи. Из печей непрерывного действия применяют главным образом кольцевые и туннельные.

Периодические печи используют для обжига кирпича на заводах малой мощности. Загрузка и разгрузка этих печей производится при сравнительно высоких температурах, что обуславливает тяжелые условия труда обслуживающего персонала. Камерные печи или горны отличаются значительной трудоемкостью обслуживания, большой неравномерностью температур по высоте печи.

Для обжига кирпича широко применяют кольцевые печи, которые, несмотря на то, что они изобретены в 1858г., широко используются и в настоящее время. Они отличаются высокой тепловой экономичностью, возможностью использования низкосортных видов топлива, перехода с одного вида топлива на другое без каких-либо значительных переделок, высокой удельной и общей производительностью.

Весьма существенным недостатком кольцевых печей является то, что в рабочей зоне садки и выгрузки (выставки) кирпича очень высокая температура: например, в рабочей зоне выгрузки температура в летние месяцы достигает 800С и более. При этом садка и выгрузка кирпича производится вручную. На новых и реконструируемых кирпичных заводах строительство кольцевых печей не производится.

Туннельные печи имеют значительные преимущества перед печами периодического действия и кольцевыми печами. Садка кирпича-сырца на вагонетки туннельных печей и выгрузка обоженного кирпича с этих вагонеток производится вне печи, в нормальных температурных условиях, что значительно облегчает труд обслуживающего персонала и дает возможность механизировать трудоемкие процессы садки и выгрузки кирпича.

1.2 Общие сведения о сырьевых материалах и корректирующих добавках, применяемых при производстве керамического кирпича

Основным сырьем для изготовления керамического кирпича являются легкоплавкие глины и корректирующие добавки.

Для изготовления кирпича пригодны также тонкодисперсные лессовидные суглинки (лессы), отличающиеся тонкодисперсным состоянием и высоким содержанием равномерно распределенного углекислого кальция – кальцита.

В производстве кирпича используют так называемые спондиловые глины – смесь глинистого вещества с тонкодисперсным известняком и кембрийские глины, отличающиеся хорошей спекаемостью благодаря наличию в них повышенного количества остатков полевошпатовых пород. Реже применяют сухарные ленточные глины.

В качестве сырья используют трепелы, диатомиты, опоки, аргиллиты и другое природное сырье, содержащее глинистые минералы.

По химическому составу пригодны глины, весьма сильно отличающиеся между собой по содержанию основных оксидов, %: SiO2 53-81; Al2O3 7-23;Fe2O3 3-12;CaO 0,5-15;MgO 0,5-3;K2O +Na2O 1-5;SO3 0-3; п.п.п 3-15.

Легкоплавкие глины, в отличие от тугоплавких и особенно огнеупорных глин, сильно засорены сопутствующими примесями, что собственно и определяет их низкую  огнеупорность. Количество глинистого минерала (каолинита, монтмориллонита и др.) в легкоплавких глинах зачастую не превышает 50%. Основными примесями в легкоплавких глинах являются кварцевый песок, карбонаты, сульфаты, слюды, железистые соединения, органические примеси. Нежелательными примесями являются также карбонаты и некоторые соединения железа в виде крупных включений. Тонкодисперсные соединения железа окрашивают обожженные изделия в розово-красные тона разных оттенков и снижают температуру спекания.

Чрезмерная пластичность может вызвать деформацию изделий на стадии формования, а повышенная усадка ухудшает устойчивость садки изделий и может вызвать их завал в процессе обжига.

Используемые для производства стеновых материалов легкоплавкие глины должны обладать умеренной пластичностью, усадкой в обжиге (в пределах 3-4%),хорошей связующей способностью и по возможности небольшим коэффициентом чувствительности к сушке. Температура обжига изделий из легкоплавких глин находится в пределах 900-1100оС и зависит от состава глины, методов их переработки. Интервал спекания легкоплавких глин обычно не превышает 50оС, а интервал спекшегося состояния практически не наблюдается.

Однако, не все легкоплавкие глины обладают желаемыми и наиболее благоприятными для пр