Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Подготовка керамической массы представляет собой комплекс технологических операций, направленных на превращение карьерного глинистого сырья в однородную формовочную массу с заданными физико-механическими свойствами. Качество подготовки сырья напрямую влияет на прочностные характеристики готовых изделий, их геометрические параметры и технологичность последующих операций формования, сушки и обжига.
Технологический процесс подготовки керамической массы включает естественную и механическую обработку сырья, его усреднение, вылеживание и доведение до требуемой влажности. Согласно требованиям ГОСТ 530-2012, керамические изделия должны изготавливаться из тщательно подготовленного глинистого сырья с контролируемым гранулометрическим составом и стабильными технологическими свойствами.
Добыча глинистого сырья осуществляется открытым способом с применением многоковшовых или одноковшовых экскаваторов. Многоковшовые экскаваторы имеют рабочий механизм в виде бесконечной цепи с укрепленными ковшами, что обеспечивает непрерывность процесса добычи. Стрела экскаватора располагается параллельно откосу карьера, наполненные ковши опрокидываются над бункером для последующей транспортировки.
Перед началом разработки карьера проводятся вскрышные работы с удалением непригодных для производства пород. Добытая глина характеризуется неоднородностью состава, различной влажностью и содержанием включений, что требует последующего усреднения и обработки.
Транспортировка глины от карьера до завода осуществляется автомобильным транспортом самосвалами типа КАМАЗ-5511 или аналогичными. При расстоянии более 5 км экономически целесообразно использование ленточных конвейеров или железнодорожного транспорта. Важным фактором является сохранение структуры глины при транспортировке и предотвращение ее замерзания в зимний период.
Естественная обработка глины основана на воздействии природно-климатических факторов и представляет собой важнейшую технологическую операцию, существенно улучшающую технологические свойства сырья. Процесс вылеживания проводится в течение 12-24 месяцев на открытых площадках с укладкой глины в конусообразные штабели высотой до 3-4 метров.
В период вылеживания происходят следующие процессы: набухание глинистых частиц при увлажнении, разрушение структуры глины под действием попеременного замораживания и оттаивания, выветривание и размягчение плотных включений, естественное усреднение материала. Циклы замораживания-оттаивания способствуют разрушению крупных комков и известковых включений, что критически важно для предотвращения образования дутиков в готовых изделиях.
На заводах керамических изделий средней мощности организуется вылеживание глины в конусах объемом 1000-3000 м³. При годовой потребности завода в 50000 тонн глины на площадке вылеживания одновременно находится 75000-100000 тонн сырья с различными сроками хранения. Это обеспечивает непрерывность производства и стабильность качества сырья.
Усреднение глины осуществляется послойной укладкой материала из различных участков карьера. Загрузка глинозапасника горизонтальными слоями толщиной 0,3-0,5 м и последующая вертикальная разгрузка многоковшовым экскаватором обеспечивает перемешивание разнородных слоев и получение усредненного сырья со стабильными характеристиками.
Механическая обработка глины начинается с предварительного дробления и рыхления в глинорыхлителях типа СМК-70 или СМ-1031А производительностью 7-25 м³/ч. Глинорыхлитель разрушает крупные комья и обеспечивает равномерную подачу материала на последующие операции измельчения.
Для грубого измельчения применяются камневыделительные вальцы СМ-150, СМ-22, работающие с зазором между валками 20-30 мм. Эти агрегаты одновременно удаляют крупные твердые включения диаметром более 30 мм, которые могут повредить оборудование тонкого помола или остаться в виде дефектов в готовых изделиях.
Вальцы представляют собой два цилиндрических валка, вращающихся навстречу друг другу с различными скоростями. Различают вальцы грубого помола с зазором 2-3 мм и вальцы тонкого помола с зазором 0,8-1,5 мм. Валки изготавливаются из хромоникелевой стали твердостью 470-520 по Бринеллю для обеспечения износостойкости.
На современных заводах применяются вальцы СМ-696А производительностью до 20 м³/ч с электродвигателями мощностью 8-30 кВт. Частота вращения валков составляет 150-200 об/мин. Регулирование зазора между валками позволяет изменять степень измельчения материала в зависимости от свойств сырья и требований к готовой массе.
Теоретическая производительность вальцов определяется по формуле:
Q = 60 × π × D × L × h × n × ρ × k
где:
Для вальцов с параметрами: D=0,5 м, L=1,0 м, h=0,002 м, n=180 об/мин, ρ=1800 кг/м³, k=0,5:
Q = 60 × 3,14 × 0,5 × 1,0 × 0,002 × 180 × 1800 × 0,5 ≈ 10 т/ч
Бегуны представляют собой установку с вращающимися тяжелыми катками массой до 6 тонн, которые перемещаются по чаше с глиной. Катки совершают одновременно вращательное движение вокруг горизонтальной и вертикальной осей, что обеспечивает интенсивное перетирание и измельчение материала.
Бегуны СМ-365 обеспечивают производительность около 43 т/ч (примерно 24 м³/ч при плотности глины 1,8 т/м³). При обработке глины на бегунах происходит не только измельчение, но и тщательное перемешивание массы с водой или добавками. Технологическая эффективность бегунов выше, чем у вальцов, особенно при переработке высокопластичных глин с влажностью 18-22%.
Дырчатые вальцы СМК-25 и СМ-369А отличаются отсутствием зазора между валками и наличием отверстий диаметром 5-8 мм в обечайках валков. Глиняная масса продавливается через эти отверстия в виде жгутов, что обеспечивает дополнительное перемешивание и структурирование массы. Применение дырчатых вальцов повышает прочность высушенных образцов примерно в 1,5 раза.
После измельчения глиняная масса поступает в двухвальные смесители, где производится ее интенсивное перемешивание с одновременным увлажнением. Увлажнение массы может осуществляться водой или паром. Пароувлажнение обладает рядом преимуществ: ускоряет процесс набухания глинистых частиц, повышает однородность распределения влаги, сокращает время подготовки массы.
Оптимальная формовочная влажность массы при пластическом способе формования составляет 18-22% для среднепластичных глин и 20-25% для высокопластичных глин. Точное дозирование воды критически важно для получения качественных изделий.
Глинозапасник представляет собой крытое или открытое сооружение для хранения запаса глины, обеспечивающего бесперебойную работу завода в течение 25-30 суток. Конструктивно глинозапасник состоит из железобетонных секций объемом 150-250 м³ каждая, оборудованных загрузочным и разгрузочным мостами с конвейерами и многоковшовыми экскаваторами.
Загрузочный мост перемещается вдоль глинозапасника и загружает его горизонтальными слоями толщиной 0,3-0,5 м. Такая послойная укладка обеспечивает дополнительное усреднение сырья. Разгрузочный мост с многоковшовым экскаватором типа БМК-11-25/40 снимает слои глины толщиной 40-50 мм по всей длине бурта, что гарантирует выдачу усредненного материала на переработку.
Шихтозапасник предназначен для вылеживания подготовленной шихты с запасом на 7-10 суток. Вылеживание шихты в шихтозапаснике обеспечивает равномерное распределение влаги по всему объему массы, набухание глинистых частиц, релаксацию внутренних напряжений после механической обработки и обволакивание зерен отощающих добавок глиной.
Конструкция шихтозапасника аналогична глинозапаснику, но имеет меньшую емкость. Оборудование включает расстилочный мост с двумя конвейерами для равномерного распределения шихты в конусообразные бурты и разгрузочный мост с многоковшовым экскаватором для забора материала вертикальными слоями.
На заводе производительностью 40 млн штук условного кирпича в год суточная потребность в глине составляет около 650 тонн. Глинозапасник емкостью 4 секции по 200 м³ (примерно 1400 тонн) обеспечивает запас на 22 суток работы. Шихтозапасник емкостью 4 секции по 150 м³ (около 1000 тонн) создает запас подготовленной массы на 9 суток, что позволяет оперативно реагировать на изменения в поставках сырья или временные остановки карьера.
В период вылеживания шихты в шихтозапаснике протекают следующие процессы: выравнивание влажности по объему массы от поверхностных слоев к внутренним, набухание глинистых минералов за счет проникновения воды в межслоевое пространство кристаллической решетки, снятие внутренних напряжений и улучшение пластичности массы, адсорбция глинистыми частицами зерен песка и других отощающих добавок.
Рекомендуемая влажность шихты в шихтозапаснике составляет 20-22%. При этой влажности обеспечивается оптимальное протекание процессов набухания без риска пересыхания массы.
Вакуумирование керамической массы является завершающей операцией подготовки перед формованием и осуществляется в вакуумной камере ленточного пресса-экструдера. Процесс заключается в удалении воздуха из массы при разрежении 0,08-0,095 МПа. Вакуумирование существенно улучшает технологические свойства массы и качество готовых изделий.
При вакуумной обработке достигается относительная степень вакуума 90-94%. Из пор глинистой массы удаляются пузырьки воздуха, которые являются концентраторами напряжений и могут вызвать разрушение изделий при сушке и обжиге.
Вакуумирование оказывает комплексное положительное воздействие на керамическую массу: повышается пластичность и формуемость массы за счет уплотнения структуры, увеличивается прочность сырца на 25-40%, что снижает процент брака при транспортировке и садке в сушилку, улучшается однородность структуры массы, снижается чувствительность к сушке и уменьшается склонность к трещинообразованию.
Изделия из вакуумированной массы характеризуются повышенной морозостойкостью до 100-150 циклов против 50-75 циклов для невакуумированной массы, низким водопоглощением, высокой прочностью при сжатии и изгибе. Структура черепка становится более плотной с равномерным распределением пор.
Вакуумная камера располагается между двумя шнековыми секциями ленточного пресса. Первый шнек предварительно уплотняет массу и подает ее в вакуумную камеру через герметичный шлюз. В камере поддерживается разрежение с помощью водокольцевого вакуумного насоса производительностью 50-100 м³/ч.
Масса в вакуумной камере подвергается интенсивному перемешиванию лопастями, что обеспечивает эффективное удаление воздуха из всего объема материала. Время пребывания массы в вакуумной камере составляет 20-40 секунд. После вакуумирования масса поступает на второй нагнетающий шнек, который создает давление 2,5-3,5 МПа для экструзии через мундштук пресса.
Производительность вакуумного насоса определяется по формуле:
Qн = (V × n × k) / (60 × η)
Для пресса производительностью 8000 кг/ч с объемом вакуумной камеры 200 л:
Qн = (200 × 4 × 1,3) / (60 × 0,75) ≈ 23 м³/ч
Принимается насос производительностью 50 м³/ч с учетом возможных потерь разрежения.
На современных заводах применяются шнековые вакуумные прессы различных типов: раздельные экструдеры производительностью 2-60 т/ч с отдельными приводами смесителя и шнека, моноблочные экструдеры с общим приводом на смеситель и шнек, обеспечивающие компактность установки, экструдеры с пневматическими муфтами сцепления для плавного пуска и остановки оборудования.
Рабочая влажность массы при вакуумном экструдировании составляет 17-20%, что на 2-3% ниже по сравнению с формованием без вакуумирования. Это сокращает энергозатраты на сушку и длительность процесса сушки.
Качество подготовленной керамической массы контролируется по следующим показателям: влажность массы, определяемая методом высушивания при температуре 105-110°C до постоянной массы, гранулометрический состав путем просеивания через набор сит с ячейками 5, 3, 1 и 0,5 мм, число пластичности по методу Аттерберга, характеризующее формовочные свойства, прочность сырца на сжатие и изгиб после сушки при влажности не более 6%.
Согласно технологическому регламенту, влажность формовочной массы должна поддерживаться с точностью ±0,5%. Содержание частиц крупнее 3 мм не должно превышать 2%, а частиц крупнее 5 мм не допускается. Число пластичности для среднепластичных глин должно находиться в пределах 15-25.
В заводской лаборатории проводятся периодические испытания образцов сырца и обожженных изделий для контроля стабильности технологического процесса. Из подготовленной массы формуют образцы-балочки размером 120×25×10 мм для определения прочности при изгибе и кубики 50×50×50 мм для определения прочности при сжатии.
После сушки до воздушно-сухого состояния определяют прочность сырца. Затем образцы обжигают при температуре 950-1000°C в лабораторной печи и испытывают на прочность, водопоглощение, морозостойкость. Результаты испытаний должны соответствовать требованиям ГОСТ 530-2012 для соответствующих марок кирпича.
Вылеживание глины является важнейшей технологической операцией, существенно улучшающей свойства сырья. В период вылеживания продолжительностью 12-24 месяца происходит набухание глинистых частиц, разрушение структуры под действием попеременного замораживания-оттаивания, размягчение плотных включений и естественное усреднение материала. Циклы замораживания-оттаивания особенно эффективно разрушают известковые включения, предотвращая образование дутиков в готовых изделиях. После вылеживания пластичность глины возрастает на 30-40%, прочность сырца увеличивается на 50-70%, а содержание крупных включений снижается на 60-70%.
Глинозапасник предназначен для хранения карьерной глины после естественной обработки с запасом на 25-30 суток работы завода. Он обеспечивает бесперебойную работу при перебоях в добыче сырья и дополнительное усреднение материала. Шихтозапасник служит для вылеживания уже подготовленной шихты с запасом на 7-10 суток. В шихтозапаснике происходят процессы выравнивания влажности, набухания глинистых частиц, релаксации внутренних напряжений после механической обработки и обволакивания зерен отощающих добавок глиной. Влажность материала в глинозапаснике составляет 12-18%, а в шихтозапаснике - 20-22%. Оба сооружения оборудованы системами послойной загрузки и вертикальной разгрузки для обеспечения усреднения.
Механическая обработка глины проводится в следующей последовательности: предварительное рыхление в глинорыхлителях СМК-70, грубое дробление на камневыделительных вальцах СМ-150 с зазором 20-30 мм для удаления крупных твердых включений, измельчение на вальцах грубого помола с зазором 2-3 мм, дальнейшее измельчение на вальцах тонкого помола СМ-696А с зазором 0,8-1,5 мм, обработка в бегунах СМ-365 для интенсивного перетирания и пластификации, продавливание через дырчатые вальцы СМК-25 для дополнительного структурирования, перемешивание с увлажнением в двухвальных смесителях. Каждая операция выполняет определенную функцию в подготовке однородной формовочной массы требуемого качества.
Вакуумирование при разрежении 0,08-0,095 МПа существенно улучшает свойства массы и изделий. Удаление воздуха из пор глинистой массы повышает прочность сырца на 25-40%, улучшает пластичность и формуемость, снижает чувствительность к сушке. Изделия из вакуумированной массы характеризуются повышенной морозостойкостью до 100-150 циклов против 50-75 циклов без вакуумирования, прочность при сжатии возрастает на 30-50%, водопоглощение снижается на 25-35%. Структура черепка становится более плотной и однородной. Процент брака при сушке и обжиге снижается в 2-3 раза. Рабочая влажность массы при вакуумировании на 2-3% ниже, что сокращает энергозатраты на сушку.
Перед формованием контролируются следующие параметры: влажность массы с точностью ±0,5% от номинального значения 18-22%, гранулометрический состав с ограничением содержания частиц крупнее 3 мм не более 2%, число пластичности в пределах 15-25 для среднепластичных глин, однородность распределения влаги и компонентов по объему массы, прочность сырца после сушки не менее 0,5 МПа при изгибе. Контроль влажности проводится каждые 2 часа, гранулометрического состава - раз в смену, других показателей - ежесуточно. Стабильность этих параметров обеспечивает получение качественных изделий с заданными характеристиками согласно ГОСТ 530-2012.
Пароувлажнение обладает рядом существенных преимуществ: пар проникает в поры глины значительно быстрее воды, ускоряя процесс набухания глинистых частиц в 3-4 раза, повышенная температура массы при пароувлажнении до 40-50°C улучшает пластичность и снижает вязкость, обеспечивается более равномерное распределение влаги по объему массы, сокращается общее время подготовки массы с 8-10 часов до 2-3 часов, улучшаются формовочные свойства массы за счет частичной пептизации глинистых частиц. Пароувлажнение особенно эффективно для малопластичных и медленно набухающих глин, позволяя производить их переработку без длительного вылеживания в промежуточных емкостях.
Послойная загрузка горизонтальными слоями толщиной 0,3-0,5 м из различных участков карьера и последующая вертикальная разгрузка многоковшовым экскаватором слоями 40-50 мм обеспечивают эффективное усреднение разнородного сырья. При вертикальной разгрузке экскаватор захватывает материал из всех горизонтальных слоев одновременно, перемешивая глины с различными свойствами. Это позволяет получать на выходе усредненное сырье со стабильными характеристиками независимо от неоднородности исходного материала. Коэффициент вариации основных свойств глины после правильно организованного усреднения снижается с 15-25% до 3-5%, что критически важно для стабильности технологического процесса и качества продукции.
Бегуны представляют собой установку с тяжелыми катками массой до 6 тонн, которые перемещаются по чаше с глиной, совершая вращательное движение вокруг горизонтальной и вертикальной осей. В отличие от вальцов, которые преимущественно дробят и измельчают материал, бегуны обеспечивают интенсивное перетирание и пластификацию массы. Давление под катками достигает 5-8 МПа, что способствует разрушению структурных связей в глине и повышению пластичности. Технологическая эффективность бегунов выше, чем у вальцов, особенно при переработке высокопластичных глин. После обработки в бегунах предел прочности при сдвиге снижается на 30-40%, что свидетельствует о значительном размягчении и пластификации массы.
Качественная подготовка керамической массы от карьера до формования является основой производства высококачественных керамических изделий. Комплексное применение естественной и механической обработки, правильная организация процессов усреднения и вылеживания, использование современного оборудования с вакуумированием обеспечивают получение массы с оптимальными технологическими свойствами. Соблюдение технологических параметров на всех этапах подготовки гарантирует стабильное качество продукции и соответствие требованиям действующих стандартов.
Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и предназначена для информирования специалистов о технологических аспектах подготовки керамической массы. Представленная информация не является руководством к действию и не может заменить официальную техническую документацию, технологические регламенты и требования нормативных документов. Автор не несет ответственности за любые последствия, возникшие в результате использования информации из данной статьи. Все технологические решения должны приниматься квалифицированными специалистами на основании комплексного анализа конкретных производственных условий, свойств сырья и требований к готовой продукции с учетом действующих стандартов и норм безопасности.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.