За пластичним способом формування:
1 - ящиковий подавач; 2 - транспортер; 3 - подрібнення глини і відділення каменю на дезінтеграторних вальцях; 4 - помел глини на бігунах; 5 - транспортер; 6 - формування цегли на стрічковому пресі; 7 - різання цегли-сирцю на автоматі
Рис. 4.16. Стрічковий вакуум-прес:
1 – ніж; 2 – вакуум-камера; 3 – решітка; 4 - глином’ялка; 5 - шнековий вал преса;
6 - пресувальна голівка; 7 – мундштук; 8 - глиняний брус
Глиняну масу, яка надходить у стрічковий прес, за допомогою шнека ущільнюють, після чого вона направляється до вихідного отвору-мундштука. З останнього виходить безперервний глиняний брус, який потрапляє на автомат для різання й укладання цегли-сирцю на вагонетки камерних або тунельних сушарок. Продуктивність стрічкових пресів до 10000 штук за годину. Термін сушіння цегли – 1-3 доби.
Процес випалювання умовно можна розділити на три періоди: прогрівання, власне випалювання й охолодження. У період прогрівання із сирцю віддаляється гігроскопічна і гідратна волога, згорають органічні домішки, рівномірно прогрівається маса і розкладаються карбонати. При власне випалюванні відбувається розплавлювання найбільш плавкої складової частини глини, яка обволікає частки глини, щоб вони не розплавилися, спікаючи масу. Період охолодження супроводжується утворенням каменю.
Рис. 4.17. Тунельна піч:
1 - корпус печі; 2 - вагонетка з цеглою
Випалювання цегли здійснюють у печах безперервної дії - кільцевих і тунельних. Кільцева піч становить собою замкнутий випалювальний канал, умовно поділений на камери. Ці печі відрізняються високою трудомісткістю і важкими умовами праці, тому на нових заводах їх не будують. Тунельна піч (рис. 4.17) є найсучаснішою.
Вона становить собою канал перетином 3,5-5,5м2, довжиною до 100м. У каналі покладені рейки, по яких рухаються вагонетки з цеглою-сирцем. Тунельна піч має три зони: підігрівання, випалювання й охолодження, через які послідовно, протягом 18-36 годин, проходять вагонетки з цеглою-сирцем.
Тунельні печі найбільш економічні через більш механізоване виробництво, а також краще використання тепла. Витрати цегли в тунельних печах порівняно невеликі.
Напівсухий спосіб виробництва глиняної цегли має переваги перед пластичним. Він не потребує сушіння виробів і дозволяє використовувати малопластичні глини. Разом з тим зменшуються потреби у виробничих площах і робочій силі. Однак, якість цегли, одержуваної напівсухим способом, зокрема, морозостійкість, нижча, ніж цегли, одержаної пластичним пресуванням. При напівсухому способі формування (рис. 4.18) сировинні матеріали, після попереднього подрібнювання на вальцях, висушують у сушильному барабані до вологості 6-8%, потім ще подрібнюють у дезінтеграторі, просівають, зволожують до 8-12% і ретельно перемішують.
Підготовлену масу формують (пресують) на гідравлічних або механічних пресах продуктивністю до 10000 шт./год. Відформовану цеглу направляють у піч на випалювання і далі на склад.
Напівсухим методом можна пресувати не тільки повнотілу цеглу, але й п'ятистінну, дірчасту, а також різну керамічну плитку.
Властивості цегли. Якість цегли, незалежно від способу виробництва, повинна задовольняти вимогам ДСТУ Б.В.2.7-61-97. Марка цегли визначається за межею міцності при стискуванні й вигинанні. Цеглу випускають семи марок: 75, 100, 125, 150, 200, 250 і 300.
Цегла кожної марки повинна мати відповідну межу міцності при вигинанні - 1,8; 2,2; 2,5; 2,8; 3,4; 4,0 і 4,4 МПа. Цеглу випускають таких розмірів: довжина - 250±4, ширина - 120±3 і товщина - 88 або 65 + 3 - 2. Скривлення ребер і граней не повинно перевищувати 3мм, механічні пошкодження не допускаються; окремі незначні відбитості ребер і кутів не повинні перевищувати 15мм по довжині ребра і більше двох на одній цеглі. Вапняні добавки (дутики), недовипалювання і перепалення не допускаються. Випалювання цегли повинно відповідати кольору еталона. Недовипалена цегла має недостатню міцність і морозостійкість, а перепалена має підвищену міцність і теплопровідність, але, як правило, перекручену форму. Необхідно, щоб нормально обпалена цегла, для марок вище 150, мала водопоглинення не менше 6% від маси цегли, висушеної до постійної маси, а для цегли інших марок - не менше 8%. За морозостійкістю цеглу розподіляють на чотири марки: Мрз 15; 25; 35 і 50.
Цеглу глиняну звичайну застосовують для виготовлення цегельних панелей зовнішніх і внутрішніх стін, кладки зовнішніх і внутрішніх стін, стовпів, склепінь та інших несучих конструкцій. Цеглу глиняну, напівсухого пресування, використовувати для фундаментів і цоколів нижче гідроізоляційного шару не дозволяється внаслідок зниженої її морозостійкості.
Цегла глиняна пустотіла, легка. Цеглу глиняну пустотілу виготовляють з легкоплавких глин з добавками або без них за способом пластичного і напівсухого пресування. Масу для пустотілої цегли обробляють більш ретельно, формування бажано робити на вакуумних пресах зі спеціальним пристосуванням (кернами) для утворення отворів (порожнин) у цеглі. Порожнини в цеглі розташовуються перпендикулярно постелі. За формою вони бувають круглими, діаметром не більше 15 мм, або прямокутними з шириною щілини не більше 15 мм. Пустотілу цеглу виготовляють розмірами 250x120x88 та 250x120x65 мм; марками за міцністю на стискування 75, 100, 125 і 150; об'ємною масою - 1300-1450 кг/м3; водопоглинанням - не менше 6% і морозостійкістю не нижче 15 [30].
Цеглу глиняну пустотілу застосовують для несучих зовнішніх і внутрішніх стін, перегородок та інших частин будівель і споруд. Не рекомендується застосовувати зазначену цеглу для фундаментів, цоколів та стін мокрих приміщень. Цегла будівельна легка становить собою штучний камінь, виготовлений з діатомітів або трепелів з добавками глини або глини і вигоряючих добавок, шляхом формування і випалювання. У порівнянні зі звичайною цеглою ця цегла має меншу об'ємну масу та знижену теплопровідність. Її застосування дозволяє зменшити товщину стіни, полегшити конструкцію і збільшити площу будівлі [55].
Рис. 4.18. Технологічна схема виробництва цегли методом напівсухого формування:
1 — ящиковий подавач; 2 — стрічковий транспортер; 3 — дезінтеграторні вальці;
4 — циклон; 5 — сушильний барабан; 6 — бункер; 7 — тарілчастий живильник;
8 — дезінтегратор; 9 — елеватори; 10 — грохот; 11 — глиномішалка з парозволожувачем; 12 — живильник; 13 — прес
Технологічна схема виробництва легковагої цегли мало відрізняється від процесу виробництва звичайної глиняної цегли пластичного формування. Цеглу будівельну легку випускають розміром 250x120x88 мм. Цегла з об'ємною масою 700-1000 кг/мЗ має міцність 3,5; 5,0 і 7,5 МПа; при об'ємній масі 1000-1300 кг/см3 - міцність цегли 5,0 і 7,5 МПа, а при об'ємній масі 1300-1450 кг/мЗ - міцність 5,0; 7,5 і 10,0 МПа. Морозостійкість повинна бути не менше 10. Застосовують легку цеглу для стін будівель і споруд з нормальною вологістю приміщень.
Сушіння і випалювання. Якщо ж сирець, який має високу вологість, відразу після формування обпалити, то він розтріскується. При сушінні сирцю штучним способом як теплоносій використовують димові гази випалювальних печей, а також спеціальних топок. При виготовленні виробів тонкої кераміки застосовують гаряче повітря, утворене в калориферах. Штучне сушіння здійснюють у сушилах періодичної дії - камерних сушарках (рис. 4.19) або безперервної дії - тунельних сушарках (рис. 4.20).
Процес сушіння становить собою комплекс явищ, пов'язаних з тепло- і масообміном між матеріалом та навколишнім середовищем. У результаті відбувається переміщення вологи з внутрішньої частини виробів на поверхню і її випарювання. Одночасно з видаленням вологи частки матеріалу стискуються і відбувається усадка. Зменшення обсягу глиняних виробів при сушінні відбувається до певної межі, незважаючи на те, що вода до цього моменту повністю ще не випарувалася.
Рис. 4.19. Камерне сушило
Рис. 4.20. Тунельне сушило
З метою одержання високоякісних керамічних виробів процеси сушіння і випалювання повинні здійснюватися у строгих режимах.
При нагріванні виробу в інтервалі температур 0-150°С з нього видаляється гігроскопічна волога. При температурі 70°С тиск водяної пари всередині виробу може досягти значної величини, при цьому для попередження тріщин температуру слід піднімати повільно (50-80° С/год), щоб швидкість пароутворення всередині матеріалу не випереджала швидкість фільтрації пари через її товщину.
Випалювання є завершальною стадією технологічного процесу. У піч сирець надходить з вологістю 8-12%, де в початковий період відбувається досушування сирцю. В інтервалі температур 550-800°С відбувається дегідратація глинистих мінералів та видалення хімічно зв'язаної конституційної води. При цьому руйнуються кристалічні решітки мінералу, глина втрачає пластичність, у цей час відбувається усадка виробів. При температурі 200-800°С виділяється летюча частина органічних домішок глини та вигораючих добавок, уведених до складу шихти при формуванні виробів, і, крім того, окисляються органічні домішки в межах температури їх загорання. Цей період характерний дуже високою швидкістю підйому температур - 300-350°С, а для ефективних виробів - 400-450°С/год, що сприяє швидкому вигоранню палива, запресованого в сирець.
Потім вироби витримують при цій температурі в окисній атмосфері до повного вигорання залишків вуглецю. Подальше підвищення температури від 800°С до максимальної пов'язаний із руйнуванням кристалічної решітки глинистих мінералів та значною структурною зміною черепка, тому швидкість підвищення температури сповільнюють до 100-150°С, а для пустотілих виробів - 200-220°С/год. Після досягнення максимальної температури випалювання виріб витримують для вирівнювання температури по всій його товщині, після чого температуру знижують на 100-150°С, у результаті виріб здійснює усадку та пластичні деформації. Потім інтенсивність охолодження при температурі нижче 800°С збільшується до 250-300°С/год і більше, обмеженням зниження температури можуть бути лише умови зовнішнього теплообміну. За таких умов випалювання цегли можна здійснити за 6-8 годин. Однак, у звичайних тунельних печах швидкісні режими випалювання не можуть бути реалізовані через велику нерівномірність температурного поля по перетину випалювального каналу. Вироби з легкоплавких глин обпалюють при температурі 900-1100°С. У результаті випалювання виріб набуває каменеподібного стану, високої водостійкості, міцності, морозостійкості та інших цінних будівельних якостей.
Тунельні печі. Керамічні вироби пластичного формування обпалюють у тунельних печах прямої дії, у яких продукти згорання стикаються безпосередньо з обпалювальною продукцією, і муфельних, де керамічні вироби обпікаються гарячим повітрям.
Тунельні печі (рис. 4.21) поділені на три зони - підігрівання 1, випалювання 2 і охолодження 3, які, у свою чергу, поділені на позиції за кількістю вагонеток, що знаходяться в зоні.
Обпалювані в тунельних печах вироби транспортують через піч на вагонетках. Для захисту від високих температур металева частина вагонетки закрита вогнетривкою футерівкою товщиною 300-400мм. Для створення герметичності між вагонетками і піччю по всій довжині печі знаходяться піскові затвори. До бокових сторін вагонетки кріпляться бічні листи-фартухи піскового затвору, які рівномірно завантажені в пісок затвору. Між дотичними торцевими сторонами вагонеток, за рахунок футерівки, утворюється лабіринтове з'єднання, додатково ущільнене підшитим до металевих рам азбестовим шнуром. Це ущільнення перешкоджає потраплянню гарячих газів у підподовий простір печі.
Тунельні печі працюють за принципом протитечії. Спочатку вагонетки з виробами підігріваються продуктами згорання, які відходять із зони випалювання, потім проходять через зону випалювання, піддаючись дії високих температур, після чого надходять у зону охолодження, де охолоджуються, віддаючи тепло повітрю. Тепло може передаватися при прямому контакту полум'я з обпалювальним виробом або через муфель. Димові гази відбираються на початку печі через вікна, повітря на охолодження і горіння подається на виході вагонеток з печі. Оскільки на горіння потрібно менше повітря, ніж на охолодження, частина гарячого повітря з зони охолодження відбирається для використання поза піччю. Для зменшення різниці температур по перетину печі й підвищення швидкості прогрівання низу садки в зону підігрівання подають гаряче повітря із зони охолодження або на цій ділянці здійснюють рециркуляцію димових газів.
Вагомий недолік тунельних печей полягає у тому, що в них важко підтримувати стійкий режим у робочому потоці. У робочому просторі печі підтримують значне розрідження, що необхідно для того, щоб гази просмоктувалися через піч. Через нещільності стиків вагонеток, затворів, на вході й виході печі підсмоктується холодне повітря, підсилюючи перепад температур по перетину каналу. Підсмоктування повітря в піч недопустиме, особливо якщо обпалювання йде у відновному середовищі. Для зменшення розрідження в зону охолодження подають холодне повітря, у результаті чого зона охолодження знаходиться під тиском, зона випалювання - при нульовому тиску, зона підігрівання - під невеликим розрідженням. На початку та в кінці печі влаштовують вхідні й вихідні шлюзові камери на одну вагонетку, що ізолює робочий простір під час штовхання вагонетки. Завдяки цьому досягається стійкий газовий режим у робочому потоці печі.
Вагонетки в тунельних печах періодично проштовхують на довжину однієї вагонетки відповідно до заданого режиму випалювання. Недоліком періодичного проштовхування вагонеток є те, що в період проштовхування порушується температурний режим печі, а вироби, швидко переходячи з однієї позиції на іншу, піддаються температурним коливанням, що несприятливо впливає на їх якість. Щоб усунути цей недолік, застосовують імпульсний спосіб проштовхування вагонеток. Суть його полягає в наступному. Шлях руху вагонеток, з однієї позиції на іншу, умовно поділений на десять відрізків. Тривалість перебування вагонетки на одній позиції, після чергового штовхання, також поділена на десять рівних проміжків часу. У момент штовхання вагонетка переходить у чергову позицію печі на 1/10 своєї довжини та знаходиться на цьому відрізку 1/10 заданого часу, після чого процес повторюється. Наприклад, вагонетка на позиції повинна знаходитися 30 хв. Вона проштовхується на 1/10 своєї довжини через кожні 3 хвилини і повністю переходить на наступну позицію через 30 хв. У результаті не порушується температурний режим роботи печі.
У більшості випадків у промисловості будівельної кераміки тунельні печі опалюються газом, мазутом, іноді твердим паливом. Печі з електрообігріванням мають переваги. У них легко встановлюється і досить точно регулюється необхідна температура випалювання.
Обслуговування тунельних печей. При обслуговуванні тунельної печі дотримуються таких правил. У кожній тунельній печі обпалюють вироби одного виду. Завантажують піч за графіком. Перед піччю повинен бути запас вагонеток, при цьому кількість вагонеток, завантажених продукцією для випалювання, і кількість пустих вагонеток регламентують технологічні карти відповідно до наявності виробничих площ [55].
Вироби завантажують на справні вагонетки так, щоб максимально використовувати пічний обсяг і зберегти достатню газопроникність садки виробів у подовжньому і поперечному напрямках. У піч вагонетки подають через габаритні пристрої. Після кожного технологічного обороту вагонетку оглядають, змазують і, якщо потрібно, ремонтують.
Навколо печі повинен зберігатися постійний запас перевірених горілок (20% від встановлених на печі). Запас шамоту для піскових затворів повинен складати не менше добової потреби. Після кожного проштовхування вагонеток піскові затвори підсипають.
Температурний режим печі регулюють тільки з дозволу майстра. Затверджені параметри роботи печі змінюють лише за вказівкою головного інженера. На кожну зупинку печі з пропуском більше одного штовхання складають акт із докладним аналізом причин пропуску штовхання та вказівкою вжитих заходів щодо видалення несправностей і порядку введення печі в режим.
Для врахування роботи тунельної печі ведуть журнали ремонтів, завантаження та вивантаження із обліком номерів вагонів, часу завантаження, кількості й виду виробів на вагоні, часу проходження через позицію з максимальною температурою, кінцевої температури випалювання, простоїв і причин, які породжують їх; показання приладів фіксують щогодини. На кожен вагон ведеться маршрутний лист.
При експлуатації тунельних печей особливу увагу приділяють завантаженню і розвантаженню вагонеток, стійкості садки. Для того щоб садка виробів на вагонетці була стійкою, перевіряють вагонетки - вони повинні бути справними, з ходовою частиною, що вільно рухається, і рівним ходом. Температура виробів на вивантаженні не повинна перевищувати 50°С. Передавальні візки повинні бути обладнані сигналізацією. Усі частини вентиляторів, що рухаються, і штовхальників повинні бути огороджені.
Печі пускають відповідно до інструкції під керівництвом відповідального працівника, призначеного наказом по підприємству. Аеродинамічний режим роботи тунельних печей повинен бути відрегульований таким чином, щоб зони підігрівання і частково зона випалювання печі працювали під розрідженням.
У цеху, де встановлені тунельні печі, повинні бути вивішені схеми трубопроводів газу, пари, повітря і води з покажчиком номерів і місць розташування вентиляторів та засувок. Трубопроводи повинні мати розпізнавальний колір, попереджувальні знаки і маркування. Запірні пристрої усіх трубопроводів повинні бути розташовані осторонь від вогняних отворів, у місцях, зручних і безпечних для обслуговування. Вентилі й засувки повинні мати покажчики і написи "Відчинено", "Зачинено".
Перед розпалюванням пальників піч необхідно вентилювати протягом 10-15хв при включеному димососі й вентиляторі та продувати газопровід через продувну свічу до відсутності в газопроводі вибухонебезпечної газоповітряної суміші. Умикати газові пальники дозволяється тільки тоді, коли тиск газу на відводах до точок живлення знаходиться у встановлених межах. Регулювати продуктивність пальників можна тільки робочими кранами. Не допускається регулювати полум'я пальників контрольними кранами.
Пальники потрібно негайно вимикати у таких випадках: аварії в печі; аварії газопроводу; при зміні тиску газу понад встановленої межі; пожежі в цеху. При виявленні витоку газу з печі необхідно створити зворотний тиск шляхом повного підняття шиберів.
Зупиняють піч у такому порядку: припиняють подавання повітря; закривають газові крани перед палаючими пальниками та засувку на газовому вводі до печі; відкривають кран продувної лінії; через 5-7 хвилин після вимикання пальників від’єднують димосос до всіх нагнітаючих й відсмоктувальних вентиляторів. Приямки для вентиляційного устаткування, сходові марші для спуску обслуговуючого персоналу в підпічний коридор повинні мати освітлення, під´єднане до аварійної електромережі напругою не більше 12 В.
Роботи, пов'язані з ліквідацією завалів виробів у тунельній печі, розтаскуванням вагонеток, а також роботи, здійснювані в підподовому каналі печі, виконують тільки під керівництвом відповідального виконавця робіт. Чистити пальники, які труться об частини механізмів та інше, можна тільки при повній зупинці механізму та перекритті пальників.
До санітарних керамічних виробів (рис. 4.22) належать фаянсові, напівпорцелянові та порцелянові вмивальники, унітази, бачки, пісуари, біде, деталі керамічні для санітарно-технічних виробів і арматури, раковини лабораторні, мийки, ванни й інші вироби [55].
Керамічні умивальники (ГОСТ 30493-96, СТ СЕВ 3980-83) встановлюють у санітарних вузлах у побутових та інших приміщеннях будівель різного призначення, а також у залізничних вагонах, на морських і річкових судах. Умивальники виготовляють напівкруглої, овальної, прямокутної і трапецієподібної форми, зі спинкою або без спинки, кутові, на постаменті. Нові види умивальників мають у плані переважно овальну форму, передній борт виробу піднятий відносно його бічних сторін, борт має дуже випуклу поверхню, а поверхня, яка межує з чашею, навпаки, увігнута, вироби кріплять на болтах з опорою на суцільнолиті керамічні кронштейни.
Керамічні унітази (ГОСТ 30493-96, СТ СЕВ 3980-83) і напільні унітази встановлюють у санітарних вузлах будівель різного призначення. Унітази бувають тарілчасті, козиркові, з цільновідлитими або приставними поличками для приєднання змивних бачків, із прямими або косими випусками. Найбільш гігієнічними є унітази тарілчастого типу, проте вони більш трудомісткі при виготовленні.
Напільні унітази виготовляють із шамотованої маси, їх водопоглинення не перевищує 18%. Унітази забезпечують повне змивання й ополіскування чаші за одне промивання.
Змивні керамічні бачки (ГОСТ 21485-94, 21485.5-76) і бачки високорозташовані (ТУ 21-26-148-76) встановлюють у санітарних вузлах будівель різного призначення.
Змивні керамічні бачки виготовляють з верхнім та з боковим спуском. Виробництво високорозташованих бачків сьогодні скорочується внаслідок широкого впровадження змивних бачків з безпосереднім приєднанням до унітазів. Корпус і кришка бачків повинні мати глазуровану поверхню. У бачках з фаянсу та напівпорцеляни дозволяється не глазурувати зовнішню поверхню днища і верхню торцеву поверхню стінок корпуса, внутрішню поверхню бортика кришки по контуру, що стикається зі стінками корпусу бачка. У бачках з фарфору допускається також не глазурувати внутрішні поверхні корпусу та кришки.
Настінні керамічні пісуари (ДСТУ Б.В.2.7-55-96) і пісуари (уринали) напільні встановлюють у санітарних вузлах і побутових приміщеннях будівель різного призначення. Пісуари настінні виготовляють трьох типів: І - з цільновідлитим керамічним сифоном; ІІ - без цільновідлитого керамічного сифона; III - подовжені з цільновідлитим керамічним сифоном. Пісуари напільні (уринали) виготовляють із шматованої маси, покривають ангобом і білою глухою глазур'ю. Водопоглинення їх не перевищує 18%.
Біде керамічні - порцелянові й напівпорцелянові (ГОСТ 30493-96), встановлюють у санітарних вузлах будівель різного призначення.
Санітарні керамічні прилади і гарнітури з них (ТУ 21 -28-34-80) установлюють у санітарних вузлах будівель різного призначення, а також будівель підвищеної комфортності. Прилади, які входять до гарнітури, поставляє підприємство-виготовлювач комплектно.
До керамічних деталей для санітарно-технічних виробів і арматури (ГОСТ 30493-96) належать маховички вентильної голівки, вставки-покажчики до маховичків, ковпачок вентильної голівки, рукоятки душової сітки на гнучкому шлангу, рукоятки змішувача для ванн, рукоятки для спуску води із змивного бачка, рукоятки дверки топки водогрійної колонки. Керамічні деталі повинні мати гладку поверхню, покриту рівномірним шаром глазурі. Колір і білизна деталей повинні відповідати кольору і білизні санітарних керамічних виробів. На невидимих після монтажу або закритих арматурою поверхнях деталей відхилення за показниками зовнішнього вигляду не нормуються, якщо вони не перешкоджають монтажу й експлуатації виробів.
Лабораторні напівпорцелянові та порцелянові раковини (ГОСТ 30493-96) встановлюють у лабораторіях, у яких використовують кислоти і луги. Раковини повинні бути кислото- і лугостійкими.
Усі види санітарних керамічних виробів повинні відповідати вимогам та стандартам технічних умов на вироби, загальним технічним умовам на санітарні, керамічні вироби (ГОСТ 15167-93).
Рис. 4.22. Види деяких санітарних керамічних виробів:
Умивальники: а — напівкруглий; б — прямокутний; в — овальний на постаменті.
Пісуари: г — настінний; д — напільний (уринал); е — біде.
Унітази: ж — тарільчастий з косим випуском; з — у комплекті зі змивним бачком