Керамические стеновые материалы в настоящее время являются одними из востребованных как при индустриальном строительстве, так и при индивидуальном жилищном строительстве. Это объясняется многими объективными факторами. Во-первых, стеновая керамика превосходит по многим показателям такие традиционные строительные материалы, как силикатный кирпич, керамзитобетон, железобетон и др. Во-вторых, стеновая керамика является наиболее долговечной за счет своей высокой водостойкости, вкислотостойкости и щелочестойкости. В-третьих, стеновая керамика обладает высокими теплозащитными и теплоизоляционными характеристиками. В-четвертых, лицевую сторону стеновой керамики покрывают различными декоративными покрытиями, что значительно удешевляет отделочные работы за счет устранения технологических операций облицовки дорогостоящей керамической плиткой, отделки различными недолговечными водоэмульсионными и силикатными красками, полицементными и гипсо полицементными пастами.
В связи с вышеизложенным в настоящее время разработаны различные технологии глазурования керамического кирпича, которые обладают как преимуществами, так и недостатками.
Традиционная технология глазурования керамического кирпича предусматривает длительную во времени технологическую операцию подготовки глазурного шликера, его нанесения дисковыми распылителями и последующую сушку.
Глазурование и ангибирование керамического кирпича методом газопламенного оплавления является достаточно энергоемким механическим процессом, требующим специального оборудования для приготовления глазури или ангоба, его нанесения и сушки. При этом качество покрытия существенно зависит от влажности керамического черепка.
Наиболее высокоэффективными и высокопроизводительными являются технологии глазурования керамического кирпича с использованием плазменного факела.
Технология глазурования керамического кирпича методом плазменного оплавления является высокопроизводительной по сравнению с традиционными технологиями глазурования керамического кирпича с использованием экранных и щелевых печей.
Однако, данная технология обладает рядом недостатков, основным из которых является значительный термоудар, снижающий прочность сцепления глазурного слоя с основой за счет образования микротрещин в керамическом черепке.
Технология глазурования керамического кирпича методом плазменного напыления различных стеклопорошков также является эффективной и высокопроизводительной по сравнению с традиционными технологиями глазурования с использованием газопламенного факела, а также экранных, туннельных и щелевых печей. Однако, данная технология также обладает недостатками, основным из которых является низкая морозостойкость и прочность сцепления глазури с керамическим черепком.
Таким образом, существует проблема разработки высокоэффективной ресурсо - и энергосберегающей технологии нанесения глазури на керамический кирпич.
В качестве исходных материалов для глазурования использовали отходы обогащения железистых кварцитов КМА Лебединского ГОКа Белгородской области, пылеунос керамзитового производства ЖБИ - 3 г. Белгорода и отходы и бой производства санитарно-строительной керамики КСМ г. Старый Оскол Белгородской области.
Химический состав исходных материалов для глазурования представлен в таблице 1.
Таблица 1. Химический состав материалов для глазурования керамического кирпича
|
№ п/п |
Наименование материала |
Содержание оксидов, масс, % |
||||||||||
|
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
FeO |
CaO |
MqO |
K2O |
Na2O |
SO3 |
P2O3 |
п.п.п. |
||
|
1 |
Отходы обогащения железистых кварцитов КМА |
66,19 |
9,51 |
9,06 |
6,11 |
3,70 |
4,08 |
0,69 |
0,51 |
0,16 |
0,11 |
5,19 |
|
2 |
Отходы керамзитового производства |
70,51 |
12,23 |
4,03 |
1,20 |
6,13 |
0,70 |
0,25 |
1,14 |
0,05 |
- |
4,12 |
|
3 |
Отходы производства санитарно-строительной керамики |
65,15 |
25,98 |
0,3 |
- |
0,53 |
0,36 |
1,05 |
0,6 |
0,03 |
- |
6,92 |
Показатели качества глазурованного керамического кирпича определяли по стандартным методикам в соответствии с требованиями ГОСТ 8462 - 85 «Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе» и ГОСТ 7025 - 91 «Кирпич и камни керамические и силикатные. Методы определения водопоглащения, плотности и контроля морозостойкости».
- Цель
Разработать технологию нанесения глазури на керамический кирпич методом плазменной обработки.
Задачи
- Исследование влияния технологических факторов на прочность сцепления глазурного слоя с основой и морозостойкость керамического кирпича.
- Исследование влияния расхода материала для глазурования на качество глазурования.
- Разработка и оптимизация технологического процесса глазурования керамического кирпича.
Методы
В качестве основного технологического оборудования для глазурования керамического кирпича использовали электродуговой плазмотрон УПУ-8М. Мощность работы плазмотрона 18кВт. Плазмообразующим газом служил аргон, расход которого составил 2.5 м3/час.
Результаты
Разработанная технология представлена на рисунке 1 и включает следующие технологические операции.
Для глазурования использовали керамический эффективный кирпич производства КСМ г. Старый Оскол Белгородской области.
Перед глазурованием керамического кирпича производили подготовку сырьевых материалов, в частности отходов обогащения железистых кварцитов КМА, отходов керамзитового производства и отходов санитарно-строительной керамики.
Материалы для глазурования по отдельности помещались в бункера с пластинчатыми дозаторами. Из бункеров с помощью пластинчатых дозаторов материалы для глазурования поступали в шаровые мельницы с уралитовыми шарами, где производился их сухой помол. После помола материалы для декорирования рассевались на соответствующие фракции. Для глазурования методом плазменной обработки, как показала практика, пригодны порошки фракционным составом 60 - 250 мкм.
После рассева более крупные фракции порошков, согласно разработанной технологии, направлялись обратно в шаровые мельницы на помол. Материалы для глазурования фракционного состава 60 - 250 мкм помещались в соответствующие бункера, откуда предусмотрено их расходывание по мере надобности получения соответствующего цвета или композиции цветов.
Отходы обогащения железистых кварцитов КМА при глазуровании превращаются в глазурь черного цвета, отходы керамзитового производства - в оттенки зеленых цветов, отходы санитарно-строительной керамики - в оттенки от цвета слоновой кости до персикового.
Перед глазурованием керамического кирпича выбранный для глазурования материал поступает в порошковый питатель, который включается автоматически с одновременным включением электродугового плазмотрона и зажиганием электрической дуги в плазменной горелке.
Керамические кирпичи размером 60 120 250 мм, соответствующие требованиям ГОСТ 530-95, перед глазурованием укладывались на вагонетки и транспортировались к пластинчатому конвейеру.
В автоматическом режиме укладчик укладывал кирпичи на пластинчатый конвейер. С целью оптимизации технологических режимов глазурования керамического кирпича скорость пластинчатый конвейера регулировали в пределах 0,025 - 0,250 м/с. В центре пластинчатого конвейера , длина которого составляла 10,8 м, устанавливали камеру с вытяжной вентиляцией. В камеру с вытяжной вентиляцией стационарно устанавливали плазменную горелку. Однако, разработанная технология, при необходимости, предусматривает возвратно-поступательное движение в автоматическом режиме плазменной горелки с регулированием скорости ее движения для глазурования других стеновых материалов, в частности керамических камней, блоков, а также фасонных изделий.
Рис. 1. Технология глазурования керамического кирпича методом плазменной обработки
Установленные на пластинчатый конвейер керамические кирпичи транспортировались к плазменной горелке. Факел плазменной горелки с температурой 8800 К оплавлял поверхностный слой стеновых керамических материалов и одновременно напылял материал для глазурования на лицевую поверхность керамического кирпича. После глазурования керамический кирпич подавался пластинчатым конвейером к автоматическому укладчику, который укладывал изделия в пакеты, которые транспортировались в склад готовой продукции.
На разработанной технологической линии были проведены исследования по влиянию технологических факторов на прочность сцепления и морозостойкость глазурного слоя. Установлено, что с увеличением толщины глазурного слоя на основе отходов санитарно-строительной керамики с 200 до 1200 мкм прочность сцепления снижалась с 3,8 до 1,3 МПа, а морозостойкость - с 41 до 15 циклов замораживания-оттаивания.
В процессе проведения стендовых испытаний разработанной технологи исследовано влияние расхода материала для глазурования на толщину глазурного слоя. Оптимальными параметрами глазурования керамического кирпича является скорость плазменной обработки 0,025-0,50 м /с. При данных технологических режимах плазменной обработки толщина глазурного слоя составляла 200 - 400 мкм.
Выводы
- Разработана технология нанесения глазури на керамический кирпич методом плазменной обработки.
- Исследовано влияние технологических факторов на прочность сцепления глазури с керамическим черепком и морозостойкость.
- Установлено влияние расхода материала для глазурования керамического кирпича на качество глазурного слоя.
- Оптимизированы основные технологические параметры глазурования керамического кирпича методом плазменной обработки.
- Экспериментально определено, что при скорости обработки керамического кирпича 0,025 - 0,50 м/с образуется глазурный слой толщиной 200-400 мкм с высокими физико-механическими и эстетико-потребительскими свойствами.
- При расходе материала для глазурования керамического кирпича 0,813-1,625 г/с и скорости плазменной обработки 0,025 - 0,50 м/с толщина глазурного слоя составляет 200± 25 мкм.