2. Основы технологии производства керамических строительных материалов и изделий

Керамика — материалы и изделия, получаемые спека­нием глин и их смесей с минеральными добавками, а так­же оксидов и других неорганических соединений.

Керамические материалы — самые древние из искус­ственных каменных материалов. История керамических из­делия насчитывает более 5000 лет.

Материал, из которого состоят керамические изделия, после обжит в технологии керамики называют керамичес­ким черепком.

По структуре различают керамические изделия с пористым и со спекшимся (плотным) черепком. Пористыми условно считают изделия, у которых водопоглощение по массе превышает 5% (в среднем 5—20%): кирпич, керамические камни, черепица, облицовочные плитки, дренажные тру­бы и т. п. Спекшимся считается черепок с водопоглощением менее 5% (чаще 2—4%). Как правило, он водонепрони­цаем. К плотным изделиям относят дорожный кирпич, плитки для полов, фарфоровые изделия.

По степени однородности и зернистости керамического черепка различают изделия грубой (кирпич, дренажные трубы, черепица и т. п.) и тонкой (фарфор, фаянс) кера­мики. Грубая керамика имеет тусклый крупнозернистый излом. Для тонкой керамики характерен блестящий и мел­козернистый излом.

По конструктивному назначению различают керамичес­кие изделия: стеновые (кирпич, керамические камни); об­лицовка фасадов (лицевой кирпич и камни, плитки); внут­ренняя облицовка стен и половая плитка; перекрытия (пустотелые камни); кровельные (черепица); санитарно-техническое оборудование (унитазы, раковины, трубы); теплоизоляция (легкий кирпич, фасонные изделия) и т. Я

Керамические материалы обладают широким комплек­сом полезных свойств. Они прочны, износостойки водо-, термо-, кислотостойки, морозостойки. Эти свойства обус­ловливают высокую долговечность керамики и сравнитель­но низкий уровень затрат на эксплуатацию зданий и со­оружений.

Технология производства керамических изделий проста и опирается на тысячелетний опыт.

Для производства керамики в качестве сырья приме­няются глины, для тонкой керамики — каолины (глинис­тые вещества белого цвета, имеющие более узкий минера­логический состав и большую чистоту, чем глины) и раз­личные минеральные добавки (оксиды металлов, пески, тонкоизмельченные шлаки и т. п.). Эти виды сырья рас­пространены практически повсеместно и очень доступны. Таким образом, производство керамики имеет широкую, недорогую и доступную сырьевую базу.

Вместе с тем керамические изделия хрупки. При их изготовлении имеют место большие усадки, затрудняющие обеспечение высокой точности. Последнее обусловливает и высокую склонность керамики к образованию трещин в процессе производства. Это затрудняет изготовление крупногабаритных и сложной формы изделий.

Производство керамических изделий, несмотря на простоту, имеет длительный производственный цикл и сравнительно высокую энергоемкость. Последние обстоятельств приводят керамические строительные изделия в разряд дорогостоящих.

Технологические этапы изготовления керамических изделий

Технологический цикл получения керамических изде­лий состоит из добычи и подготовки сырья, получения пластичной массы, формирования изделий, их сушки, об­жига и отделки.

Добыча глин осуществляется в карьерах. Ее осуществ­ляют обычно вблизи от керамических заводов, поэтому карьерные работы можно считать частью производствен­ного цикла керамики.

Методы добычи глин определяются мощностью пласта и характером его залегания.

Недопустимо поступление в производство мерзлой гли­ны, так как это приводит к повышению брака. Это вызы­вает необходимость утепления карьеров. Однако экономи­чески более выгодно годовой запас глины обеспечивать в теплый период. Вылеживание замоченной глины и ее вы­мораживание в течение года способствует разрушению при­родной структуры глины, она дисперсируется на элемен­тарные частицы, что обусловливает повышение формовоч­ных свойств.

В зависимости от свойств исходного сырья и вида изго­тавливаемой продукции подготовку глиняной массы осуще­ствляют полусухим, пластическим и шликерным методами, По первому способу сырьевые материалы после предва­рительного дробления на вальцах сушат до остаточной влажности 6-8%, затем измельчают, просеивают, увлаж­няют (до влажности 8-10%) и перемешивают.

При пластическом способе сырье дробят, тонко измель­чают и увлажняют до получения однородной пластичной массы влажностью 18-22%. По шликерному способу высушенные сырьевые мате­риалы измельчают в порошок и смешивают с водой до по­лучения сметаноподобной однородной массы — шликера. Его используют для формования изделий методом литья.

Полусухой способ подготовки массы позволяет сокра­тить энергетические затраты и время на сушку (или вовсе ликвидировать этот этап). Однако при этом возрастают усилия прессования и пылевые выбросы. Данный метод ре­ализуется преимущественно для плоских изделий простой формы (плитки для облиповки и полов).

Пластический метод позволяет получать изделия более сложной формы, чем первый. Он обеспечивает меньшие уси­лия прессования, чем при полусухом. Обязательным этапом в этом случае является сушка изделий перед спеканием. Этим методом изготавливается кирпич, черепица, трубы.

Шликерный способ позволяет получать изделия прак­тически любой формы. Но при этом методе требуется дли­тельный этап сушки, при котором имеют место большие объемные изменения, которые часто приводят к нежела­тельным деформациям. Этот способ из перечисленных наи­более длителен и энергоемок. Им производятся санитарно-технические изделия, декоративная керамика и др.

Сушка — ответственный этап технологии. В процессе сушки из формовки удаляется свободная влага. Изделие при этом дает усадку, называемую воздушной. Важно обес­печить такие условия, при которых скорость продвиже­ния влаги от внутренних слоев к наружным не слишком разнилась бы со скоростью удаления влаги с поверхности, В противном случае наружные слои будут высыхать на­много быстрее. В них будут появляться напряжения, спо­собные привести к трещинообразованию. Поэтому процесс сушки идет либо при комнатных температурах, либо при слабом нагреве и носит длительный характер.

Обжиг — главная часть технологического процесса. Сум­марные затраты на обжиг достигают 35-40% себестоимости товарной продукции. При обжиге происходят химические и физические процессы, изменяющие состав и свойства мате­риала (происходит формирование структуры). Максималь­ная температура спекания керамики достигает 1400˚

При обжиге происходит сближение частиц массы стягивание их за счет образования жидкой фазы. Это приводит к появлению усадки, называемой огневой. Этот процесс при сильной интенсивности может сопровождаться растрескиванием. Поэтому нагрев и охлаждение при спекании проводят плавно, в соответствии с подобранным графикой. Для спекания применяют различные нагревательные агрегаты. Наибольшее распространение получили туннельные, поскольку они легче автоматизируются и обеспечивают более аффективное использование тепловой энергии.

. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение изделий из керамики:

Сопроводительные документы и маркировка должны содержать достаточно полную информацию об изделиях, быть красочно оформленными, информировать покупателей об особенностях эксплуатации данного вида керамики.

Для сохранности качества керамических изделий в сфере обращения применяют потребительскую тару (коробки из картона и бумаги, пачки и пакеты бумажные, полимерные и из комбинированных материалов, ящики из гофрированного картона), транспортную тару (ящики деревянные и картонные) и вспомогательные материалы (бумагу оберточную и прокладочную, макулатуру бумажную, картон гофрированный, тарный - плоский и прокла­дочный, стружку древесную, термоусадочные материалы, пленку полиэтиленовую, полистирол, ленту клеевую и стальную, шпагат).

Упаковывают изделия одного наименования, размера, формы, сорта и декоративного оформления. Чашки и блюдца заворачивают в бумагу через одно изделие, а затем в пакет по 2-4-6 штук ручками внутрь чашек. Кружки за­ворачивают в бумагу через одну и в пакет по 2-4-6 штук донышком к донышку. Тарелки также допускается упа­ковывать через одну или прокладывать бумагой. Стопки тарелок укладывают в коробки или обертывают бумагой и обвязывают шпагатом. При упаковывании посуды в полиэтиленовую или термоусадочную пленку предварительного обертывания не требуется. Групповая упаковка различных видов изделий предусматривает их обертывание бумагой с прокладкой горизонтальных и вертикальных рядов любым амортизирующим материалом.

Требования к транспортированию аналогичны требованиям при перевозке стеклянных изделий.

Укладка изделий в вагон (контейнер) производится максимально плотно. Тарелки и блюдца укладывают ребрами к полу и торцу вагона (контейнера). Во втором ряду таким же образом укладывают на прокладочный амортизационный слой пиалы, миски, селедочницы, салатники. Далее располагают чайники и сахарницы дном к торцу вагона, кружки и чашки с блюдцами, в верхнем ряду - комплектные изделия. Предупредительные маркировочные знаки и надписи аналогичны таковым для стеклянных изделий.

Хранение и условия эксплуатации в целом также аналогичны таковым для стеклянных изделий. Условия хранения стандартные; укладка на хранение производится на стеллажах по группам, видам, артикулам, сортам изделий. Тяжелые и плоские изделия укладывают внизу, полые и тонкостенные - в средние и верхние ряды. Высота штабеля должна содержать не более 120 фарфоровых, 100 фаянсовых тарелок, а для полых изделий в пакетах - не более двух пакетов в высоту.

При эксплуатации не следует подвергать изделия ударам, резким перепадам температур, применять для их чистки твердые абразивы и препараты типа «Суржа», содержащие в составе кислоты, которые разрушают глазурь.