CC BY
19УДК 666.3-431
А.А. НАУМОВ1, канд. техн. наук, И.В. ТРИЩЕНКО1, канд. техн. наук, Н.Г. ГУРОВ2, генеральный директор
1 Ростовский государственный строительный университет (344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162)
2 ЗАО «Южный научно-исследовательский институт строительных материалов» («ЮжНИИстром») (344038, г. Ростов-на-Дону, ул. Нансена, 105/1)
К вопросу улучшения качества и расширения ассортимента керамического кирпича для действующих заводов полусухого прессования
Представлены результаты исследований пригодности атюхтинского глинистого сырья для производства керамического кирпича способом компрессионного формования. Определено, что для получения керамического черепка высокой морозостойкости необходимо вводить в шихту минеральную кальцийсодержащую добавку. Выпущены опытные партии лицевого кирпича красного и светло-желтого цветов. Выполнены проектные работы по техническому перевооружению Шахтинского кирпичного завода. Определены дальнейшие шаги для повышения качества производимой продукции.
Ключевые слова: керамический кирпич, полусухое прессование, компрессионное формование, техническое перевооружение, морозостойкость, минеральная модифицирующая добавка, переработка массы.
A.A. NAUMOV1, Candidate of Sciences (Engineering), I.V. TRISHHENKO1, Candidate of Sciences (Engineering); N.G. GUROV, General Director
1 Rostov State University of Civil Engineering (162, Sotcialisticheskaya Street, Rostov-on-Don, 344022, Russian Federation)
2 ZAO «Southern Scientific Research Institute of Building Materials» («YuzhNIIstrom») (105/1, Nansen Street, Rostov-on-Don, 344038, Russian Federation)
On the issue of improving quality and diversification of ceramic brick for operating factories of semi-dry pressing
Results of the study of suitability of Atyukhtinsk argillous raw materials for manufacturing ceramic brick using the method of compression molding are presented. It is determined that for producing the ceramic body of high frost-resistance it is necessary to introduce a mineral calcium-containing additive into the batch. Pilot lots of facing brick of red and pale yellow colors have been produced. Design works for technical re-equipment of Shakhtinsky brick factory have been done. Further steps for improving the quality of products manufactured are determined.
Keywords: ceramic brick, semi-dry pressing, compression molding, technical re-equipment, frost resistance, mineral modifying additive, mass treatment.
В связи с возросшими требованиями к качеству керамического кирпича и конкуренцией на рынке строительных материалов повышение физико-механических и декоративных свойств кирпича является актуальной задачей.
Запасы качественного глинистого сырья, обладающего хорошими керамическими свойствами, позволяющими использовать наиболее распространенные технологии при подготовке глиномассы для производства керамического кирпича, с каждым годом истощаются, а новые месторождения в основном пригодны для производства рядового кирпича или требуют особого подхода и новых технологических решений для улучшения качества керамической массы.
Если рассматривать производство керамического кирпича способом полусухого прессования, то при традиционной технологии подготовки пресс-порошка с использованием сушильного барабана и дезинтегратора для большинства типов глинистого сырья невозможно получить качественный кирпич, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 530-2012.
Дополнительная переработка глинистого сырья как в пластическом, так и полусухом виде с последующей грануляцией пресс-порошка различными методами улучшает внешний вид кирпича, однако зачастую незначительно увеличивает морозостойкость изделий, особенно полнотелых [1].
Научно-исследовательские работы, проведенные для шести видов монтмориллонито-гидрослюдистого сырья, показали, что существенное повышение морозостойкости кирпича полусухого прессования возможно только при изменении структуры керамического камня за счет создания резервной пористости. Увеличение резервной пористости в 1,5-2 раза позволяет повысить морозостойкость обожженных образцов до 128-212 циклов [2].
Результаты проведенных исследований были положены в основу при определении пригодности глинистого сырья Атюхтинского месторождения для производства кирпича способом полусухого прессования.
Исследованное глинистое сырье относится к умеренно пластичному, высокочувствительному к сушке, по степени спекаемости и огнеупорности - к неспекаю-
Таблица 1
Наименование материала SiO2 свободный кварц Химический состав, %
SiO2 AI2O3 Fe2O3 общ. CaO MgO SO3 общ. TiO2 K2O Na2O Р2О5 ППП
Атюхтинское глинистое сырье 30,73 58,76 10,76 5,4 8,51 2,86 0,03 0,7 1,14 2,06 - 9,89
Минеральная добавка - 0,68 1,04 0,44 45,97 2,13 4 0,13 0,01 0,03 0,99 44,08
Ы ®
апрель 2014
17
Керамические строительные материалы
Таблица 2
Наименование материала Частные остатки, % / Размер ячеек сит, мм Влажность в воздушно-сухом состоянии,% Насыпная плотность в воздушно-сухом состоянии, кг/м3
0,25 0,1 0,063 менее 0,063
Минеральная добавка 0,3-0,8 23,6-25,2 28,1-30,7 42,4 - 47,3 0,1-0,2 1390-1410
Таблица 3
Состав масс, % Температура Прочность МПа Водопогло- Резервная Морозостой-
обжига, оС при сжатии при изгибе щение, % пористость, % кость, циклы
Глинистое сырье - 100 1050 24,1 6,1 13,2 2,3 4
Глинистое сырье - 96 Шлам «Сатен» - 4 1050 17,6 5,8 17,3 3,4 15
Глинистое сырье - 95 Минеральная добавка - 5 1050 35,7 8,5 13,7 4,9 152
щемуся, легкоплавкому сырью с преобладанием глинистых минералов монтмориллонито-гидрослюдистого типа. Химический состав атюхтинского глинистого сырья приведен в табл. 1.
Лабораторными исследованиями было установлено, что обожженные образцы полусухого прессования, изготовленные из атюхтинского глинистого сырья, как в чистом виде, так и с 4% топливосодержащей добавки — шлама «Сатен» — неморозостойки.
Для повышения морозостойкости керамического камня, учитывая результаты ранее проведенных исследований, в качестве компонента шихты, способствующего увеличению резервной пористости, использовали минеральную добавку — кальцийсодержащие отходы, образующиеся в процессе производства минеральных удобрений [3]. Данный материал представляет собой тонкодисперсный порошок с зернами сферической формы, не диспергирующими в воде. Химический состав минеральной добавки представлен в табл. 1, зерновой состав и насыпная плотность — в табл. 2.
В табл. 3 приведены физико-механические характеристики обожженных образцов, полученные при проведении экспериментальных работ из глиномасс как в чистом виде, так и с введением добавок. Перерабатывали массы в пластическом состоянии, гранулировали, а после подсушки измельчали до заданных размеров.
Введение карбонатосодержащих отходов позволило увеличить прочность изделий как при сжатии, так и при изгибе —до 35,7 и 8,5 МПа соответственно и повысить морозостойкость опытных образцов до 152 циклов. Также можно отметить, что по внешнему виду и значению водопоглощения полученные изделия можно отнести к лицевым [2].
С целью расширения ассортимента изделий были опробованы составы масс для производства кирпича светлых тонов. Для получения обожженных образцов светло-желтого цвета в состав шихты были добавлены: мел — 9 %, кальцийсодержащая добавка — 3% и модификатор ЮНС — 2 % [4]. На основе данного состава в лаборатории получены образцы светло-желтого цвета высокой морозостойкости, по внешнему виду соответствующие лицевым изделиям.
Положительные результаты лабораторных исследований по получению морозостойкого керамического камня различных цветов позволили рекомендовать рациональный состав и технологические параметры производства для выпуска опытных партий керамического кирпича в производственных условиях.
Были выпущены партии керамического кирпича красного и светло-желтого цветов, содержащих минеральную добавку [5].
Результаты физико-механических испытаний опытных образцов представлены в табл. 4. Для сравнения также приведены показатели кирпича, изготовленного из заводского состава на основе атюхтинского сырья (с топливосодержащей добавкой).
Опытный кирпич, содержащий минеральную добавку, характеризуется более высокими физико-механическими показателями, а по внешнему виду и морозостойкости относится к лицевым изделиям. После испытания на капиллярный подсос и пропаривание вы-солов на поверхности и отколов от карбонатных включений не наблюдалось.
По результатам выпуска опытных партий изделий, для повышения конкурентоспособности производимой продукции, руководством шахтинского завода было принято решение о техническом перевооружении предприятия. Проектные работы выполнил институт «ЮжНИИстром».
На первом этапе техперевооружения завода на участке массопереработки взамен камневыделительных вальцев, установленных перед сушильным барабаном, проектом были вписаны в линию две новые единицы оборудования — глиномес СМК-126 и «Каскад-14» [6] (разработчик и производитель ООО «ИНТА-Строй», Омск), которые позволяют обеспечить требуемое качество смешивания сырьевых компонентов и получить гомогенизированную шихту в виде гранул перед подачей в сушильный барабан.
При модернизации кольцевой печи обжига со съемным сводом были проведены следующие мероприятия:
— усилена термоизоляция печи, что позволяет повысить температуру обжига до 1100оС;
— увеличен рабочий объем обжигового канала примерно на 15%;
Таблица 4
Наименование Температура обжига, 0С Средняя плотность, кг/м3 Прочность, МПа Водопогло-щение, % Морозостойкость, циклы
при сжатии при изгибе
Кирпич с минеральной добавкой 1050 1870 16,4 2,8 13,7 52
Кирпич светло-желтого цвета с минеральной добавкой 1050 1850 15,5 2,9 13,5 58
Кирпич с топливосодержащей добавкой 1050 1828 13,2 2,5 15,1 18
18
апрель 2014
- улучшена аэродинамика внутренних тепловых потоков в печи;
— газоснабжение печи переведено на новую элементную базу. Установлены двухпроводные газовые горелки и система управления, обеспечивающие автоматизированный процесс обжига продукции [7].
Завершение работ первого этапа позволит заводу выпускать строительный и лицевой кирпич, соответствующий ГОСТ 530-2012.
На втором этапе проектом предусматривается строительство участка приема и складирования сырьевых компонентов, системы их дозирования и подачи в технологическую линию.
Завершение этого этапа позволяет перейти к полноценному производству лицевого высококачественного керамического кирпича широкой цветовой гаммы, по всем параметрам соответствующего требованиям ГОСТ 530—2012.
На третьем этапе будет решаться задача перевода завода на круглогодичную работу.
Известно, что узким местом заводов полусухого прессования остается повышенная начальная влажность прессованных изделий, которые, как правило, сразу подаются в печь с влажностью 8,5—11%, что чревато потерей качества продукции. Поэтому тема промежуточной подсушки кирпича-сырца тоже будет решаться при комплексном техническом перевооружении завода.
Помимо этого для снижения зависимости от влияния человеческого фактора будет предусмотрена меха-
Список литературы
1. Гуров Н.Г., Наумов А.А., Иванов Н.Н. Пути повышения морозостойкости кирпича полусухого прессования // Строительные материалы. 2012. № 3. С. 40—42.
2. Гуров Н.Г., Наумов А.А., Юндин А.Н. Повышение морозостойкости керамического камня полусухого прессования минеральной модифицирующей добавкой // Строительные материалы. 2012. № 5. С. 78-80.
3. Патент РФ 2455257. Керамическая масса. Гуров Н.Г., Наумов А.А., Иванов Н.Н., Гуров Р.Н.; Заявл. 22.10.2009. Опубл. 10.07.2012. Бюл. № 19.
4. Гуров Н.Г., Котлярова Л.В., Иванов Н.Н. Производство керамического кирпича светлых тонов из красножгущегося глинистого сырья // Строительные материалы. 2005. № 9. С. 58-59.
5. Наумов А.А., Юндин А.Н. Морозостойкий керамический кирпич полусухого прессования из глинистого сырья Шахтинского завода // Инженерный вестник Дона: научный интернет-журнал. 2012. № 3. С. 638-642. http://www.ivdon.ru/uploads/article/ pdf/2012_3_112.pdf_960.pdf (дата обращения 30.03.2014).
6. Шлегель И.Ф., Рукавицын А.В., Андрианов А.В. Использование установок серии «Каскад» в технологии полусухого прессования кирпича // Строительные материалы. 2010. № 4. С. 58-59.
7. Курносов В.В., Вострикова С.Н., Милосердов А.В., Ярошок М.М. Опыт применения систем отопления с широким диапазоном регулирования при модернизации и строительстве керамических производств // Строительные материалы. 2004. № 2. С. 24-25.
8. Кондратенко В.А., Пешков В.Н., Следнев Д.В. Проблемы строительства и реконструкции кирпичных производств // Строительные материалы. 2004. № 2. С. 3-5.
9. Стороженко Г.И., Болдырев Г.В., Кузубов В.А. Механохимическая активация сырья как способ повышения эффективности метода полусухого прессования // Строительные материалы. 1997. № 8. С. 19-20.
низация (роботизация) процессов съема от прессов и укладки в пакеты кирпича-сырца на участке прессования и укладки готовой продукции на поддоны.
Предложенный вариант технического перевооружения завода отвечает направлениям развития отрасли, сформулированным Стратегией развития промышленности строительных материалов и индустриального домостроения на период до 2020 г. Ее реализация повлечет частичную модернизацию предприятий керамической промышленности и рост уровня обновления их основных фондов. Продукция, выпускаемая этими предприятиями из низкосортного глинистого сырья, будет конкурентоспособной. Региональный строительный рынок пополнится керамическими материалами расширенного ассортимента и повышенного качества, так как при использовании предлагаемой технологии возможно получение полнотелого кирпича повышенной морозостойкости и лицевого кирпича различных цветов. Все это послужит повышению инвестиционной привлекательности отрасли.
Накопленный отечественный опыт по совершенствованию технологий производства керамического кирпича методом полусухого прессования (компрессионного формования) и отраженный как в настоящей статье, так и в работах [8, 9], позволяет гарантировать организацию производства высококачественного и морозостойкого лицевого кирпича практически на любом действующем заводе после его технического перевооружения.
References
1. Gurav N.G., Naumov A.A., Ivanov N.N. Ways to improve the frost resistance of brick dry pressing. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2012. No. 3, pp. 40—42. (In Russian).
2. Gurov N.G., Naumov A.A., Jundin A.N. Improvement of frost resistance of semidry pressing ceramic stone with a mineral modifying additive. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2012. No. 5, pp. 78-80. (In Russian).
3. Patent RF 2455257. Keramicheskaja massa [Ceramic mass]. Gurov N.G., Naumov A.A., Ivanov N.N., Gurov R.N. Declared 22.10.2009. Published 10.07.2012. Bulletin No. 19. (In Russian).
4. Gurov N.G., Kotljarova L.V., Ivanov N.N. Production of a ceramic brick of light tones from the burning down is red clay raw materials. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2005. No. 9, pp. 58-59. (In Russian).
5. Naumov A.A., Jundin A.N. Frost-resistant ceramic brick of semidry pressing from clay raw materials of the Shakhty plant. Inzhenernyj vestnik Dona: scientific Internet-journal. 2012. No. 3, pp. 638-642. http://www.ivdon.ru/uploads/ article/pdf/2012_3_112.pdf_960.pdf (date of access 30.03.2014). (In Russian).
6. Shlegel' I.F., Rukavicyn A.V., Andrianov A.V. The use of plants of "Kaskad" series in technique of semidry pressing of brick. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2010. No. 4, pp. 58-59. (In Russian).
7. Kurnosov V.V., Vostrikova S.N., Miloserdov A.V., Experience of use of systems of heating with a wide range of regulation at modernization and building of ceramic productions. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2004. No. 2, pp. 24-25. (In Russian).
8. Kondratenko V.A., Peshkov V.N., Slednev D.V. Problems of construction and reconstruction of brick productions. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2004. No. 2, pp. 3-5. (In Russian).
9. Storozhenko G.I., Boldyrev G.V., Kuzubov V.A. Me-chanochemical activation of raw materials as way of increase of efficiency of a method of moist pressing. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 1997. No. 8, pp. 19-20. (In Russian).
апрель 2014
19
