CC BY
12УДК 666.3.03.645
Г.Д. АШМАРИН, канд. техн. наук, генеральный директор ЗАО «ВНИИСТРОМ им. Петра Петровича Будникова»; В.В. КУРНОСОВ, канд. физ.-мат. наук, генеральный директор ЗАО «Комас»; С.Е. БЕЛЯЕВ, инженер, зам. директора ООО «Компания Промсервис»; В.Г. ЛАСТОЧКИН, инженер, ОАО «ВНИИстром им. П.П. Будникова» (Московская обл.)
Обоснование эффективности компрессионного формования керамических строительных материалов
В последние годы специалисты, а также многочисленные неспециалисты, ведут активную полемику по вопросам энергосбережения и тесно связанным с ними проблемами экологии, энергоэффективности, нормотворчества. Совершенно очевидно, что с учетом климатических условий строительство должно вестись с минимально возможными материальными затратами, с минимальным использованием технических средств и удовлетворять требованиям по долговечности и комфортности. При этом следует иметь ввиду, что комфортность жилья и его теплозащитные свойства зависят от способности стен постепенно и много аккумулировать тепло и затем также его отдавать в зависимости от температуры и влажности окружающей среды. Высокой тепловой инерцией обладают массивные стены из керамического кирпича.
Технология компрессионного формования, которая проще, менее насыщена сложным оборудованием и средствами автоматизации, чем технология пластического формования, позволяет выпускать изделия с намного меньшими затратами и достаточно высокого качества.
С позиции основ физико-химической механики дисперсных структур, разработанных П.А. Ребиндером [1], С.П. Ничипоренко [2] и другими учеными [3], изделия компрессионного формования из пресс-порошков имеют более совершенную структуру, чем изделия пластического формования. Этот способ, широко использующийся в производстве керамической плитки, в том числе керамогранита и тротуарного клинкера, может найти более широкое применение и в производстве керамических стеновых материалов, особенно в отдаленных от мегаполисов районах, где нет необходимости строить заводы большой мощности.
Бытует отчасти справедливое мнение, что на крупных заводах пластического формования себестоимость продукции ниже, чем на заводах малой мощности. Однако если учесть необходимость доставки на крупные заводы сырьевых компонентов из других регионов и даже из-за рубежа, дальность доставки продукции до стройки, бой продукции в процессе транспортировки, то удельные расходы на возведение стен существенно увеличиваются. Не зря в советское время упомянутые и многие другие факторы учитывалось при размещении производительных сил, а керамические стеновые материалы справедливо относились к местным строительным материалам.
В последние годы создание новых производств строительных материалов было ориентировано на поставку высокопроизводительных, очень дорогих комплектных линий из Европы, так как своего оборудования в России не производится. Инвесторами таких проектов выступали крупные финансово-промышленные многопрофильные или вертикально-интегрированные структуры, которые могли аккумулировать собственные средства или привлечь кредитные ресурсы. Там, где имелись большие запасы минерального сырья и соответствующий потребительский рынок, это было оправдано. Но поставлять массовую продукцию на расстояние 500—1000 км — это было и будет экономически нецелесообразно.
В сложившейся обстановке нами выполнены работы [4, 5] по совершенствованию технологии компрессионного формования с целью строительства заводов или цехов мощностью 10—30 млн шт. усл. кирпича. Строительство таких заводов актуально в отдаленных от крупных городов районах, особенно в сельской местности. При этом была решена задача по значительному сокращению продолжительности цикла производства за счет ликвидации сложного и громоздкого участка сушки изделий в отдельно стоящей сушилке. В соответствии с патентами №№ 2397068 и 2406049 [6, 7], сформованный кирпич из пресс-порошка заданной влажности и гранулометрического состава укладывается на печную вагонетку и проходит термическую обработку в специальной печи-сушилке. При мощности производства в 30 млн шт. усл. кирпича в год печь-сушилка имеет длину 130 м и предпечье — 30 м. Предварительные расчеты показывают, что объем капиталовложений из расчета на единицу продукции и себестоимость продукции при этом снизятся почти в 2 раза.
Нам часто задают вопрос, можно ли на такой технологической линии выпускать большеразмерные блоки типа «Поротерм». Нельзя. Есть возможность выпускать изделия с небольшой пустотностью, но с микропористой структурой и высокими теплозащитными свойствами за счет рационального использования сырьевых материалов, в том числе всевозможных отходов промышленности и сельскохозяйственного производства. Можно также значительно расширить ассортимент продукции, о котором пишет известный новатор керамических дел И.Ф. Шлегель в своих работах [8, 9], в том числе выпускать типоразмеры изделий, которые могли бы сочетаться при комбинированной кладке стен из ячеистого бетона и керамического кирпича.
Часто приходится слышать вопросы интересующихся заказчиков и порой некомпетентные ответы на них некоторых «специалистов». Предлагаем наши ответы на самые важные из наиболее часто задаваемых вопросов.
1. Есть ли особые требования к сырью?
В технологии полусухого прессования можно использовать все разновидности глин, суглинков, опок, трепелов, диатомитов, сланцев, аргиллитов, отходов добычи и обогащения углей, отходы промышленного и некоторые отходы сельскохозяйственного производства. Главная задача — подготовить пресс-порошок требуемых влажности и гранулометрического состава.
2. Нужен ли шихтозапасник?
Таких шихтозапасников, как при пластическом способе производства размером 20x80 м не требуется. Строятся бункеры запаса пресс-порошка на 2—3 суток работы.
3. Достигается ли экономия тепла в связи с отсутствием сушилок?
Экономия энергоресурсов достигается за счет совмещения процесса сушки и помола сырья, так как сушить изделия всегда сложнее. Однако основной потенциал экономии энергоресурсов заключается в сокращении производственных площадей и массы оборудования (в
8
научно-технический и производственный журнал
февраль 2011
Режим термической обработки Температура обжига 0С Прочность, МПа Водопо- глощение, % Усадка Морозостойкость
при сжатии при изгибе при сушке при обжиге
Продолжительность обжига 24 ч без сушки с выдержкой при максимальной температуре 4 ч 1050 40,3 2,52 12,2 Нет 3,2 По состоянию на 17 января 2011 г. кирпичи прошли 60 циклов попеременного замораживания и оттаивания без признаков разрушения и потери массы.
1100 43,8 2,7 11,1 3,8
1110 42,3 2,74 10,8 4
1120 44,1 2,71 10,4 4,8
1130 46,3 2,8 8,6 5,4
1140 45,9 2,93 6,3 6,8
1150 49,1 2,85 5,3 7,2
технологии отсутствуют шихтозапасники, сушилки, парк сушильных вагонеток, спецтранспорт с автоматами укладчиками и разгрузчиками сушильных вагонеток).
4. Насколько увеличивается парк печных вагонеток?
Парк вагонеток увеличивается, как правило на 7—10
вагонеток, то есть на длину предпечья — буферного запаса, как и при пластическом способе производства.
Нами были проведены совместно с заказчиком испытания суглинка Тульской области. Из пресс-порошка с влажностью 7,5%, что на 2% ниже критической влажности (относительной влажности образца-сырца в момент прекращения усадки), прессовались кирпичи нормального формата пустотностью 12% на гидравлическом прессе выпуска Орехо-Зуевского завода СТРОММАШ с общим усилием 90 т, с удельным усилием прессования 15 МПа (150 кг/см2). Сразу после формования кирпичи были уложены на ложок высотой в 7 рядов и обжигались в электропечи при максимальной температуре 1050 °С. Одновременно партия кирпичей была обожжена на Шеланговском кирпичном заводе, причем кирпичи были помещены на вагонетку, идущую на обжиг после выхода из сушилки, другая партия кирпичей была помещена через смотровые окна на вагонетки в сушилке, которые прошли сушку в течении 5, 7 и 9 ч.
Общая продолжительность обжига составила 14,5 ч с выдержкой при максимальной температуре 960 °С 2 ч. В результате все кирпичи, как обожженные без предварительной сушки, так и при сушке в течении 5, 7 и 9 ч до остаточной влажности 1,5% имели одинаковый бездефектный внешний вид. Три партии кирпичей были обожжены в лабораторных условиях института при двухчасовой выдержке при максимальной температуре 1050, 1100, 1110, 1120, 1130,1140 и 1150 °С.
Физико-механические свойства кирпичей приведены в таблице.
Таким образом, были подтверждены результаты лабораторных исследований о возможности производства данным способом изделий высокого качества из рядового повсеместно распространенного глинистого сырья без сушки в специальных сушилах.
5. Возможен ли выпуск кирпича широкой цветовой гаммы?
Безусловно возможен. При подготовке пресс-
порошков достигается более ровный цвет изделия, чем при смешении пластичного сырья и пигментов. Аналогично, как и при подготовке пресс-порошков для производства фасадного, мостового клинкера и керамо-гранита.
6. Как бороться с высолами?
Так же, как и при пластическом способе производства, только несколько проще.
7. Как бороться с крупными карбонатными включениями?
Мы не считаем наличие крупных карбонатных включений проблемой. При сушке сырья, например, в шахтно-молотковой мельнице или других отечественных или импортных агрегатах, отбирается фракция требуемой тонины для последующей грануляции.
8. Есть ли сложности в эксплуатации прессов?
Есть, но не больше, чем на заводах силикатного кирпича, мощность которых не менее 100 млн шт. усл. кирпича в год. Главной проблемой является отсутствие отечественных гидравлических прессов с двухсторонним и двухступенчатым прессованием и с вакуумированием пресс-порошка. В случае производства клинкерных изделий и керамогранита их приходится приобретать в Европе.
Приведенные данные инженерного решения задач рецептурного и технологического характера говорят о больших возможностях комплексного использования природного сырья, отходов и побочных продуктов промышленного и сельскохозяйственного производства. При этом есть возможность снизить объем капиталовложений из расчета на единицу продукции минимум в 1,5 раза за счет сокращения, как производственных площадей, так и набора технологического оборудования. Соответственно и снизить себестоимость продукции в 1,5—2 раза.
В каждом конкретном случае при выборе места строительства нужны профессионализм и компетентность. Без этого невозможно избежать неоправданных материальных затрат.
Ключевые слова: керамические стеновые материалы, сырьевые материалы, компрессионное формование, печь-сушилка.
Список литературы
1. Ребиндер П.А. Избранные труды. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико-химическая механика. М.: Наука, 1979. 384 с.
2. Ничипоренко С.П. Физико-химическая механика дисперсных структур в технологии строительной керамики. Киев: Наукова думка, 1968. 76 с.
3. Ашмарин Т.Д., Ласточкин В.Г., Курносов В.В. Теоретические основы и пути совершенствования технологии компрессионного формования керамических стеновых материалов // Строит. материалы. 2009. №4. С. 26—29.
4. Lastotschkin W., Aschmarin G. Untersuchungen zum Trockenpress-verfahren von Ziegeln // Keramische Zeitschrift. 2009. №6. S. 376-378.
5. Ашмарин Т.Д., Курносов В.В., Ласточкин В.Г. Энерго- и ресурсосберегающая технология керамических стеновых материалов // Строит. материалы. 2010. №4. С. 2-5.
6. Ашмарин Т.Д., Курносов В.В., Ласточкин В.Г. Технологическая линия для производства керамических строительных изделий методом компрессионного формования. Патент № 2397068. Бюл. № 23 от 20.08.2010 г.
7. Ашмарин Т.Д., Курносов В.В., Беляев С.Е., Ласточкин В.Г. Туннельная печь-сушилка. Патент № 2406049. Бюл. № 34 от 10.12.2010 г.
8. Шлегель И.Ф. Необходим пересмотр не только ГОСТ 530-95 // Строит. материалы. 2002. №10. С. 6-8.
9. Шлегель И.Ф. Сложившаяся ситуация в строительстве требует восстановления ГОСТа на лицевой кирпич // Строит. материалы. 2010. №7. С. 53-56.
Ы ®
научно-технический и производственный журнал
февраль 2011
9
