CC BY
35
УДК 666.7-97:539.551.
РЕГУЛИРОВАНИЕ СПЕКАНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА ИЗМЕНЕНИЕМ
СОСТАВА ШИХТЫ
Биче-оол Н.М., Сарыглар А.Ш.
Тувинский государственный университет, г. Кызыл
REGULATION OF SINTERING OF CERAMIC BRICKS BY CHANGING THE COMPOSITION OF THE CHARGE
Biche-oolN.M., Saryglar A.Sh.
Tuvan state University, Kyzyl
В статье рассматривается методы повышения долговечности керамического кирпича путем регулирования процессов обжига и корректирующих добавок. Изучено влияние механоактивации золы ТЭЦ и совместного помола Пий-Хемского суглинка на физико-механические свойства керамического материала. Критерием оценки спекания являются стандартный метод определения водопоглощения и разработанный метод определения средней вязкости керамического кирпича в процессе обжига.
Ключевые слова: зола ТЭЦ, суглинок, механоактивация, водопоглощение, средняя вязкость.
The article deals with methods of increasing the durability of ceramic bricks by regulating firing processes and correcting additives. The influence of mechanoactivation of ash of CHPP and joint grinding of Piy-Chem loam on physical and mechanical properties of ceramic material was studied. The criterion for estimating sintering was the standard method for determining water absorption and the developed method for determining the average viscosity of ceramic bricks during firing.
Keywords: ash of thermal power station, loam, mechanoactivation, water absorption, average viscosity.
Основные свойства керамических материалов, такие как прочность, плотность, морозостойкость, а также долговечность, формируются в процессе обжига. Поэтому знание процессов, протекающих при обжиге керамического материала и, главное, умение направлять в нужную сторону эти процессы, является актуальной задачей керамического производства.
Керамический кирпич приобретает необходимые строительные свойства при обжиге в температурной границе, называемой интервалом обжига. Минимальная температура обжига для керамического кирпича будет ограничена достижением прочности, соответствующей марке 100 (минимальная марка кирпича, допускаемая стандартом), а максимальная температура обжига - достижением водопоглощения, равным 7 %. Поэтому интервал обжига по своей величине значительно превосходит интервал спекания, что и определяет возможность получения из легкоплавких глин с
малым и даже практически отсутствующим интервалом спекания кирпича стандартного качества.
Однако изделия грубой стеновой керамики обжигают штабелями, следовательно, нижние ряды садки испытывают существенную нагрузку. По данным Лундиной М.Г. [1], на кривой деформации под нагрузкой при нагреве глиняных образцов имеется точка резкого перегиба, означающей потерю прочности нагретого образца в связи с интенсивным развитием процессов плавления. В работе [2], нами также доказано, что керамический кирпич из легкоплавкого сырья склонен к пиропластическим деформациям более 3мм, до достижения температуры, которая обеспечивает высокую степень спекания (водопоглощение 7%) (рис.1 и 2). Очевидно, что температура, соответствующая этой точке, будет являться верхним пределом интервала обжига, так как за пределами этой температуры обжигаемые изделия будут деформироваться.
Анализ литературы по данному вопросу показал, что деформационные свойства керамического кирпича в процессе обжига до настоящего времени практически не изучались. Однако в других отраслях керамической промышленности, таких как огнеупорная, электрофарфоровая и строительная керамика плотной структуры, деформационные свойства в процессе обжига изучены достаточно обширно.
Рис.1. Общий вид садки.
Рис.2. Фрагмент деформированных кирпичей в нижней части садки.
Для исследования керамических образцов из различного сырья на температуру деформации были проведены эксперименты по методике, предложенной Н.В. Соломиным [3], основанной на деформациях изгиба призматической балочки. Согласно формуле Н.В. Соломина, деформация изделия происходит под воздействием нагрузки при достижении определенной кажущейся вязкости керамического тела:
л/ ¥1пт
АН =-
где: Аh - деформация изделия, см; F - нагрузка на изделие, кг; h - высота изделия, см;
х - время выдержки при максимальной температуре, сек; q - площадь изделия, принимающей нагрузку, см2; Г10 - кажущаяся вязкость изделия, Пахсек.
Так как действующая нагрузка F на изделие постоянная, и допустимая деформация по стандарту равна 0,3 см (по высоте кирпича), можно найти по этой формуле требуемую кажущуюся вязкость керамического тела, при которой кирпич в процессе обжига начнет деформироваться. Следовательно, максимально допустимая температура определяется при достижении требуемой кажущейся вязкости.
На рисунке 3 показана экспериментально полученная зависимость кажущейся вязкости от температуры обжига (разработанная методика) керамических образцов из различного сырья. Для сравнения экспериментов показана зависимость и водопоглощение тех же керамических масс от температуры (стандартная методика рис.4) [4]. Как видно из рисунков, по изменению кривых кажущейся вязкости и водопоглощения образцов от температуры максимально допустимая температура
обжига керамических образцов по указанным методикам не соответствуют между собой.
Для изделия из механоактивированной глины месторождения Красный Яр температура деформации по разработанной методике составляет 1000 °С, т.е. кирпич не деформируясь приобретает высокую степень спекания (7 %-ое водопоглощение достигается уже при температуре 990 °С). Максимально допустимая температура обжига для изделия необработанного сырья из красноярской глины по стандартной методике составляет 1080 °С, а по разработанной методике изделие из этого сырья уже при 1035 °С начинает деформироваться при таких же нагрузках. Температура обжига по разработанной методике для изделия из Пий-Хемского суглинка составляет 1070 °С, а по ГОСТ 21216.9-93 он является сырьем не спекающимся.
Следует отметить, что водопоглощение образцов при максимально допустимой температуре деформации сильно отличаются. Казалось бы, в максимально допустимом режиме температур (температура деформации), когда изделия приобретают пиропластическое состояние, водопоглощение керамических изделий должно соответственно быть минимальным.
1 ^--- кр -■- кр ■А" пи I—^ асноярская глин асноярская акти й-хемский сугли а вированная нок
сг:-- -------
0
101
10'
01
*
о С
о о
о; со
850
900
1050
950 1000
Температура °С
Рис. 3. Допустимая температура обжига по разработанной методике.
1100
Температура 0С
Рис. 4. Зависимость вязкости керамических масс от температуры.
Однако в процессе эксперимента выяснилось, что даже при 1070 °С водопоглощение образца из пий-хемского суглинка уменьшилось только до 20 %.
Водопоглощение образцов из красноярской глины при температуре деформации 1035 °С составляет 16,5 %. Следовательно, при одинаковой нагрузке садки изделия из красноярской глины и пий-хемского суглинка деформируются, прежде чем они приобретают высокую степень спекания.
Необходимо отметить, что наличие экспериментальных данных по изменению кажущейся вязкости и водопоглощения керамических образцов от температуры дает возможность достаточно точно оценить термические свойства сырья.
Определение максимально допустимой температуры обжига керамических изделий по внешнему виду, по допустимой величине водопоглощения и плотности изделия, отмеченных в действующем стандарте [5], является недостаточным, и не отражают истинную модель обжига. В практических условиях керамический кирпич подвергается большими нагрузками садки, что не учитывается в лабораторных условиях для определения термических свойств. Деформация нижних рядов приводит к завалам садки, что может нарушить аэродинамику газовых потоков и даже остановить на время всю технологическую линию. Последнее является наиболее важным обстоятельством, которое определяет качество выпускаемых изделий и непрерывность работы целой технологической линии.
Применяемые методики для определения термических свойств сырья характеризуют, прежде всего, пригодность и качество сырья для производства керамических изделий. Поэтому представляется необходимым рассмотреть деформацию изделий под нагрузкой при высоких температурах, как термическое свойство изделия, определяющее максимально допустимую температуру обжига.
Библиографический список
1. Лундина М.Г. Добавки в шихту при производстве керамических материалов: Обзор. информ. / Всесоюз. науч.-исслед. ин-т экономики строит. материалов. М.,1974. 96 с.
2. Зверев В.Б., Биче-оол Н.М. Реология стеновой керамики при высоких температурах // Достижения строительного материаловедения: Сб. науч. ст., посвящ. 100-летию со дня рождения П.И. Боженова. СПб., 2004.С.48 - 53.
3. Соломин Н.В. О вязкости керамических материалов при высоких температурах // Журн. техн. физики. 1945. Т. 15, вып.11. С.862 - 872.
4. ГОСТ 530-95. Кирпич и камни керамические. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1995. 13 с.
5. ГОСТ 21216.9-93. Сырье глинистое. Метод определения спекаемости глин. Минск, Изд-во стандартов, 1995. 3с.
Bibliograficheskiy spisok
1. Lundina M.G. Dobavki v shikhtu pri proizvodstve keramicheskikh materialov: Obzor, inform. / Vsesoyuz. nauch.-issled. in-t ekonomiki stroit. materialov. M., 1974. 96 s.
2. Zverev V.B., Biche-ool N.M. Reologiya stenovoy keramiki pri vysokikh temperaturah // Dostizheniya stroitel'nogo materialovedeniya: Sb. nauch. st., posvyashch. 100-letiyu so dnya rozhdeniya P.I. Bozhenova. SPb., 2004.S.48 - 53.
3. Solomin N.B. O vyazkosti keramicheskikh materialov pri vysokikh temperaturah // Zhurn. tekhn. fiziki. 1945. T. 15, vyp.11. S.862 - 872.
4. GOST 530-95. Kirpich i kamni keramicheskiye. Tekhnicheskiye usloviya. M .: Izd-vo standartov, 1995. 13 s.
5. GOST 21216.9-93. Syr'ye glinistoye. Metod opredeleniya spekayemosti glin. Minsk, Izd-vo standartov, 1995. 3s.
Биче-оол Начын-оол Михайлович - кандидат технических наук, старший преподаватель Тувинского государственного университета, г. Кызыл, e-mail:
Сарыглар Айлан Шолбановна - магистр по направлению «Строительство», Тувинского государственного университета, г. Кызыл, e-mail: aylan_saryglar@mail.ru
Biche-ool Nachyn-ool Mikhajlovich - candidate of technical sciences, senior lecturer of the Tuvan State University, Kyzyl.
Saryglar Ailan Sholbanovna - master in the direction of training"Construction", Tuvan State University, Kyzyl, e-mail:aylan_saryglar@mail.ru
