« Құрылыс керамикасы технологиясы» пәні бойынша курстық жобаның

Механикалық өңдеу үшін жабдықтарды бастапқы шикізаттың қасиеттеріне (оның тығыздығы, қаттылығы, тұтқырлығы, ылғалдылық) және өндірілетін бұйымның түріне байланысты таңдалады.

Неғұрлым саздың структурасы бұзылып және қалыпталатын масса біртекті болған сайын, бұйымның сапасы жоғары болады.

Жартылай құрғақ әдісте массаны дайындау алғашқы шикізатты бөлшектеп, оны кептіріп, майда ұнтақтап, ірі араластарды елеп, қоспамен араластырып және ылғалдаудан тұрады.

Мұны сазды шикізаттың тас түріндегі қоспалармен  ластанған кезде структурасы тығыз және каръерлік ылғалдылығы төмен болғанда қолданады.

Бұл әдіс тас түріндегі қоспаларды мұқият майдалап немесе толығымен ажыратып алады, соның ішінде әкті, қоспаларды біркелкі таратып және бұйымды кептірудің технологиялық циклын қысқартып, тіпті алып тастауға мүмкіндік береді.

Массаны дайындаудағы иілгішті әдісті бос не борпылдақ саз болғанда, сулағанда жақсы ылғалданатын, тасты араластар құрамы шектеулі болғанда қолданады.

Массаны дайындаудағы шикерлі әдісті саздың каръерлік ылғалдылығы жоғары болғанда, көпкомпонентті біртекті емес шикізаттан дайындағанда, гидромонитор көмегімен гидроэкскавация әдісімен қазылған не өндірілген кезде пайдаланады.

Шикізатты өңдеу және массаны дайындаудың негізгі 3 тәсілі бар:

1. Жартылай құрғақ әдіс. Жартылай құрғақ әдіспен дайындалатын материалдар алдын-ала жанышқаларда майдаланған соң, кептіргіш барабанда ылғалдылығын 6-8%-ға жеткізе кептіріледі, одан кейін ұнтақтағышта тағы да майдаланады, еленеді, 8-12%-ға дейін суланады және жақсылап араласттырылады. Майда саз ұлпасын сумен немесе бумен суландыруды екібілікті саз араластырғышта немесе шахталық бумен суландырғышта үдемелі араластыра отырып, жүргізіледі. Нәтижеде сумен біркелкі араласқан саз массасы алынады. Алынған массаны гидравликалық немесе механикалық пресстерде қалыптайды.

2.  Пластикалық әдіс. Пластикалық әдіспен дайындағанда саз біркелкі масса алынғанша өңделеді. Ол үшін шикізат алдымен жанышқыларда, одан кейін айнала жүгіртпелерде майдаланудан өтеді. Одан әрі пшкізат сазараластырғышка түсіп 18-25%-ға дейін суланып созымталды біркелкі масса алынғанша иленеді. Содан кейін таспалы (ленталы) пресске түсіріледі. Пресстен үзіліссіз шығатын кескін (брус) автомат арқылы қірпіш қышқа кесілініп, камералық немесе туннельдік кептіргіш пеш вагонеткаларына тиеледі. Алдын-ала кептірілген қыштар үздіксіз істейтін сақиналық    немесе туннельдік пештерінде күйдіріледі.

3.  Шликерлік әдіс. Шликерлік әдіспен дайындау ылғалдылығы тым жоғары, суда оңай-ақ езіліп кететін, тас түйірлері араласқан шикізат қорын немесе көп құрамалы массаны пайданаларда қолданған тиімді. Бұл технологиялық схема мынандай операцияларды қамтиды: сазды шығару, ірілеу, майдалау, сазды суда ыдырату, кесек тастарды ажырату мақсатымен саздық сүйық ерітіндіні елек торы арқылы өткізу және сүйық ерітінді сусыздандыру (масса ылғалдылығы 45-60%). Алынған шликерден тікелей кұю тәсілімен бұйымдар қалыптауға болады. Бірақ көпшілігінде шликерді шашыратқыш мұнара кептіргішінде қүрғатып барып пайдаланады. Майда тамшыларға мембрандық сораппен 1,2-2,5 МПа қысымда шашыратылған шликер ыстық газдар ағымында өте тез, небәрі 3 с ішінде, берілген ылғалдық дәрежеде кеуіп бітеді. Бұйымдардың үсті тегіс, түзік қырлы және механикалық төзімді болып қалыптан шығады.

Әдістер шикізат материалдырың қасиеттері мен алынатын бұйым сапасына байланысты тағайындалады.

Тиімді керамикалық кірпіштер кеуекті болып келген соң, пластикалық тәсіл таңдалды. Себебі, кірпіш массасына қалыптау кезінде күрделі қуыстар жасау үшін масса жеткілікті иілгішті болуы керек. Саз массасын пластикалық әдіспен дайындау жұмысы мынандай процестерді қамтиды: сазды карьерден шығару, оны және құнарсыздандырғыш қоспаларды майдалау, оларды алдын-ала араластырып ылғалдау, шихтаны ұлпа етіп майдалауды және саз массасын дайындау. Осы аталған процестерді тек мұқият орындағанда ғана, жақсы сапалы керамикалық бұйымдар алуға мүмкіндік туады. Араластырғышқа ұсақталған сазды және құнарсыздандырғыштарды өлшеп салады. Керек болған жағдайда ғана суды немесе буды береді. Пластикалық массасын толық ұнтақтауды тегіс немесе тісті бетті жанышқыларда (вальцаларда), жүгіртпелерде және басқа жабдықтарда орындайды. Уқалай араластыру және майдалау нәтижесінде саздық массасының қалыптану және кептіру қасиеттері жақсара түседі. Ең жақсы нәтиже, әсіресе, ылғалдылығы қалыптау үшін қажет шамадағы саз массасын илегенде алынады. Егер де саздық массада суды біртіндеп өзіне тартып алатын созымталды қою саз араласқан болса, онда оларды, келтірілген саз араластырғышта, сумен немесе бумен ылғалдандыра қосымша өңдейді. Әсіресе, бумен қыздырылған масса аздаған ылғалдылык шамада өте ыңғайлы калыпталынып, пресстің өнімділігін 8-10%-ға көбейтеді және шала фабрикаттың құрғату ұзақтығы 40-50%-ға қысқарылады.

 

Шикізатты қалыптау

 

Шикізатты өңдеу және массаны дайындаудағы технологияға сәйкес керамикалық бұйымдарды қалыптау  үш әдіс бойынша жүргізіледі: иілгішті, жартылай құрғақ, құю не шликерлі.

Бірінші әдіс кеңінен тараған. Бұл әдіс қабырғалық керамикалық  бұйымдарды черепица, канализациялық  және дренажды құбыр, сондай-ақ сәулеттік көркемдік керамикаларды қалыптауға арналған.

Екінші әдіс керамикалық  плиткаларды қалыптау үшін қолданады. Күрделі конфигурациядағы бұйымдарды қалыптайды. (сантех бұйымдар және әсемдік керамика), сонымен қатар плиткалардың кейбір түрлері үшінші әдіс бойынша  жүргізеді.

Қалыптаудың  иілгішті әдісі. Ылғалдылығы (18-26%) иілгішті қамырдан керамикалық бұйымдарды дайындауды әдетте таспалы шнекті престе (вакууммен немесе вакуумсыз) жүргізеді, ал  пішіндері күрделі бұйымдарды, мысалы, пазалы (ойықты) черепицаны- револьверлі немесе басқа престе жаншу (штамповка) арқылы, сәулеттік- көркемдік бөлшектерді гипсті формада қолмен қалыптау арқылы жүргізеді.

Таспалы шнекті прессте бұйымды қалыптау сыртқы күш әсерінен бүтіндей жарылмай деформацияланатын және сол күш тоқтағаннан кейін берілген пішінді сақтайтын сазды массаның қасиетімен негізделген.

Иілгішті массадан күрделі конфигурациядағы бұйымды (черепица және т.б) ленталы престе алдын ала қалыпталған дайын массаны револьверлі, рычагты және басқа престерде штамптау әдісімен дайындайды.

Қалыптаудың жартылай құрғақ әдісі (керамикалық ұнтақтан престеу) ылғалдылығы 8-10% болатын, жоғары қысыммен (15-40МПа) сусымалы ұнтақ тәрізді массадан бұйымды компрессорлық престеуден тұрады. Мұның бір түріне ылғалдылығы 2-8% болатын керамикалық ұнтақтан престейтін құрғақ әдісі жатады.

Жалпақ жұқа қабатты бұйым дайындау үшін керамикалық ұнтақтан бұйымды престеу кеңінен тараған (мысалы, керамикалық плита). Кейінгі жылдары қабырғалық керамика бұйымдар өндірісінде пресстеу  кеңінен дамуда (кірпіш және керамикалық тас).

Бұл әдіс кешенді механизация тұрғысынан келешегі бар. Пластикалық әдістен артықшылығы: азиілгішті сазды пайдалану мүмкіндігі, бұйымды кептіру ұзақтығы мен  барлық технологиялық циклды қысқартуды,  қалыпталған бұйымның беріктігінің жоғары болуы.

Құю әдісін санитарлы- техникалық бұйымдар, сәндік керамика, сонымен қатар жұқа қабырғалық шағын габаритті керамикалық плиталар өндірісі үшін  қолданады. Бұл әдіс саздың сулы ортада тұрақты суспензиясын түзу қабілеті мен сонымен қатар қолданылатын форманың үлкен суаккуляторлайтын қабілетімен негізделген (гипсті- санитарлы-техникалық бұйымдар өндірісінде және кеуекті керамикалық –плиталар өндірісінде).

Форманың жақтарында қалыптанатын  бұйымның қабырғасы болып табылатын біршама тығыз, жарым-жартылай сорғыған қабаттың түзілу процессін «бұйымның жинақталуы» деп аталады. Бұйымның жинақталуындағы құйманың қаттылығы капиллярлық күштің әсерінен ылғалды сорумен негізделеді. Форманың жақтарында құйманы алу процесінде ылғал өткізгіштігі төмен тығыздалған қабат түзіліп, соның арқасында шликердегі ылғалдың орын ауыстыру қарқыны,  қабат тығыз болған сайын айтарлықтай төмендейді. Осылайша бұйым жинақталғанда жүйеде ылғал алмасатын процесс жүреді: шликер-отливка(черепок)- форма.

Пластикалық әдіспен қалыптау тәсілі кеуек кірпіштерді шығаруда қолданады. Сондықтан да осы курстық жұмыста пластикалық әдіспен қалыптау тәсілі таңдалынып алынды. Қалыптау (пресстеу) процесі онда жүруі үшін массаның ылғалдылығы оның катты түйіршіктерінің беті қалыңдығы екі су молекуласындай шамада болатындай гидраттар қабығымен қапталуына жететіндей болуы керек. Саздық массаның Мұндай ылғалдылығы 18-24 %-ға сәйкес болады. Бұйымдарды қалыптау арнаулы пішіндегі пресс ойығы арқылы массаны брус тәрізді етіп сығып шығаруға, таптап қысуға немесе күрделі бұйымдарды жапсыруға негізделген. Ең көп қолданылатыны горизонтальді шнектік прессте таспалық (ленталық) қалыптау әдісі. Бұл прессте жасалынатын шала фабрикаттың тығыздалынуымен және белгілі орынға жылжытылуымен қатар, масса қосымша үдемелі иленіп және біртектіленіп (гомогенизданып) үлгереді.

 

Шикізат мінездемесі

 

 

Керамикалық кірпіштерді жасарда саздық массаны, әдетте илеуі, жұмсақ саздан, каолиннен және жұмсақтылығы жоқ қоспалардан (ширақтандырушы және жанып кетуші қоспалардан, оңай балқитын) тұратын құрамалардан дайындайды. Саздар мен каолиндерді керамикалық кірпіш өндірісінде саздық материалдар деп біріктіре атайды. Кейбір керамикалық  бұйымдарды өндірерде диатомиттерді,   трепельдерді   және  таза  немесе саз  қосылған сланцыларды, кеуектендірушілерді және тағы басқа қоспаларды пайдаланады.

Саздар деп құрамы өте майда түйіршікті шөгінді тау жыныстарын айтады. Оны сумен араластырып илегенде созылмалы жұмсақ балшық береді. Балшықтан қалыптанған бұйымдар жоғарғы температурада күдірілуі нәтижесінде мықты және суға төзімді жасанды тасқа айналады.

Кварц – көбіне құм мен балшықтан құралған кристалл күйінде кездесетін ашық немесе жасырын тығыз, берік және қатты минерал. Кварцтың тығыздығы 2,5-2,8 г/см3, қысқандағы беріктігі 200 МПа, ал созғандағысы - 10 МПа көп. Моостың қаттылық шкаласында жетінші орында тұр. Кәдімгі температурада кварц барлық қышқылдар мен олардың ерітінділерінің әсеріне шыдамды. Жоғарғы температурада кварц фторлы сутегімен және фосфор қышқылымен реакцияға түсіп, силикаттарды түзейді. Ылғалды ортада реакцияның жүруі жалғаса берсе, силикаттардың пайда болуына ұласады.

Кварцты 575-тен 870°С-ға дейін қыздырғанға, ол тридимитке айналады, яғни көлемі ұлғаяды. Кварцтан бұйымдар дайындау кезінде осы қасиетін ескерген жөн. 1710°С-ға дейін қыздырғанда кварц сұйық фазаға айналады, ал тездетіп салқындатсақ, шыныға айналады.

Өндірісте кварцты өте ұзақ шыдайтын материалдарды дайындауда, керамика өндіруде, шыны өнеркәсібінде, силикатты кірпіш өндіруде қышқылға төзімді тұтқырларды алуда, сондай-ақ бетондар мен ерітінділерде майда толтырғыштар ретінде қолданылады.

Дала шпаты – ақ және қызғылт түсті силикаттар тобының, кең тараған минералы. Дала шпаты силикатты топтас жыныстарда – ортоклазда, плагиоклазда, альбитте, анортитте кездеседі. Химиялық құрылымы жағынан ортоклаз калийдің алюминатты силикатынан ерекшеленбейді. Ортоклаз тік бұрышты пішінді бөлшектерге жарылып ыдырайды.Құрылыста қолданылатын табиғи тастарға жарылып ыдырайтын қырлы немесе аз бұрышты, плагиоклаз, альбит (натрийдің алюмосиликаты – және анортит (кальцийдің алюмо-силикаты – жатады.

Дала шпатының қысқандағы беріктігі кварцқа қарағанда аз және 120-170 МПа құрайды, ал балқу температурасы 1170-1550°С. Дала шпаты атмосфералық әсерлерден бұзылып, каолин (фарфор өндірісінде қолданылатын материалдардың бір түрі), балшықты құм және басқа тау жыныстарына айналады. Таза дала шпатынан құймалы керамикалық материалдар өндіреді.

Магмалы тау жыныстарының 75%-ын дала шпаттары құрайды. Дала шпатының беріктігі кварцқа қарағанда аздау, табиғатта көбіне құм күйінде кездеседі. Дала шпатының қараюы көмір қышқылды орта мен желденудің әсері ретінде жиі кездеседі.

Жүдеудеткіш қоспалар: құм, шамот, дегидратталған саз. Күйдіретін қоспалар ретінде ағаш кесінділері, көмір, қазанды силикаттарды және т.б. қолданылады. Дегидратталған сазды 600°С температурада қыздыру нәтижесінде алады. Дегидратталған саз материалды жүдеудетуге тиімді болып саналады. 50% дегилратталған сазды пластикалыға қосу, кірпішті күйдіру және кептіру ұзақтығын қысқартуды қамтамассыз етеді   

Шамот – жүдеудеткіш материал ретінде майдаланған күйінде сазды массаға қосылады. Ол массаның ауалық және оттық шөгуін төмендетіп оған белгілі қасиеттер (температураға тұрақтылық, механикалық беріктік, үлкен температуралық өндеуде деформацияланбау т.б.) береді.

Ағаш жаңқалары – аралау нәтижесінде алынатын үгінділер, майдаланған ағаштың бір түрі. Жаңқалардың ұзындығы кесуші құралдың түрі мен технологиялық көрсеткіштеріне байланысты. Келісілген классификация бойынша олардың ұзындығы 50мм-ден артық болмауы тиіс.

Ағаш жаңқалары ағаш өңдеу өндірісінің қалдық өнімі болып саналады. Алайда, бұл өнім пресстелген өндірістік бұйымдарға қоспа ретінде, жануарларға төсеніш ретінде, мицелдерге субстрат ретінде, өндірісте отын ретінде қолдануда кеңорын тапқан.

Ағаш жаңқаларында 70 %-ға дейін көмірсутектер  (целлюлоза мен гемицеллюлоза) және 27 % лигнин болады. Химиялық заттардың балансы: 50 % көмірсутек, 6 % сутек, 44 % оттек, 0,1 % азот.

 

Масса құрамы	Мөлшері, %
Саз	70
Шамот	15
Ағаш жаңқалары	15

 

 

Шикізат өндірісінің материалдық балансы

 

 

Шикізат өндірісінің материалдық балансы жобалық өндіріске қажетті шикізаттық материалдар көлемін анықтау үшін қажет. Жобаланып отырған өндіріс орнының жылдық өнімділігі 1 750 000 шартты дана тиімді қабырғалық қуысты керамикалық кірпіш. Өндірілетін бұйымның  номенклатуралық параметрлері: ұзындығы - 250 мм, ені – 120 мм, биіктігі - 88 мм; тығыздығы – 1280 кг/м3; су сіңіргіштігі - 9 %; КСЖ (күйдірілгендегі салмақ жоғалтуы) - 15%, ақау коэффициенті – 1,5%.

Қалыптанатын шихтаның құрамы: саз - 70%; шамот - 15%, ағаш жаңқалары - 15%.

Саздың орташа тығыздығы - 1700 кг/м3;  шамоттың орташа тығыздығы - 2300 кг/м3, ағаш жаңқаларының орташа тығыздығы - 500 кг/м3.