Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Способы получения керамического кирпича декоративного вида 8
1.1 Поверхностные способы производства декоративного кирпича 8
1.2 Объемные способы производства декоративного кирпича 32
1.3 Пирода и причины образования высолов 46
1.4 Выводы, цели и задачи исследования 48
ГЛАВА 2 Теоретические предпосылки возможности получения декоративного керамического кирпича с применением окрашивающих добавок 55
2.1 Теоретические представления взаимодействия окрашивающих добавок с минералами глин при обжиге 55
2.2 Влияние газовой среды обжига на процессы образования минеральных фаз в глиняном черепке 63
2.3 Влияние технологических факторов на процессы окрашивания керамических изделий 71
2.4 Прогнозирование образования и способы удаления высолов на керамических изделиях 78
2.5 Выводы 89
ГЛАВА 3 Эксперементальные исследования влияния окрашивающих добавок на получение керамического кирпича различных цветов 91
3.1 Выбор и характеристика материалов для проведения исследований 91
3.2 Методы испытаний исследуемых материалов 98
3.3 Исследование влияния вида и концентрации окрашивающих добавок на изменение цвета керамических изделий 100
3.4 Экспериментальное обоснование предупреждения высолов на поверхности объемноокрашенного кирпича 105
3.5 Разработка составов и определение оптимальных концентраций добавок для объемного окрашивания кирпича 107
ГЛАВА 4 Производство объемноокрашенного кера мического кирпича на предприятиях краснодарского крал 121
4.1 Разработка оптимального технологического режима производства объемноокрашенных изделий 121
4.2 Выпуск объемноокрашенных керамических изделий 122
Общие выводы 131
Список итературы 132
- Объемные способы производства декоративного кирпича
- Влияние газовой среды обжига на процессы образования минеральных фаз в глиняном черепке
- Исследование влияния вида и концентрации окрашивающих добавок на изменение цвета керамических изделий
- Выпуск объемноокрашенных керамических изделий
Введение к работе
Актуальность работы. В связи с возросшими требованиями, предъявляемыми к современному строительству, как в плане надежности, так и дизайнерской индивидуальности, в центре внимания оказались вопросы архитектурно-художественного эстетического осмысления жилых районов, создание уюта в застройке кварталов, улиц, общественных комплексов. Безликость массовой типовой застройки должна уступить место градостроительным и индивидуальным решениям, сочетающим исторические традиции российского зодчества и выдающиеся достижения строительных технологий, учитывая особенности городского и природного ландшафта. Для осуществления поставленных задач применяется широкий спектр декоративных стеновых материалов, в развитие которых большой вклад внесли Зубехин А.П., Масленникова Л.Л., Альперович И.А., Горлов Ю.П., Болдырев А.С, Невский В.А., Айрапетов Г.А. и др. Дополнительные возможности в этом направлении появляются при использовании лицевого керамического кирпича разнообразной цветовой палитры.
Известные способы получения декоративного кирпича обладают рядом недостатков. Так, поверхностные способы получения декоративного кирпича характеризуются сложностью технологии, наличием большого количества вспомогательного оборудования и относительно невысокой долговечностью изделий. Материалы для покрытия в основном дорогие и дефицитные. Лицевой кирпич с поверхностным покрытием нецелесообразно изготавливать для массового производства.
Объемные способы, по сравнению с поверхностными, более экономичны, так как могут быть применены к технологии действующих предприятий. Они не требуют применения дефицитных и дорогих сырьевых материалов для производства кирпича - в качестве добавок широко могут использоваться отходы различных отраслей промышленности. Отличительное преимущество лицевого кирпича объемного окрашивания - в его долговечности по сравнению с двухслойным, ангобированным или глазурованным кирпичем.
Из опубликованных в настоящее время работ следует, что существующие окрашивающие добавки позволяют получать некоторые цвета керамических изделий при определенных технологических параметрах, однако, данные по влиянию этих параметров недостаточны и противоречивы.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является изучение влияния технологических режимов производства и окрашивающих добавок на качество объемноокрашенного керамического кирпича; разработка комплексных окрашивающих добавок и оптимальной технологии производства окрашенного кирпича с их применением. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
- установление основных закономерностей объемного окрашивания керамических изделий;
- исследование влияния состава, свойств и количества добавок на изменение цвета керамического кирпича применительно к сырью и технологическим условиям различных керамических заводов;
- прогнозирование появления высолов на поверхности кирпича и разработка способов их устранения;
- исследование физико-химических свойств объемноокрашенных керамических изделий;
- создание комплексных составов, позволяющих уменьшить количество вводимых окрашивающих добавок, улучшить и стабилизировать качество окрашивания, устранить появление высолов, а также повысить прочность керамических изделий.
Научная новизна. Установлена взаимосвязь между различными технологическими параметрами: температурой обжига, составом обжиговой среды, тонкостью помола, составом и количеством добавки на изменение интенсивности окрашивания керамических изделий, на основе чего произведен выбор их рациональных показателей.
Предложено использовать комплексные универсальные добавки, содержащие наряду с хромофорными соединениями, добавки для предупреждения высолов, стабилизации процессов окрашивания и улучшения физико-механических свойств кирпича.
Установлены оптимальные концентрации комплексных окрашивающих добавок в глиняном сырье для достижения заданных результатов.
Предложен расчетный метод определения соотношения компонентов в комплексных добавках, применяемых с глинами различного химического и минерального состава.
Практическая значимость. Установлены закономерности объемного окрашивания керамических изделий, сформулированы требования к окрашивающим добавкам, разработаны оптимальные технологические параметры производства обьемноокрашенного кирпича.
Разработаны комплексные многокомпонентные составы окрашивающих добавок (ОД), позволяющие регулировать процессы окрашивания, исключать появление высолов, улучшить физико-механические свойства керамических изделий.
Разработана техническая документация на технологию изготовления комплексных многокомпонентных окрашивающих добавок, организовано их массовое производство. Создана программа для моделирования технологического процесса получения различных цветов и оттенков керамического кирпича, позволяющая унифицировать выбор оптимальных составов ОД.
Изготовлены опытно-промышленные партии объемноокрашенных изделий в условиях заводов: ЗАО «Славянский кирпич», ОАО «НЗКСМ», ЗАО «Губский кирпичный завод». Налажено промышленное производство окрашенного кирпича в условиях ЗАО «Губский кирпичный завод»
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на: научно-технических советах ОАО "НИИМОНТАЖ" (г. Краснодар, 2002г., 2003г.); третьей Международной выставке «Мир изобретений и оригинальных идей» (Сочи, 2003г.); Международной научно-практич. конф. «Современные проблемы строительства и реконструкции зданий и сооружений». (Вологда 2003г.)
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 1 1 опубликованных работах, в том числе имеется один патент на изобретение и два положительных решения по заявкам на выдачу патента РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит извведения, четырех глав, основных выводов, списка литературы, содержащего 136 источников, и 6 приложений. Работа изложена на 144 стр. машинописного текста, содержит 16 таблиц, 34 рисунка.
Объемные способы производства декоративного кирпича
К объемным способам производства декоративного кирпича относятся: Производство кирпича из смеси глин естественных цветов. Кирпичный завод может производить лицевой кирпич из тех же естественного цвета глин только при условии выполнения определенного комплекса организационно -технических мероприятий.
Лицевой кирпич из смеси светложгущихся тугоплавких и огнеупорных глин изготавливался в СССР на Кудиновском, Кучинском, Павлово-Посадском и других заводах. Предварительную подготовку сырья осуществляют сухим способом с последующим пластическим формованием изделий. Кудиновский завод керамбло-ков [2,13] производит лицевые семи- и восьми щелевые кирпичи и керамические камни светло-кремового цвета. Состав шихты: глина артемовская 15 - 25%, глина кудиновская 35 - 45%, шамот - 40%. Поступающую на завод глину складируют в открытые конусы. Экскаватором или автопогрузчиком ее подают в ящичный питатель, дробят в валковой дробилке и высушивают в сушильном барабане до остаточной влажности 9 - 11%. Сухая глина загружается в бункера запаса. Из каждого бункера глину подают на отдельные линии подготовки порошка, включающие корзинчатый дезинтегратор и сито-бурат. Просеивают глину через сито с отверстиями 3 мм, остаток на котором не должен превышать 1%; при этом через сито с отверстиями 0,5 мм должно пройти не менее 65%) материала. Просеянная глина поступает в расходные бункера.
Шамот изготовляют из кудиновской глины, которую со склада подают в кам-невыделительные вальцы и затем в двухвальную глиномешалку, где она увлажняется. Подготовленную глиномассу брикетируют в пресс-вальцах. Брикеты обжигают в шахтной печи, после чего их дробят в щековой дробилке, подвергают помолу в шаровой мельнице и просеивают через сито с отверстиями 3 мм. Подготовленные порошки глин двух месторождений и шамот тарельчатыми или ленточными питателями дозируют в требуемом соотношении и пропускают через двухвальный смеситель сухого и затем мокрого смешения, где смесь равномерно увлажняют. Полученную массу обрабатывают на ленточном безвакуумном прессе, разрезают на валюшки и направляют в вакуум-пресс СМ-443. Автомат-укладчик ГКЗ-3 укладывает сформованный сырец на сушильные вагонетки. Сушка сырца производится в туннельных сушилках с рециркуляцией теплоносителя в течение 17 - 20 ч до остаточной влажности 2 - 4%. Изделия обжигают в туннельных печах длиной 105 м в течение 20 - 25 ч при температуре 980 - 1000С. Выпускаемые Кудиновским заводом лицевые кирпич и керамические камни с пустотностью 27 - 30% имеют марку 100 - 125, морозостойкость 35 циклов; им присвоен Знак качества. Кучинский комбинат керамических облицовочных материалов [2,13] изготовляет лицевой кирпич светло-кремового цвета из шихты, содержащей 55% глины Кудиновского, 10% глины Положского месторождений и 35% шамота. Технология изготовления изделий с сухой подготовкой массы в целом аналогична технологии, применяемой на Кудиновском заводе керамблоков. Для приготовления шамота измельчают бывший в употреблении огнеупорный кирпич и отходы собственного производства. В измельченном шамотном порошке содержание фракции более 3 мм не превышает 3%, фракций, проходящих через сито 0,5 мм, - 50%, а мелких фракций менее 0,06 мм - не более 12-15%. Формование восьмищелевого кирпича осуществляется на вакуум-прессе «Кема» при влажности бруса 16,5 - 17,5% и глубине вакуума 0,96 - 0,97. Сырец высушивают в туннельных сушилках до остаточной влажности не более 5 - 6% и обжигают в туннельной печи при температуре 980С. Выпускаемый Кучинским комбинатом лицевой кирпич имел марку 100-150, объемной массой 1250 - 1310 кг/м3, водопоглощением 7,5 - 11%, морозостойкостью 35 циклов. Специализированным конструкторско-технологическим бюро «Оргтехст-ройматериалы» Узбекской ССР была разработана технология производства лицевых керамических изделий на основе ангренского вторичного каолина и лессового суглинка, термообработанного методом агломерации [2]. Шихта содержит 75% ангренского вторичного каолина и 25% лессового аг-лопорита. Ангренский каолин подвергается дроблению на щековой и молотковой дробилках и измельчению в дезинтеграторе, лессовый аглопорит измельчается до фракции 0 - 2,5 мм. Компоненты шихты перемешиваются и увлажняются в двух-вальном смесителе. Формование сырца осуществляется на вакуум-прессе СМ-443, сушка - в туннельной сушилке, обжиг - в туннельной печи при температуре 1050- 1060С. Лицевой кирпич светло-розового цвета имеет марку 125, водопоглощение 14%, морозостойкость 25 циклов. Кирпичный завод фирмы «Northern Brick» (Англия) производит лицевой кирпич из смеси сланцевых глин трех разновидностей: пластичной, песчанистой и средней пластичности с высоким содержанием окислов железа [18]. Глины с низкой карьерной влажностью измельчаются в бегунах сухого помола, просеиваются на виброгрохоте и загружаются в силос для вылеживания. После дозировки в требуемом соотношении они подаются в сухой двухвальный смеситель, затем в двухвальную глиномешалку, где смесь увлажняется до формовочной влажности. Формование лицевого кирпича производится на ленточном вакуум-прессе, сушка и обжиг - в туннельных сушилках и печах. Завод выпускает широкий ассортимент лицевого кирпича по цвету, типоразмерам и фактуре поверхности. На заводе лицевого кирпича фирмы «Maltby» (Англия) в качестве сырья используются сланцевые глины, залегающие в карьере пластами. Глина каждого пла 35 ста после обжига дает свою окраску, что позволяет заводу путем изменения дозировки глин разных пластов изготовлять лицевой кирпич различных цветов и оттенков. Изделия обжигают в туннельной печи системы «Keller», обеспечивающей равномерное температурное поле по сечению печного канала [19]. Кирпичный завод «Grown Alines» (Англия) [20] выпускает лицевой кирпич из смеси, содержащей 40 % красной и 60 % желтой глины. Первичная обработка глин производится в зубчатых вальцах и на бегунах сухого помола. Измельченные глины просеиваются на виброгрохоте с устройством для подогрева сит и поступают в бункера. Глины дозируются, увлажняются и подаются в глиномешалку вакуум-пресса. Сформованный сырец высушивается в туннельной сушилке в течение 3,5 сут. до остаточной влажности 2%. Изделия обжигаются в туннельной печи в течение 36 ч.
Высокомеханизированный завод в Сардинии, оснащенный оборудованием фирм «Handle» и «Lingl», изготовляет лицевой пустотелый кирпич и тонкостенные керамические камни.
В качестве сырья используются две разновидности сланцевой глины, каждая из которых дробится в валковой дробилке и дозируется ящичным подавателем в заданном отношении. Смесь глин обрабатывается на бегунах мокрого помола. Количество воды, подаваемой в бегуны, регулируется электронным регулятором. Далее масса обрабатывается в двух последовательно установленных вальцах тонкого помола с зазором между валками 2 и 0,7 - 0,8 мм, вакуумном смесителе с устройством для пропаривания, вылеживается в силосе емкостью 350 м и снова обрабатывается в вальцах тонкого помола.
Влияние газовой среды обжига на процессы образования минеральных фаз в глиняном черепке
Определенное влияние на процессы объемного окрашивания, как и непосредственно, на механизм протекания высокотемпературных реакций образования минералов в глиняном черепке, оказывает изменение параметров газовой среды при обжиге. Результаты исследования окислительно-восстановительного обжига строительной керамики приведены в работах [32 - 35].
Теоретическое обоснование механизма влияния состава газовой среды на характер изменения подвижности материала при его нагреве, по мнению авторов [32], может быть следующим.
Количество жидкой фазы, появляющейся в глине при ее нагреве в конкретном температурном интервале, определяется количеством компонента эвтектической смеси, обеспечивающего образование расплава, либо количеством минерала, в процессе разложения которого этот компонент появляется.
Процесс образования жидкой фазы, как и процесс разложения глинистых минералов, растянут во времени. При пониженных температурах появившийся расплав относительно быстро обогащается тугоплавкими компонентами и затвердевает, переходя в стекло и кристаллические новообразования. Способствуя изменению природы компонентов эвтектических смесей, изменяя скорость разложения минералов, содержащих легкоплавкие либо тугоплавкие компоненты, восстановительные газовые среды существенно меняют условия образования в материале при его нагреве жидкой фазы, а следовательно, меняют характер изменения его подвижности и кинетику процесса его спекания.
При этом до определенных пределов исходят из того, что чем выше подвижность материала, тем благоприятнее, условия для протекания процесса его спекания. И в целом считают, что создание при обжиге изделий восстановительной газовой среды целесообразно, если подвижность материала при его нагреве, в этой среде, выше, чем в окислительной в относительно большом температурном интервале [32]. Однако окончательное заключение дается только с учетом конкретных особенностей характеристических кривых, а также с учетом качественных показателей (водопоглощение, объемная масса, пределы прочности на сжатие и изгиб, морозостойкость и т.д.) материала, обожженного при оптимальных для каждой из сред температурах.
В результате анализа полученных экспериментальных данных - кривых усадки и кривых изменения скорости деформации образцов под нагрузкой в зависимости от температуры - было установлено, что восстановительные газовые среды различного состава не только сдвигают начало процессов, обеспечивающих спекание легкоплавких глин, в область более низких температур, но и могут существенно менять характер их протекания. Так, на кривых изменения скорости деформации под нагрузкой образцов из глины Часцовского месторождения видно, что в окислительной газовой среде - кривая 1 (рисунок 11), появление первых признаков деформации фиксируется при температуре примерно 840С. С повышением температуры скорость деформации образцов в целом равномерно нарастает, что указывает на рост подвижности материала, а следовательно, и на равномерное нарастание активности процессов жидкостного спекания. В атмосфере же продуктов неполного сгорания топлива - кривая 2 (рисунок 11), начало деформации фиксируется примерно при температуре 750С. При этом с повышением температуры скорость деформации растет неравномерно, например, на характеристической кривой отмечается значительное ее снижение, чего нет в случае окислительной газовой среды.
Отмеченное различие в характере протекания процесса спекания материала в различных газовых средах наблюдалось и на примере глины Красногорского месторождения (рисунок 12). В частности, в среде продуктов неполного сгорания топлива (кривая 2) температурный интервал потери пиропластического состояния материалом после 820С составляет примерно 20С, в то время как в окислительной среде (кривая 1) после 920С - примерно 60С.
Анализ кривых изменения скорости деформации этой глины в зависимости от температуры (рисунок 11), дает основание полагать, что, по сравнению с обжигом материала в окислительной газовой среде, обжиг в газах от неполного сгорания топлива, а также обжиг в перегретом водяном паре имеют преимущества, так как для них характерна в целом более высокая подвижность материала и, следовательно, более благоприятные условия для протекания процесса его спекания. При обжиге в среде газов от неполного сгорания топлива исключение составляет температурный интервал от 900 до 950С. Однако преимущества окислительного обжига в этом интервале относительно невелики, и в целом положительная роль восстановительной газовой среды существенно не снижается. Контрольные характеристики подтверждают эти предположения. Так, на рисунке 11 видно, что усадка материала, обожженного в восстановительной газовой среде, превышает усадку этого материала при окислительном обжиге. При этом материал, обожженный при конечной температуре 1000С в среде газов от неполного сгорания топлива, имеет следующие качественные показатели: водопоглоще-ние - 10,1%, объемную массу - 1880 кг/м3, предел прочности на сжатие -73,0 МПа, что примерно равнозначно подъему температуры при окислительном обжиге до 1030 - 1040 С, в то время как материал, обожженный в окислительной среде, - соответственно: 11,3%, 1880 кг/м , 55 МПа.
Исследование влияния вида и концентрации окрашивающих добавок на изменение цвета керамических изделий
Первоначально исследования велись на глине Старокорсунского месторождения, применяемой в качестве сырья на ООО «Кирпичный завод» и ОАО «Краснодарский кирпичный завод».
Из предварительно высушенной и измельченной глины, с добавлением различных вышеперечисленных компонентов, в лаборатории ОАО «НИИМонтаж»,в соответствии с принятыми методами исследования формовались образцы-балочки. С целью исследования влияния различных режимов обжига, балочки обжигались сразу же на двух заводах: ОАО «Краснодарский кирпичный завод», который оборудован тоннельной печью, и в ООО «Кирпичный завод», где печь имеет кольцевую конструкцию.
С целью получения глиняного черепка темных цветов (коричневый, зеленый, черный), использовали концентрат марганцеворудный для покрытия электродов (далее КМЭ), марганцевую руду Лабинского месторождения Краснодарского края, оксиды марганца, оксиды хрома и кобальта. В каждой партии изготавливался эталон без добавок, для контроля изменения цвета и прочности при сжатии обожженных изделий.
Эксперименты проводились с использованием концентрата марганцеворудного, применяемого в сварочном производстве. Концентрат содержит не менее 50% оксида марганца (II), что позволяло ожидать получение коричневых оттенков обожженного глиняного черепка. Начальный эксперимент должен был определить границы его эффективного применения. Для этого концентрат вводился в глиняное сырье в количестве, предположительно соответствующем нижнему и верхнему пределам: соответственно 10 и 40% масс. Балочки формовали, изменяя концентрацию добавки флюса с шагом 10% масс.
При осмотре установлено, что добавка концентрата в глиняную массу менее 20%) масс, не приводит к значимым изменениям цвета; добавка 30%о масс, изменяет цвет обожженной глины на светло-коричневый с встречающимися включениями не прореагировавших в расплаве флюсовых минералов; добавка 40% масс. концентрата привела к появлению грязно-коричневого цвета, с образованием белого налета на поверхности балочек, вызванного, по всей видимости, увеличением содержания сернистых соединений в образце.
При испытаниях на прочность и водопоглощение было выявлено следующее: добавка 10 и 20% не оказала особого влияния на прочность и водопоглощение образцов сравнительно с эталоном; при добавке 30% наблюдались незначительное увеличение прочности и уменьшение водопоглощения, вызванные более полным спеканием керамического черепка под действием минералов, содержащихся в марганцеворудном концентрате; добавка 40% привела к резкому уменьшению прочности.
На основе анализа полученных данных был сделан вывод о неэффективном применении «концентрата марганцеворудного для покрытия электродов» в качестве добавки для объемного окрашивания керамического кирпича.
Чтобы проверить влияние оксида марганца (IV), приводимого в литературных источниках в качестве добавки для получения коричневых и темно-коричневых цветов кирпича, а также для определения требуемой концентрации его в глиняной шихте, были изготовлены образцы с содержанием оксида марганца (IV) ч.д.а. в количестве 2,5%, 5%, 10%» масс.
Для этих экспериментов наряду с указанной глиной также использовалась глина, отобранная из карьера завода ЗАО «Славянский кирпич». Обжиг образцов проводился в печах заводов ОАО «Краснодарский кирпичный завод» и ЗАО «Славянский кирпич».
После обжига образцов были получены следующие результаты: добавка 2,5% масс. Мп02 не привела к ожидаемому изменению цвета, в то время как из литературных источников известно, что при использовании на заводах Санкт-Петербурга и Московской области добавки Мп02 в количестве всего 1 - 2%о получаются коричневые и темно-коричневые цвета кирпича. При добавлении 5% оксида марганца (IV) цвет изменился на коричневый, а 10%-е содержание Мп02 привело к появлению темно-коричневого цвета.
Однако, хотя введение оксида марганца (IV) и приводит к положительным результатам, но применение его на заводах Краснодарского края в качестве окрашивающей добавки не целесообразно, т.к. добавление даже 5% приводит к удорожанию кирпича в 10 - 12 раз.
При проведении экспериментов с марганцевой рудой Лабинского месторождения в глиняную шихту добавлялось одинаковое количество исходной руды и обогащенной указанным выше способом. Таким образом, результаты эксперимента должны были показать не только влияние марганцевой руды на изменение цвета керамических изделий, но и эффективность способа обогащения.
Анализ изготовленных образцов после обжига показал, что при добавлении 10% марганцевой руды исходного состава и обогащенной путем прокаливания наблюдается слабое изменение цвета в направлении коричневого оттенка. Разница между образцами с исходной и обогащенной рудами незначительна. При введении руд в количестве 20% наблюдается переход цвета к коричневым оттенкам, причем, образцы, содержащие обогащенную выбранным способом руду, несколько темнее образцов с природной рудой. При добавлении 30% руд получены образцы темно-коричневого цвета. Отличие образцов с различными по предполагаемому содержанию Мп02 рудами - незначительно.
Сравнивая образцы между собой, можно заметить четкую закономерность изменения цвета при введении большего процента руды. Отличие цвета образцов с добавками предположительно обогащенной и природной руды незначительны, на основании чего можно сделать вывод о малой эффективности данного способа обогащения, что подтверждается химическим анализом - содержание Мп02 в природной и обогащенной рудах находятся в пределах 27,5 и 33% соответственно.
Таким образом была определена целесообразность освоения марганцевых руд Лабинского месторождения и использования новых методов обогащения, так как применяя марганцевые руды местных месторождений, можно значительно снизить стоимость кирпича темных тонов по сравнению с применением привозного оксида марганца.
Выпуск объемноокрашенных керамических изделий
Ввод в глиномассу оксида хрома в количестве 2,5 - 5% масс, действительно приводит к получению коричневого цвета, однако полученные цвета не обладают однородностью по всему объёму и имеют различные оттенки. Для стабилизации цвета и придания ему благородного тёмно-коричневого оттенка необходимо использовать компонент-стабилизатор цвета, например, оксид кобальта.
На основании полученных результатов опытов, можно сделать вывод: существующие рекомендации по объёмному окрашиванию лицевого керамического кирпича не могут быть использованы в полной мере для окрашивания керамических изделий на различных кирпичных заводах, так как огромное влияние на стабильность окрашивания оказывают сырьевые материалы и различные технологические режимы, применяемые на конкретных заводах, в частности, на заводах по производству керамического кирпича в Краснодарском крае.
Кирпичные заводы в большей своей массе не готовы варьировать параметрами технологического процесса, а некоторые просто не могут изменять садку изделий, выдерживать повышенную температуру, а тем более создавать благоприятную газовую среду внутри печи. Однако известно, что изменяя температуру обжига в печи и воздействуя на степень кислотности обжиговой среды, возможно добиться стабильных положительных результатов при объёмном окрашивании изделий.
Как было отмечено в главе 2, обжиговая среда оказывает огромное влияние как на качество самих изделий, так и на изменение цвета при объёмном окрашивании. Обычно обжиг изделий происходит в окислительной среде, что обеспечивает горение топлива, выгорание органических примесей и добавок. При неполном выгорании несгоревшие остатки во время спекании черепка будут препятствовать его уплотнению, а следовательно, и упрочнению. Недостаточная интенсивность процессов спекания черепка при 750 - 950С приводит при форсированных режимах в условиях окислительной среды к ухудшению качества изделий.
В восстановительной среде возможен форсированный обжиг, при котором оксид железа (Fe203) восстанавливается до окиси железа (FeO), температура плавления которой на 150 - 200С ниже, чем Fe203. В результате образуются легкоплавкие железистые фазы, особенно при подъёме температуры до 850 - 900С.
Окислительно-восстановительный обжиг имеет существенное значение для получения интенсивной и однотонной окраски лицевых изделий. Положительное влияние восстановительная среда оказывает на железосодержащие каолинитовые, карбонатные и гидрослюдистые глины. Однако монтмориллонитовые глины не чувствительны к восстановительной среде, так как температура начала образования жидкой фазы их низкая - 700С. Также восстановительная среда не оказывает положительного действия на глины с содержанием железа менее 4% (в пересчете на Ре20з). И, как уже упоминалось ранее, многие заводы не могут не только измерять и изменять обжиговую среду в печи, но и удерживать её постоянной в течение длительного времени.
Обобщая и анализируя данные экспериментов и известные положения о воздействии обжиговых сред и состава глины на интенсивность и однородность окрашивания кирпича, была выявлена целесообразность созданиия многокомпонентных хромофорных добавок, компоненты которых позволили бы значительно уменьшить, а возможно и исключить негативное влияние окислительной среды в печи, а также усилить и стабилизировать получение требуемых цветовых тонов в условиях различных керамических заводов при введении минимального количества окрашивающей добавки. То есть, составы должны быть универсальными, применимыми на любом заводе.
Проводя эксперименты с добавкой, предназначенной для окрашивания кирпича в коричневые цвета, были отобраны марганцевые и хромсодержащие компоненты, дающие наиболее приемлемые по цене и качеству результаты, а также рассчитана пропорция смешивания компонентов, составляющих комплексную добавку. Для достижения наилучшего эффекта и улучшения архитектурной выразительности изделий помимо добавок, оказывающих непосредственное влияние на окрашивание глины, вводились добавки, стабилизирующие цвет, а также уменьшающие образование высолов на поверхности изделий. Введение данных добавок позволяет не только улучшить внешний вид изделий, но и избежать появления сульфатных солей, способных вызвать разрушение кирпича в процессе эксплуатации.После проведенных ранее экспериментов по подбору компонентов, стабилизирующих действие основных хромофорных реагентов, а также уменьшающих их количество, необходимое для достижения различных цветов требуемой интенсивности, были разработаны составы комплексных добавок, позволяющих получать керамические изделия светлых (ОД-1) и темных (ОД-2) цветовых тонов.
Для проведения экспериментальных исследований и последующего внедрения технологии объемного окрашивания керамических изделий были выбраны два завода Краснодарского края, выпускающих продукцию высокого качества -ЗАО «Губский кирпичный завод» и ОАО «НЗКСМ».
Сравнительная оценка эффективности окрашивания разработанных комплексных добавок и традиционно применяемых проводилась по разработанной 10-ти бальной шкале, в основу которой положено изменение цвета керамического кирпича от красного - 1 балл, до белого или коричневого - 10 баллов (в зависимости от применяемых добавок). Каждый балл отвечает определенному цветовому оттенку в соответствии с классификацией цветов немецкой фирмы «Degussa» -«Декоративные цвета - коллекция 10».
С целью определения оптимальной концентрации окрашивающей добавки ОД-2 были изготовлены лабораторные образцы, содержащие добавку для получения коричневого цвета в количестве 5, 7,5, 10, 15 % масс. Образцы проходили полный заводской цикл сушки и обжига в полном соответствии условиям выпуска промышленной продукции.
Похожие диссертации на Разработка универсальных добавок для объемного окрашивания керамических изделий
