Введение к работе
Актуальность работы: В стране принят пакет законов, направленных на реализацию задач по обеспечению населения качественным и доступным жильем.
В последние годы создание новых производств строительных материалов было ориентировано на поставку высокопроизводительных, дорогих комплексных линий. Там, где имелись большие запасы минерального сырья и соответствующий потребительский рынок, это было оправдано.
В настоящее время весьма актуальной становится проблема запасов качественного глинистого сырья. Ресурсы традиционного керамического сырья истощаются. Запасы глин и суглинков, которые можно использовать без корректировки состава в производстве керамических стеновых изделий, становятся все меньше и меньше. Завозить сырьевые материалы и поставлять готовую продукцию на большие расстояния не целесообразно. По данным Минрегионразвития транспортные расходы при строительстве составляют 21%.
С целью использования повсеместно распространенных местных глинистых и кремнистых пород, отходов добычи и обогащения углей, зол и шлаков целесообразным представляется усовершенствование технологии и теплотехнического оборудования заводов различной мощности по технологии компрессионного формования.
В качестве рабочей гипотезы выдвинут тезис о том, что использование технологии компрессионного формования керамических изделий с сокращенным циклом термической обработки позволит вовлечь в производство доступное местное сырье. Формование изделий при влажности пресс-порошка ниже критической (влажность сырца в момент прекращения усадки) создают условия для значительного сокращения процесса термической обработки изделий, позволяет отказаться от сушильного агрегата, сократить затраты на строительство заводов, снизить себестоимость продукции и значительно приблизить производство к потребителю.
Цель работы: разработка технологии керамического кирпича компрессионного формования с сокращенным сроком термической обработки на основе глинистого сырья и кремнистых пород.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
-
Обосновать возможность и целесообразность производства керамического кирпича на основе глинистого сырья и кремнистых пород с сокращенным циклом термической обработки.
-
Исследовать физико-химические и технологические свойства полиминерального глинистого сырья и кремнистых пород.
-
Исследовать физико-технические свойства и структуру керамики на основе глинистого сырья и кремнистых пород.
-
Разработать технологические основы и технологические регламенты производства керамического кирпича на основе глин, суглинков и кремнистых пород.
-
Апробировать разработанные составы и технологию в промышленных условиях.
Научная новизна: Разработаны научные основы регулирования процесса сокращенного цикла термической обработки керамических стеновых изделий компрессионного формования на основе глинистого сырья и кремнистых пород, базирующиеся на изменении кинетики теплообмена и массопереноса при достижении изделием критической влажности.
Впервые проведены исследования кинетики бездефектной сушки изделий, определены оптимальные влажностные параметры пресс-порошков из глин, суглинков, кремнистых пород, режимы прессования и обжига в одном тепловом агрегате (печь-сушилка), позволившие сократить время общего цикла производства за счет отсутствия громоздких сушилок с парком сушильных вагонеток.
Установлено, что получение высококачественных изделий компрессионного формования при сокращенных сроках термической обработки обусловлено формованием пресс-порошков с влажностью ниже критической в зависимости от свойств сырья, а также применением разработанной конструкции печи-сушилки, отличающейся дополнительной системой рециркуляции с воздухонагревателем в зоне предварительного нагрева и рекуперативными скоростными горелками, выходы которых соединены с вентилятором отбора дымовых газов, позволяющей обжигать изделия непосредственно после прессования без сушки в отдельном агрегате.
Приоритет научных и технологических решений подтверждены патентами Российской Федерации: № 2397068 «Технологическая линия для производства керамических строительных изделий методом компрессионного формования»; № 2406049 «Туннельная печь-сушилка».
Практическая значимость работы связана с получением новых научно-прикладных данных, ставших основой для решения практических задач по совершенствованию ресурсосберегающей технологии керамического кирпича компрессионного формования из повсеместно распространенного глинистого сырья и кремнистых пород.
Проведенные исследования показали возможность производства керамических стеновых изделий высокого качества методом компрессионного формования с сокращенным циклом термической обработки до 30 часов вместо более100 часов при традиционной технологии.
Разработаны технологические регламенты производства керамических изделий в Веневском районе Тульской области на основе суглинка Барсуковского месторождения, в Жиздринском районе Калужской области на основе трепела Скурынского месторождения и Алатырском районе Республика Чувашия на основе трепела Первомайского и Ново-Айбесиновского месторождений и глины Атратьевского месторождения.
Реализация результатов работы. Результаты исследований легли в основу разработки проекта завода по производству керамического кирпича методом компрессионного формования в Алатырском районе Республика Чувашия мощностью 60 млн.шт. кирпича в год и Веневском районе Тульской области мощностью 30 млн.шт. кирпича в год.
На защиту выносятся:
- теоретические положения получения керамического кирпича методом компрессионного формования с сокращенным циклом термической обработки;
- результаты исследования физико-химических и технологических свойств глинистого сырья и кремнистых пород;
- рациональные составы масс, технологические регламенты и технико- экономические показатели производства керамического кирпича компрессионного формования.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях «Керамтэкс» ( г. Казань, 2009 г., г. Омск, 2010 г., г. Ярославль, 2011 г., г. Новосибирск, 2012 г., г. Москва, 2013 г.); XV Академических чтениях РААСН – международной научно-технической конференции «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии» (г. Казань, 2010 г.).
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 11 научных публикациях, в том числе в 8 изданиях с внешним рецензированием по списку ВАК РФ, и двух патентов Российской Федерации.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка литературы, включающего 127 источника, и 4 приложений. Работа изложена на 158 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка и 19 таблиц.
