Способ изготовления керамических конструкционно- теплоизоляционных строительных изделий

 

Способ изготовления керамических конструкционно-теплоизоляционных строительных изделий относится к промышленности строительных материалов, преимущественно к производству изделий пористой структуры для ограждающих конструкций зданий. Из вспучивающихся глинистых пород с добавками молотого антрацита формуют сырцовые заготовки в виде труб диаметром 30 - 70 мм и толщиной стенок 10 - 30 мм. Трубы порядно укладывают в форму из невспучивающейся глины со стенами толщиной 20 - 40 мм. По образованным каналам направляют поток теплоносителя и со скоростью 10 - 20 град/мин нагревают заготовки до 500 - 600°С, затем нагревание форсируют до 1100 - 1250°С со скоростью 150 - 170 град/мин. При максимальной температуре сырцовую заготовку выдерживают до вспучивания. Обожженное изделие быстро охлаждают до 600°С, а последующее охлаждение осуществляют со скоростью 50 град/мин. 2 ил.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, преимущественно к производству керамических конструкционно-теплоизоляционных изделий пористой структуры для ограждающих конструкций зданий.

Известен способ получения ячеистой керамики в капселях. При получении ячеистой керамики согласно изобретению сырье замешивается с водой и формуется в виде кусочков удлиненной формы, т.е. такой, при которой один из размеров куска превосходит в 2-3 раза любой другой размер куска. Обычно это либо нарезанные прутки глины, выпущенной в таком виде из ленточного пресса, либо тонкие полосы, нарезанные из глиняных коржей. При заполнении капселя глиной в виде кусков такой формы сырье занимает объем, наиболее соответствующий полной емкости капселя. При последующем вспучивании каждый кусок глины, расширяясь, занимает окружающее его пространство и таким путем образуется пористая, но монолитная масса (SU 88758 А, C 04 В 21/02, 1951 г.).

Известен способ изготовления пористых строительных изделий, который включает подготовку сырья и его обжиг до вспучивания, затем гранулы вспученного материала, находящегося в пиропластическом состоянии, подвергают дополнительному кратковременному нагреванию до температуры на 100...200^o выше температуры вспучивания, до образования на поверхности гранул оплавленной пленки. Из обработанных таким образом гранул методом прессования формуют изделия (RU 2085545 С1, С 04 В 38/00, 33/32, 27.07.1997 г.).

Наиболее близким к заявляемому является способ получения керамзита в кольцевой печи. Обжигу подвергали сырцовые образцы плотной структуры, отформованные из легкоплавкой глины, имеющей склонность вспучивания при обжиге. Образцы имели размеры нормального кирпича (250 x 120 x 65 мм).

Максимально разреженную садку кирпича-сырца выполняли на полную высоту печи (18 рядов). В качестве топлива использовали каменноугольный штыб, который засыпали в печь через топливные трубки.

Тепловую обработку производили по следующему режиму: Сушка - 5...6 ч Нагрев до 800-900^oC - 0,5 ч Подъем температуры до 1100^oC - 1.2 ч Выдержка при 1100...1200^oC - 0,5...1 ч Охлаждение - 5...6 ч В результате обжига произошло вспучивание глины, причем размеры камней увеличились в основном в сторону свободных ложковых плоскостей. Средняя плотность полученного керамзита оказалась неравномерной по высоте садки: от 600 кг/м³ в верхней ее части до 1200 кг/м³ внизу. [См. Еворенко Г.И. "Строительные материалы Забайкалья", Чита, Читинское книжное издательство, 1961, с. 56,57].

Известным способам присущ ряд недостатков: 1. Обжиг в формах и капселях неподвижного слоя сырцовых гранул удлиняет время его термообработки. Необходимо также учитывать, что для нагревания форм непроизводительно расходуется технологическое тепло.

2. Увеличение количества высокотемпературных переделов требует дополнительных затрат тепла и усложняет технологический процесс.

3. Неравномерность толщины обжигаемого изделия и его элементов приводит к неравномерному вспучиванию материала.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и получение керамических конструкционно-теплоизоляционных строительных изделий с заданными свойствами.

Сформулированная задача решается за счет того, что в способе изготовления керамических конструкционно-теплоизоляционных изделий путем формования из способного вспучиваться природного сырья сырцовых заготовок в виде кирпичей нормального размера, их обжига при разреженной садке, располагая заготовки таким образом, что по сквозным каналам садки и в промежутках между заготовками имел возможность перемещаться поток разогретых газов, обеспечивая нагревание заготовок до максимальной температуры, выдерживания при этой температуре до вспучивания и последующего охлаждения, сырцовые заготовки из вспучивающихся глинистых пород с добавкой 30...100 % молотого антрацита формуют в виде труб с наружным диаметром 30...70 мм и толщиной стеки 10...30 мм, которые порядно укладывают в форму из невспучивающейся легкоплавкой кирпичной или гончарной глины со стенками толщиной 20...40 мм, направляют газовый тепловой поток внутри труб и по каналам, образованным между трубами, обеспечивают нагревание до 500...650^oC со скоростью 10...20 град/мин, затем форсированно повышают температуру до 1100...1250^oC со скоростью 150...170 град/мин, после выдержки заготовку быстро охлаждают до 600^oC, а последующее охлаждение ведут со скоростью 50 град/мин.

На фиг. 1 в поперечном разрезе схематично изображена сырцовая заготовка. На фиг. 2 сырцовая заготовка изображена в продольном разрезе. Днище 1, вертикальные боковые стенки 2 и верхняя горизонтальная крышка 3 образуют форму, в которую порядно уложены трубы 4 из легкоплавкой вспучивающейся глины.

На посыпанный кварцевым, шамотным или другим огнеупорным песком под печи обжига укладывают заранее изготовленное и высушенное до 7...16% днище 1. По днищу 1 вплотную друг к другу укладывают первый ряд труб 4. Для фиксации труб и чтобы не допустить их раскатывание, под каждой трубой у днища наносят подмазку из вспучивающейся глины. Затем последовательно укладывают необходимое количество рядов труб и после этого устанавливают заранее изготовленные и высушенные боковые стенки 2. После этого по верхнему ряду труб выполняют обмазку из вспучивающейся глины и укладывают крышку 3.

Термообработку сырцовых заготовок осуществляют в два этапа. Сначала подогрев со скоростью 10...20 град/мин ведут до 500...650^oC, затем температуру форсированно повышают до 1100...1250^oC со скоростью 150...170 град/мин. При максимальной температуре сырцовую заготовку выдерживают до вспучивания материала и устойчивого налипания его на внутренние поверхности формы.

В процессе термообработки теплоноситель, перемещаясь внутри труб 4 и по каналам, образованным наружными поверхностями этих труб, передает тепло нагреваемому телу, т.е. материалу заготовки. При изготовлении сырцовых труб, используемых для производства керамических конструкционно-теплоизоляционных строительных изделий, целесообразно воспользоваться применяемым при производстве керамзита конкретным глинистым сырьем, которое улучшено подшихтовкой добавками. Чтобы способствовать форсированию роста температуры на втором этапе термообработки, который начинается при температуре выше 600^oC, в шихту добавляют 30...100% молотого антрацита. На первом этапе антрацит ведет себя как отощающая добавка, т. к. температура его воспламенения 650...700^oC. Именно это свойство антрацита позволяет в нужный момент - с самого начала второго этапа термообработки, получить дополнительное количество тепла для форсированного подъема температуры от 650...700^oC до 1100...1250^oC со скоростью 150. ..170 град/мин и позволяет выдерживать температурный режим, необходимый для обеспечения вспучивания.

Завершающим этапом производства конструкционно-теплоизоляционных изделий является охлаждение. Наиболее опасный период охлаждения обожженного изделия находится в температурном промежутке от начала затвердения при 500...600^oC до окончания процесса охлаждения. Скорость падения температуры в этот период не должна превышать 30...50 град/мин.

Для научно обоснованного назначения оптимального режима тепловой обработки конструкционно-теплоизоляционных керамических изделий следует проводить специальные исследования, например методом акустической эмиссии.

Пример 1.

В качестве сырья для изготовления изделия использовали легкоплавкую глину Черкесского месторождения, которую применяют для производства керамзитового гравия. При перемешивании в глину добавляем молотый донецкий антрацит в количестве по массе 30%. Из полученной шихты на ленточном прессе формовали трубы с наружным диаметром 50 мм при толщине стенки 20 мм.

Элементы формы: днище 1, боковые стенки 2 и крышка 3 толщиной 20 мм были изготовлены из кирпичной легкоплавкой глины Армавирского месторождения и высушены до влажности 9%.

Отформованные трубы порядно укладывали на днище 1. Вдоль нижнего соприкосновения трубы и днища наносили шов из керамзитовой глины, чтобы зафиксировать положение трубы. Аналогично фиксировали трубы второго и последующих рядов, нанося фиксирующие швы. Трубы всех рядов укладывали одна на другую так, что их центры находились на вертикальной прямой.

После выкладки всех рядов труб на полную высоту к ним были приставлены и зафиксированы глиняной обмазкой вертикальные боковые стенки 2. После обмазки верхних швов между трубами на них была уложена и зафиксирована верхняя крышка 3.

Конструкционно-теплоизоляционные изделия обжигали в однокамерной лабораторной печи широкопламенной газовой горелкой, пламя которой перекрывало торец изделия. Поток теплоносителя перемещался по каналам внутри труб и в промежутках между трубами. Размер блока 300 x 300 x 300 мм.

Режим обжига: подъем температуры до 500...650^oC со скоростью 10...20 град/мин. Дальнейший нагрев до 1100^oC производили со скоростью 150 град/мин. При температуре 1100^oC изделия выдерживали до вспучивания. Готовое изделие охлаждали до 600^oC с максимально возможной в обстановке помещения скоростью. Дальнейшее охлаждение осуществляли со скоростью 50 град/мин.

Физико-механические свойства изделия: - средняя плотность - 300 кг/м³; - R_СЖ - поперек труб - 1,1 МПа;
- R_СЖ вдоль труб - 2,0 МПа;
- водопоглощение по массе 15%.

Пример 2.

Исходное сырье, печь, порядок устройства сырцовой заготовки те же, что и в примере 1.

При перемешивании в глину добавляли молотый антрацит в количестве 100% по массе. Из полученной шихты на ленточном прессе формовали трубы с наружным диаметром 50 мм при толщине стенки 30 мм.

Режим термообработки: подъем температуры до 650^oC со скоростью 10...20 град/мин. Нагрев до 1250^oC - со скоростью 170 град/мин. При максимальной температуре изделие выдерживали до вспучивания. После обжига до 500^oC охлаждение производили с максимально высокой в реальных условиях скоростью, окончательное охлаждение производили со скоростью 30 град/мин.

Физико-механические характеристики изделия:
- средняя плотность - 600 кг/м³;
- R_СЖ - поперек труб - 6,0 МПа;
- R_СЖ вдоль труб - 7,5 МПа;
- водопоглощение - 12% по массе.

Формула изобретения

Способ изготовления керамических конструкционно-теплоизоляционных строительных изделий путем формования из способного вспучиваться природного сырья сырцовых заготовок в виде кирпичей нормального размера, их обжига при разреженной садке, располагая заготовки таким образом, чтобы по сквозным каналам садки и в промежутках между заготовками имел возможность перемещаться поток разогретых газов, обеспечивая нагревание заготовок до максимальной температуры, выдерживания при этой температуре до вспучивания, и последующего охлаждения, отличающийся тем, что сырцовые заготовки из вспучивающихся глинистых пород с добавкой 30 - 100% молотого антрацита формуют в виде труб с наружным диаметром 30 - 70 мм и толщиной стенки 10 - 30 мм, которые порядно укладывают в форму из невспучивающейся легкоплавкой кирпичной или гончарной глины со стенками толщиной 20 - 40 мм, направляют газовый тепловой поток внутри труб и по каналам, образованным между трубами, обеспечивают нагревание до 500 - 650^oС со скоростью 10 - 20 град./мин, затем форсированно повышают температуру до 1100 - 1250^oС со скоростью 150 - 170 град./мин, после выдержки заготовку быстро охлаждают до 600^oС, а последующее охлаждение ведут со скоростью 50 град./мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2