Подбор состава глазури к составу керамического кирпича в условиях Акционерного общества «Боровичский комбинат строительных материалов»

автор: Медведева Лилия Анатольевна 3 курс

Руководитель: Кутузова Марина Юрьевна преподаватель дисциплин профессионального цикла ОГА ПОУ «Боровичский техникум строительной индустрии и экономики»

Подбор состава глазури к составу керамического кирпича в условиях Акционерного общества «Боровичский комбинат строительных материалов»

 

 

 

Министерство образования Новгородской области 

Областное государственное автономное профессиональное образовательное учреждение

«Боровичский техникум строительной индустрии и экономики» 

Исследовательская работа на тему: «Подбор состава глазури к составу керамического кирпича в условиях Акционерного общества «Боровичский комбинат строительных материалов»

Выполнил: студентка гр.Т-31 

 Медведева Лилия Анатольевна

Научный руководитель:

Кутузова Марина Юрьевна 

2022 год

Общая характеристика работы

 

Актуальность темы исследования:

Керамический кирпич, пожалуй, один из древнейших строительных материалов. Срок его эксплуатации в зданиях составляет многие десятилетия, поэтому со временем происходит частичное его разрушение под действием окружающей среды. Кроме этого, эстетичный внешний вид строительных материалов повышает их спрос на рынке сбыта. Используя глазурованный кирпич, можно не только продлить срок службы изделий, но и придать зданиям неповторимый облик.

Цель научно- исследовательской работы: комплексное теоретическое и экспериментальное исследование химического состава керамического черепка и подбор глазури к нему по величине их коэффициентов термического расширения.

В ходе работы были поставлены и решены следующие задачи:

1. Опытным путем определен химический состав сырьевых материалов, используемых для производства керамического кирпича в условиях АО «Боровичский комбинат строительных материалов».
2. Рассчитан химический состав шихты и готового изделия.
3. Расчетным методом определены коэффициенты термического расширения керамического черепка и глазури
4. По результатам расчетов произведены эксперименты в условиях АО «Боровичский комбинат строительных материалов».

Практическая значимость работы.

 

Боровичский кирпичный завод ведет свою историю с 1910 года, когда было принято решение и заложено строительство. Основным сырьем для производства стали месторождения близ расположенных красных глин, что стало важным фактором при выборе места заложения завода. Запасов этого сырья достаточно, чтобы обеспечивать завод первоклассной глиной вот уже более ста лет. 

Со времени основания завода постепенно изменялись и совершенствовались технологии, внедрялось новое оборудование. Продуманная схема организации всего процесса позволила перейти с сезонного производства на постоянный потоковый выпуск. В результате завод выпускает несколько миллионов штук кирпича в год.

Долгие годы, с момента своего возникновения, комбинат строительных материалов в г. Боровичи Новгородской области (бывший кирпичный завод) ориентировался на выпуск неглазурованного кирпича.

Основным продуктом компании является одинарный полнотелый кирпич формата 1 NF. В ассортименте завода можно выделить несколько основных направлений:

• Кирпич рядовой – который используется для усиления фундамента зданий, возведения стен, перегородок, может также применяться при строительстве изгородей и заборов.
• Кирпич лицевой – отлично подходит для оформления фасадов зданий, оформления внешних стен строений, может применяться в ландшафтном дизайне.
• Кирпич печной – используется для укладки печей и каминов. Особенностью данного вида строительных материалов является их устойчивость к высоким температурам, что особенно важно при строительстве очагов.

Основными достоинствами глазурованного кирпича являются:

— разнообразная цветовая гамма;

-повышенная морозостойкость;

— выносливость к любым климатическим условиям;

— долговечность и прочность;

— простой уход.

 

Но у глазурованного кирпича есть и недостаток: его цветной слой обладает меньшей прочностью, чем основная масса. Из-за хрупкости изделие сложно транспортировать. При этом в кладке глазурованный кирпич превращается в крайне прочный монолит. Стеклянный слой не пропускает влагу, создавая дополнительную защиту от загрязнения, действия кислот и щелочей, атмосферных осадков. Обладает высокой степенью морозоустойчивости и износостойкости, так что гарантированно прослужит не один десяток лет.

Современные рыночные отношения требуют от производителя все лучшего качества выпускаемой продукции и совершенствования ее видов.

Так, АО «Боровичский комбинат строительных материалов» в условиях небольшого спроса на традиционные виды кирпича, поставил перед собой задачу выпуска более привлекательной продукции – глазурованного кирпича.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цели и задачи работы, показана научная новизна и практическая значимость результатов. Изложены основные положения, выносимые на защиту.    

Глава 1 содержит литературный обзор по теме научно- исследовательской работы. В данной главе представлены результаты анализа публикаций, касающихся факторов, определяющих пригодность глазури к черепку. Рассмотрены как традиционные составы глазурей, так и перспективные, с использованием побочных продуктов, приведено их сравнение по ключевым характеристикам. 

Результаты анализа литературных данных позволили сделать следующие выводы: 

 Тепловое расширение является одним из наиболее важных свойств глазурей. Его необходимо учитывать в целом ряде случаев практического применения самых разнообразных изделий: при выработке изделий из накладного (двухслойного) стекла, при спайке стекол с металлами в электронной и вакуумной технике, при подборе глазурей и эмалей, в процессе эксплуатации изделий из стекла, где коэффициент теплового расширения определяет в основном термостойкость или сопротивление тепловому удару. Изучение особенностей теплового расширения имеет также и научное значение, т.к. позволяет делать выводы о структурных изменениях, проходящих в стекле при нагревании, установить температурный интервал отжига и определить температуру начала размягчения стекла.

Тепловой коэффициент линейного расширения зависит от химического состава глазури и, в меньшей степени, от теплового прошлого. ТКЛР стекол понижается при повышении содержания в стеклах оксидов SiO2, А12Оз, В2О3 (до определенного предела), MgO. Сильно увеличивают ТКЛР стекол щелочные оксиды К2О, Na2O, Li2O и некоторые оксиды щелочноземельных металлов. Знание точной величины термического расширения керамических и огнеупорных материалов имеет большое практическое значение, в частности при подборе глазури для керамических масс, для оценки термической стойкости, для расчета печных конструкций, для оценки возможности согласования разноименных материалов и т.д. Кривые термического расширения позволяют изучать величину и температурный интервал полиморфных превращений материалов.  В настоящее время используется два метода расчета коэффициента термического расширения стекол и глазурей (метод Аппена и метод Винкельмана Шотта). В случае определения КТР керамических масс помимо первых двух, приемлемых для расчета КТР керамики с повышенным содержанием стеклофазы, зачастую необходимо применять расчет КТР по Кингери, разработанный для полифазной керамики с превалирующим содержанием кристаллической фазы.

А) Определение коэффициента термического расширения по методу Винкельмана-Шотта основано на предположении об аддитивности зависимости коэффициента термического расширения стекла от его химического состава, выраженного в массовых процентах:

где pi — содержание оксида в массовых процентах;

x i — эмпирические числовые факторы, характеризующие расширение оксида.

Анализ экспериментальных данных различных исследователей показал, что метод Винкельмана-Шотта не обеспечивает точности расчета КТР стекол и глазурей.

Б) Определение коэффициента термического расширения по методу Аппена.  Аппен доказал, что расширение стекол и глазурей не может подчиняться правилу аддитивности при выражении их составов в массовых процентах, так как расширение стекол связано с изменением объема входящих в его состав оксидов, а не их массовых количеств.

где M — содержание оксидов, выраженное в молях;

— усредненный коэффициент термического расширения оксида;

A — содержание оксида в мольных процентах.

Значения усредненных коэффициентов термического расширения оксидов i берутся из таблицы 3.4, и только для SiO2, B2O3,TiO2, PbO их вычисляют по приближенным эмпирическим формулам.

В частности, согласно методу Аппена для расчета пользуются формулой:

где ASiO — молекулярный процент кремнезема в массе и глазури.

Если SiO2 содержится в массе или глазури в количестве равном или меньшем 67 молекулярных процентов, то величина SiO условно принимается постоянной и равной 38.

 

Тепловой коэффициент линейного расширения может быть рассчитан, согласно Аппену, исходя из химического состава стекла, по формуле

где — приближенно-усредненная парциальная величина

              i-ro компонента (его вклад в а стекла); 

        — количество молей i-ro компонента (массовое содержание, деленное              на молекулярную массу).

Значение  берется из таблиц Аппена. Точность расчета теплового коэффициента линейного расширения стекол по способу Аппена составляет в среднем 2,2%. Совместное использование экспериментального и расчетного методов позволяет получить более надежные данные. 

Для исследований взаимодействия глазури с черепком использовались глины Боровичско- Любытинской группы месторождений, химический состав которых соответствует химическому составу легкоплавких глин, используемых в качестве основного сырья на АО «Боровичский комбинат строительных материалов». Для проведения эксперимента готовилась сырая глазурь. Для ее приготовления использовалась глина Боровичско- Любытинской группы месторождений, диатомит (природный аморфный кремнезем) и техническая бура.

Применение диатомита вместо песка исключает в технологическом процессе получения глазури операции варки и помола, что скажется на себестоимости глазурованного кирпича.

Состав глазурной шихты был принят следующий:

40% буры

40% диатомита

20% глины.

Для приготовления шихты все исходные компоненты взвешивали, измельчали до прохождения через сито № 02, смешивали и затворяли водой. Затем тщательно перемешанную массу наносили на предварительно смоченную поверхность обожженного кирпича и вновь производили политой обжиг.

 

Глава 2 посвящена описанию методов испытаний, которые были использованы для изучения химического состава глиняного сырья:

-проведено макроспическое исследование сырья;

-определение потерь при прокаливании;

-определение кремнезема (SiO2);

-перевод глинистого сырья в растворимое состояние;

-определение содержания оксидов алюминия и железа Fe2O3 и Al2O3, TiO2;

—определение оксида кальция CaO;

-определение оксида магния MgO.

Для проведения испытаний использовались методики, утвержденные следующими ГОСТ:

— ГОСТ 3594.2- 93         Глины формовочные огнеупорные. Метод определения концентрации катионов кальция и магния

— ГОСТ 3594.3- 93         Глины формовочные огнеупорные. Метод определения концентрации катионов натрия и калия

— ГОСТ 3594.14- 93         Глины формовочные огнеупорные. Метод определения концентрации оксида железа

— ГОСТ 3594.13- 93         Глины формовочные огнеупорные. Метод определения концентрации оксида алюминия

— ГОСТ 3594.15- 93         Глины формовочные огнеупорные. Метод определения потерь массы при прокаливании. 

 

Глава 3 содержит экспериментальные результаты работы.

По результатам проведенных испытаний установлен следующий химический состав используемого на АО «Боровичский комбинат строительных материалов» сырья:

Химический состав сырья и его содержание в шихте:

 

Компонент	% сод.	SiO2	Al2O3 +TiO2	Fe2O3	Cao	MgO	Na2O+ K2O	ппп	сумма
глина	70	55,34	17,7	7,29	4,53	2,42	4,32	7,99	99,59
бой изделий	30	60,15	19,24	7,92	4,92	2,63	4,69	—	99,55

 

Определен приведенный химический состав материала в пересчете на 100%. Переводной коэффициент глины К гл.= 1,0041, переводной коэффициент боя К боя= 1,0045.

Приведенный химический состав сырья в пересчете на 100% представлен в таблице:

 

Компонент	% сод.	SiO2	Al2 O3 +TiO2	Fe 2O3	Cao	MgO	Na 2O+ K2 O	ппп	сумма
глина	70	55,57	17,77	7,32	4,55	2,43	4,34	8,02	100
бой изделий	30	60,42	19,33	7,96	4,94	2,64	4,71	—	100

 

Химический состав шихты и готового изделия представлен в таблице

Компонент	% сод.	SiO2	Al2O3 +TiO2	Fe2O3	Cao	MgO	Na 2O+ K2 O	сумма
глина	70	38,899	12,439	5,124	3,185	1,701	3,038	70
бой изделий	30	18,126	5,799	2,388	1,482	0,792	1,413	30
не прокаленное  вещество	57,025	18,238	7,512	4,667	2,493	4,451	5,614	100
прокаленное вещество	60,417	19,323	7,959	4,945	2,641	4,716	—	100

 

Выводы: по результатам проведенных испытаний установлено:

1. Используемое на АО «Боровичский комбинат строительных материалов» глинистое сырье в сухом виде имеет светло- коричневый цвет, во влажном- темно- коричневый, слоистую структуру, отличается наличием известковых включений.
2. Определен гранулометрический состав исследуемого сырья по методу Рутковского:

Наименование исследуемого сырья	Содержание фракций, % мас.
	Песчаные частицы (1-0,05мм)	Пылеватые частицы (0,05-0,005мм)	Глинистые частицы (менее 0,005 мм)
глина	0,1	59,04	40,86

 

3.Исследованы пластические свойства глины по методу Аттерберга (по ГОСТ 21216.1-81). Число пластичности исследуемой глины 17,71, то есть глина относится к классу умереннопластичных.

4.Гравиметрическим методом определено содержание SiO2. Метод заключается в сплавлении навески глины с бурой с целью перевода глины в растворимое состояние, растворении полученного сплава в концентрированной соляной кислоте HCl и отделении осадка кремниевой кислоты. В исследуемом сырье содержание SiO2. составляет 55,57%, что говорит о его пригодности к производству керамического кирпича.

5. Колориметрическим методом определено содержание Fe2O3. Метод заключается в сравнении интенсивности окраски исследуемого раствора с окраской стандартного раствора, концентрация которого известна. Исследованиями установлено, что содержание Fe2O3 составляет 7,29 %, что говорит о принадлежности глины к классу легкоплавких.
6. Содержание Al2 O3, Cao, MgO определены трилонометрическим методом, суть которого заключается во взаимодействии вещества, содержащегося в стандартном растворе 

с анализируемым катионом с образованием прочного комплексного соединения, растворимого в воде. Для анализа используются группы органических реактивов, называемых «комплексоны», наиболее широко известный из которых трилон Б- кислая двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты Na2H2Tr. 

7. Определено содержание суммы оксидов щелочных металлов Na 2O+ K2 O
8. Определен коэффициент термического расширения черепка.

Переведем химический состав обожженного изделия, выраженный в %, в моли:

 

SiO2— 60,417: 60,99= 0,991 моль- 65,352%

TiO2- 1,06 :80= 0,013 моль- 0,085%

А12Оз- 18,263: 101,9= 0,179 моль- 11,8 %

Fe 2O 3— 7,959:71,8= 0,1108 моль- 7,36%

Cao- 4,945:  56,1= 0,0881 моль- 5,80 2%

MgO- 2,641: 40,3= 0,0655 моль- 4,32%

Na2O- 3,216: 62= 0,05 моль- 3,29 %

К2О- 1,5: 78= 0,019 моль- 1%

_____________________________________________

Сумма молей равна 1,5164

Моли переводим в мольные %, для этого сумму молей принимаем за 100%, а моли каждого оксида за х.

Коэффициенты расширения для всех оксидов берем из таблиц.

= 24,52 *10-7= 24,52*10-7  град -1

9. Химический состав сырьевых материалов глазури представлен в таблице:

Наименование материалов	SiO2	Al2 O3	Fe 2O3	Cao	MgO	Na 2O	K2 O	В2О3	ппп
глина	58,46	17,5	4,51	4,81	3,22	2,9	0,74	—	7.86
диатомит	79,3	2,4	—	6,1	0,84	1,13	3,38	—	6,85
бура	—		16,26	—	—	—	—	35,51	47,33

Прежде чем приступить к расчету коэффициента термического расширения глазури, был определен ее химический состав по методу Аппена, исходя из известного химического состава исходных компонентов

Наименование материалов	SiO2	Al2 O3	Fe 2O3	Cao	MgO	Na 2O	K2 O	В2О3	ппп
глина	11,69	3,5	0,9	0,96	0,64	0,58	0,148	—	1,572
диатомит	31,72	0,96	—	2,44	0,336	0,452	1,352	—	2,74
бура	—	—	6,5	—	—	—	—	14,2	19,09
Химический состав шихты (непрокаленное вещество)	43,4	4,46	7,4	3,4	0,976	1,03	1,5	14,2	23,4
Химический состав шихты (непрокаленное вещество	56,6	5,82	9,66	4,43	1,27	1,34	1,95	1,85	—

 

Переведем химический состав глазури, выраженный в %, в моли:

 

SiO2-56,6: 60,99= 0,928 моль-71,3%

А12Оз-5,82: 101,9= 0,057 моль- 4,38 %

Fe 2O 3— 9,66:71,8= 0,1345 моль- 10,33%

Cao- 4,43:  56,1= 0,079 моль- 6,07%

MgO- 1,27: 40,3= 0,0315 моль- 2,42%

Na2O-1,34: 62= 0,02 моль-1,537 %

К2О- 1,95: 78= 0,025 моль- 1,92%

В2О3-1,85:70= 0,026 моль-1,99%

_________________________________

Сумма молей равна 1,301

= 22,34*10-7  град -1

Расхождение между КТР черепка и глазури составляет меньше 10%, что говорит о возможности использования глазури исследуемого состава для глазурования керамического кирпича, выпускаемого АО «Боровичский комбинат строительных материалов».

 

 

 

 

 

 

 

                

Список использованной литературы

1. Справочник. Строительные материалы. Где их можно приобрести. № 24 – М, 2005.
2. Госин Н.Я., Соболев М.А. Производство керамического кирпича. – М.: Стройиздат, 1971.-207с.
3. Комлева Г.П., Комлев В.Г. Основы проектирования заводов по производству ТН и СМ. Иван. Хим.-технол. ун-т. – Иваново, 2004.-111с.
4. Кашкаев И.С., Шейман Е.Ш. Производство керамического кирпича. – М.: Высшая школа,1974.-287с.
5. Сидоренко А.А. Основы проектирования стекольных заводов
6. Технологический регламент завода «Ивстройкерамика». – Иваново, 2001.
7. ГОСТ 530-95.
8. Кондратенко В.А., Пешков В. Н. журнал «Стройпрофиль» № 4 – М, 2004.
9. Информационная система по строительству «Ноу-Хаус.ру» — М, 2006.