СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛАЗУРОВАННОГО КИРПИЧА
METHOD FOR PRODUCING GLAZED BRICKS

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству глазурованного кирпича, применяемого для строительства и облицовки зданий и сооружений.
Известен способ получения глазурованного кирпича, в котором с целью увеличения сцепления с керамическим кирпичом глазурь наносят на поверхность свежесформованного кирпичного бруса с влажностью 18-20% методом пульверизации (под давлением 2 атм.). Глазурованный кирпич подвергается сушке до остаточной влажности 5%. Сушка осуществляется в туннельных сушилках по заводскому режиму. Обжиг глазурованного кирпича производится в туннельной печи в интервале температур 1000-1050°С. Время обжига - 36 ч (см. SU №1560496, С03С 8/04, 1990).
К недостаткам данного способа относится высокая температура и продолжительность процесса обжига глазурованного кирпича.
Известен способ получения глазурованного кирпича, согласно которому на спрессованную и обожженную по ступенчатому режиму керамическую массу кирпича наносят после обжига слой глазури и обжигают при температуре 950°С, при этом, глазурь имеет следующий состав, мас.%: наполнитель - гранулированный ваграночный шлак 38-42; фильтрпрессовые отходы фарфорового производства 16-25; борная кислота 10-14; свинцовый сурик 22-26; оксид бария 2-5; оксид цинка 0,5-2; оксид меди 0,5-2 (см. RU №16162, Е04С 1/40, 2000).
Недостатком этого способа получения глазурованного кирпича является продолжительность процесса и недостаточно прочное сцепление глазури с поверхностью кирпича.
Известен также способ получения глазурованного кирпича, включающий приготовление глазурной массы, ее фриттование, размол фритты, смешивание с водой, нанесение слоем на, по меньшей мере фасадную часть кирпича и обжиг (см. RU №2231511, С04В 41/86, С04В 33/14, С04В 33/32, 2004).
Недостаток этого решения - многооперационность и продолжительность: обжигают кирпич; готовят глазурную массу; фриттуют глазурь (при температуре 1200±10°С); расплавленную фритту гранулируют в проточной воде и смешивают с пигментом - 1-5%, белой глиной - 10%; размалывают в шаровой мельнице, в воде до фракционного состава менее 63 мкм; соответствующие поверхности кирпича, покрывают глазурью методом пульверизации; обжиг кирпича проводят при температуре 700-750°С в туннельной печи с терморадиационными электронагревателями, в течение свыше 4 часов.
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является упрощение производства кирпича - снижение температуры и продолжительности формирования, придание кирпичу высоких декоративных свойств.
Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи выражается в снижении температуры обжига глазури до нижних пределов температуры обжига кирпича, глазурь имеет достаточную вязкость - не стекает при обжиге и ее можно наносить на вертикальные грани кирпича, глазурь прочно закрепляется на поверхности изделия при остывании, не отскакивает и закрывает все поверхностные дефекты граней кирпича и поры, а согласованные коэффициенты температурного расширения обеспечивают высокую морозостойкость. Шихта, нанесенная на кирпич-сырец, не влияет на его процесс высыхания, обеспечивая качественное покрытие как для влажного, так и для высушенного кирпича-сырца.
Поставленная задача решается тем, что способ получения глазурованного кирпича, включающий приготовление глазурной массы, ее фриттование, размол фритты, смешивание с водой, нанесение слоем на, по меньшей мере фасадную часть кирпича и обжиг, отличается тем, что используют глазурную массу, имеющую следующий состав, мас. %: цеолит, фракции - 0,16 мм - 36-54%; NaOH - 5-20%; Na2B4O7 - 5-15%; КОН - 5-15%; микрокремнезем - 1,2-3,2%, суперпластификатор С3 - 0,3-0,8%, вода 18-25%, при этом, после смешивания, готовую шихтуфриттуют, для чего выдерживают два часа при температуре 950-970°С, в литейных печах, после чего полученный расплав гранулируют в воду, затем гранулы перемалывают в воде до фракции - 0,08 мм, после чего глазурь наносят на кирпич сырец и обжигают при температуре 950-970°С, в печах, использующих топливо, которое при сгорании выделяет оксид серы. Кроме того, глазурь наносят на кирпич-сырец распылением сжатым воздухом под давлением не менее 5 атмосфер или нанесением на кирпич слоем, предварительно смешав глазурь с клеем ПВА в пропорции 4:1.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".
При этом совокупность признаков формулы изобретения обеспечивает достижение заявленного технического результата, причем, признаки отличительной части формулы обеспечивают решение комплекса функциональных задач:
Заявленные диапазоны содержания компонентов в глазурной массе, обоснованы экспериментально, при этом каждый из компонентов обеспечивает следующее:
Заявленный диапазон содержания цеолита обеспечивает эффективное плавление глазури в заявленных границах температур, с образованием равномерного слоя глазури на поверхности кирпича. При содержании цеолита менее 36% от массы глазури, она становится подвержена растрескиванию при охлаждении, становится менее и способна стекать с поверхности нанесения, кроме того, глазурь становится мягче, твердость по Моосу падает, а коэффициент термического расширения глазури растет, уходя от значений этого показателя для кирпича, что приводит к отслоению глазури от поверхности кирпича при замораживании-оттаивании. При содержании цеолита более 54%, температура плавления глазури возрастает выше заявленных пределов температур, теряется равномерность слоя глазури на поверхности кирпича.
Признаки указывающие, что используют цеолит, фракции 0,16 мм позволяют снизить продолжительность процесса плавления цеолита, образующего основной объем твердых компонентов шихты.
При содержании NaOH менее 5% эффект схож с эффектом, когда концентрация цеолита превышает 54%. При содержании NaOH более 20% глазурь сильно подвержена поверхностному растрескиванию и отслаиванию от поверхности кирпича. Снизится ее вязкость, что приведет к стеканию глазури с вертикальных поверхностей.
2
4
7
2
4
7
При содержании NaBO менее 5% эффект схож с пониженным содержанием цеолита или NaOH, но добавляется еще повышенная вероятность поверхностного растрескивания. При содержании NaBO более 15%, образовавшаяся в процессе плавления глазурь интенсивно кипит вплоть до охлаждения, из-за чего в полученной глазури имеется большое количество пузырьков газа.
Содержание КОН влияет на состав так же, как и содержание NaOH.
Содержание Микрокремнезема влияет на твердость образовавшегося слоя глазури и на скорость процесса стеклообразования, т.е., при содержании микрокремнезема в составе глазури менее 1.2% глазурь не будет образовываться так интенсивно и плавление составов произойдет в основном на поверхности. При содержании микрокремнезема свыше 3.2% температура плавления глазури возрастает выше заявленных пределов температур.
Содержание суперпластификатора С3 влияет на процесс смешивания шихты. При содержании суперпластификатора С3 менее 0.3% составы будут плохо смешиваться, возможно расслоение шихты и плохое протекание реакций между компонентами, дополнительно потребуется влажный помол шихты, что увеличивает операционный расходы. Повышение содержания суперпластификатора С3 более 0.8% не рационально, так как не оказывает влияние на процесс смешивания и лишь увеличивает расход этой добавки.
Содержание воды в составе влияет на реологические свойства шихты и процесс ее смешивания. Так при содержании воды менее 18% шихта получается сухой, ее компоненты смешиваются не полностью, и сама шихта имеет плохую адгезию к кирпичу-сырцу. При повышении содержания воды более 25% шихта будет слишком жидкой, плохо будет закрепляться на поверхности кирпича-сырца, будет расслаиваться, а также стекать с поверхности нанесения.
Признаки указывающие что после смешивания, готовую шихту фриттуют» позволяют обеспечить возможность использования глазури в печах, использующих топливо, которое при сгорании выделяет оксид серы (например, мазут или уголь).
Признаки указывающие что глазурь «выдерживают два часа при температуре 950-970°С, в литейных печах, после чего полученный расплав гранулируют в воду, затем гранулы перемалывают в воде до фракции 0.08 мм» конкретизируют содержание и режим процесса фриттования, при этом заявленная крупность размола фритты, с учетом ее температуры плавления (меньшими, чем в прототипе) позволяют снизить энергоемкость процесса фриттования.
Признаки указывающие что после фриттования «глазурь наносят на кирпич сырец» обеспечивают совмещение по времени процессов обжига глазури и кирпича.
Признаки указывающие что нанесенную на кирпич сырец глазурь «обжигают при температуре 950-970°С», позволяют и обжечь сами кирпичи и обжечь глазурь, температура обжига которой, задается составом шихты глазури и содержанием ее компонентов.
Признаки указывающие, что обжиг производят «в печах, использующих топливо, которое при сгорании выделяет оксид серы» обеспечивает возможность реализации способа в печах имеющих достаточно широкое распространение.
Признаки указывающие, что «глазурь наносят на кирпич-сырец распылением сжатым воздухом под давлением не менее 5 атмосфер или нанесением на кирпич слоем, предварительно смешав глазурь с клеем ПВА в пропорции 4:1» обеспечивают достаточную адгезию глазури с кирпичом на период до завершения обжига кирпича.
2
4
7
Способ получения глазурованного кирпича, включает приготовление глазурной шихты, заявленные компоненты которой берутся в заявленных пропорциях (мас. %: цеолит, фракции - 0,16 мм - 36-54%; NaOH - 5-15%; NaBO - 5-12%; КОН - 5-10%; микрокремнезем - 1,2-3,2%, суперпластификатор С3 - 0,3-0,8%, вода 18-25%) и смешиваются в следующей последовательности:
- вначале, в воде смешиваются все компоненты глазурной шихты, (кроме цеолита), пока они полностью не растворятся в воде.
- далее, в полученную суспензию добавляют цеолит и повторно смешивают состав до получения однородной массы.
Для печей, обжиг в которых осуществляется за счет сжигания мазута или угля, или других видов топлива, которые при сгорании выделяют оксид серы, глазурь необходимо фриттовать, т.к. в противном случае шихта впитывает оксид серы и ее химический состав нарушается.
Фриттование глазури выглядит следующим образом:
- приготовленную вышеописанным образом глазурную шихту обжигают в литейной печи при температуре 950-970°С в течении двух часов;
- полученный расплав гранулируют в воду;
- гранулы перемалывают в шаровой мельнице до фракции - 0,08 мм.
После фриттования и размалывания глазурь готова к применению на туннельных печах, использующих топливо, где достигается температура обжига 950-970°С и выше, а зола не просыпается напрямую на поверхность керамического изделия.
После фриттования и размалывания глазурь наносят на, по меньшей мере, фасадную часть кирпича сырца (целесообразно, на ложок, тычок и на часть постелей кирпича, соприкасающихся с ложком и тычком, причем часть постелей с нанесенным слоем глазури составляет до 10-20% от их поверхностей). Для нанесения глазури можно использовать напыление под давлением 5 и более атмосфер. Так же глазурь можно наносить на высушенный кирпич-сырец, предварительно смешав глазурь с клеем ПВА в пропорции 4:1.
Далее обжиг кирпича производят при температуре 950-970°С, в печах, использующих топливо, которое при сгорании выделяет оксид серы. Время обжига 19 часов, при этом время подъема температуры до 950-970°С составляет не более 3 часов и время последующего охлаждения составляет 8-10 часов. Кирпич можно доставать из печи, когда его температура не превышает 100°С.
В результате получают глазурованный кирпич, при этом:
1. Глазурь разработана из учета, что средняя максимальная температура обжига кирпича составляет 950-970°С, и потому, при данной температуре глазурь формирует на поверхности керамического кирпича покрытие, которое при остывании образует гладкую стеклокристаллическую декоративную поверхность.
2. Глазурь не стекает при обжиге и ее можно наносить на вертикальные грани изделия, причем, глазурь прочно закрепляется на поверхности изделия и при остывании и не отскакивает.
3. Полученная глазурь закрывает все поверхностные дефекты граней кирпича, и позволяет характеризовать его как лицевой.
4. Испытания на морозостойкость глазури показали, что глазурь не отскакивает и не образует высолов при многократном замораживании и оттаивании. Минимальная морозостойкость глазури F50, но не боле чем морозостойкость кирпича, т.к. глазурь хрупка и при разрушении подложки (кирпича) разрушается вслед за ним.
К преимуществам данного глазурованного кирпича можно отнести:
1. Низкие суммарные энергозатраты его получения (глазурь можно наносить на кирпич-сырец).
2. Высокодекоративный внешний вид - кирпич покрыт стеклянным слоем темно-зеленого цвета, а в близи имеет темно-изумрудный цвет.
3. Глазурь закрывает поры кирпича и через толщу стены не проникают микроорганизмы и грибки.
4. Глазурь предотвращает намокание кирпича атмосферной влагой.
5. Высокая прочность сцепления глазури и керамики не позволяет глазури отскакивать и разрушаться, а согласованные коэффициенты температурного расширения обеспечивают высокую морозостойкость.
6. Глазурь обеспечивает керамическому кирпичу наличие лицевых граней, что позволяет классифицировать его как лицевой.
7. Шихта, нанесенная на кирпич-сырец, не влияет на его процесс высыхания, обеспечивая качественное покрытие как для влажного, так и для высушенного кирпича-сырца.
Примеры конкретного исполнения
2
4
7
1. Состав глазурной шихты, мас. %: Цеолит Чугуевского месторождения - 54%; NaOH - 9%; NaBO - 5%; КОН - 9%; Микрокремнезем - 2.5%; Суперпластификатор С3 - 0.5%; Вода - 20%.
Шихту фриттуют, размалывают до фракции - 0,08 мм наносят напылением под давлением 5 атмосфер, тонким слоем, не более 0.5 мм, иначе возможно возникновение дефектов (вздутий, кратеров, трещин). Это наиболее экономичный состав по количеству вводимых добавок. Глазурь имеет насыщенный зеленый цвет.
2
4
7
2. Состав глазурной шихты, мас. %: Цеолит Чугуевского месторождения - 44.7%; NaOH - 10%; NaBO - 10%; КОН - 10%; Микрокремнезем - 2%; Суперпластификатор С3 - 0.3%; Вода - 23%. Остальные технологические операции соответствуют примеру 1.
Шихта в сыром виде более подвижная чем первый состав, можно наносить слоем не более 0.8 мм, чтобы избежать возникновения дефектов и подтеков. Цвет глазури насыщенный темно-зеленый.
2
4
7
3. Состав глазурной шихты, мас. %: Цеолит Чугуевского месторождения - 41.4%; NaOH - 15%; NaBO - 10%; КОН - 10%; Микрокремнезем - 3%; Суперпластификатор С3 - 0.6%; Вода - 20%
Шихта средней пластичности, можно наносить слоем до 1.5 мм. Благодаря толщине слоя поверхность глазури получается очень ровной и гладкой. Цвет темно-зеленый, ближе к черному.