Проблемы полусухого прессования кирпича // Строительные материалы. 2005. № 2.

Авторы: 
Шлегель И. Ф. - канд. техн. наук, доктор, профессор РАЕН, генеральный директор ООО «ИНТА – СТРОЙ» г. Омск. 

В 50х – 70х годах прошлого века способ полусухого прессования при изготовлении кирпича нашел широкое распространение. Он выгодно отличается от пластического формования отсутствием процесса сушки кирпича-сырца на сушильных вагонетках, что значительно упрощает и удешевляет кирпичное производство. 

Прессование кирпича осуществляется на многопозиционных прессах различных конструкций, в которых как правило, применяется объемное дозирование, а количество одновременно прессуемых изделий равно четырем и более. 

Как уже отмечалось  [1]  при одновременном прессовании 4х кирпичей и объемном дозировании невозможно обеспечить одинаковое заполнение всех форм смесью, а недопрессовка при сжатии составляет до 10% от высоты изделия (Рис. 1)

Рис. 1. Схема многопозиционного прессования. Нтрк – требуемая высота изделия для обеспечения оптимальной плотности (ρ опт); Нф – фактическая высота изделия; DН – недопрессовка изделия; 3 – нормальная прессовка; 1,2,4 – пониженная плотность прессовки.

Для кирпичных глин известна (2) следующая зависимость (Рис.2)

Рис. 2. Зависимость прочности кирпича (σсж) от его плотности (ρ): σmin – минимальная прочность, установленная ГОСТ 530-80; ρmax – максимальная плотность, реализуемая на существующих прессах; ρmin – минимальная плотность, обеспечивающая стандартное качество.

Как видно из рис. 2 уменьшение плотности прессовки (ρ) ниже 0,80 ведет к снижению прочности изделий ниже допустимой. 

Учитывая то, что при объемном дозировании ошибка составляет ±5% [2] и, по теории вероятности, имеет место нормальное распределение недопрессовки DН, а фактическая высота Нф настраивается по максимально вероятному объему, получим следующую номограмму (Рис. 3)
 

Рис. 3. Номограмма вероятности распределения количества кирпича N с различной степенью недопрессовки DН и соответствующей плотностью ρ: ρmin– минимальная плотность ниже которой кирпич имеет прочность ниже 7,5 МПа (σmin); А – высокое качество; Б – качество в пределах стандартов.

Как видно из номограммы, при многопозиционном прессовании и объемном дозировании, только 30% кирпича получают в пределах стандартов, из них всего 5% высококачественного кирпича.

Теперь становится понятным, почему в лабораторных условиях, при раздельном прессовании образцов получают очень высокое качество, недостижимое в производственных условиях.

Недопонимание процессов, происходящих при многопозиционном прессовании привело к трагической ошибке в методике прессования, что заставило технологов в течении ряда лет бороться с низкой плотностью сырца различными методами.

Однако с методическими ошибками невозможно бороться обычными технологическими приемами и качество кирпича полусухого прессования оставалось низким, особенно низка была его морозостойкость, определяемая рыхлой структурой. 

В те годы не смогли разобраться с причинами низкого качества кирпича полусухого прессования, и по страницам учебной и научной литературы стало гулять расхожее утверждение, что сам способ полусухого прессования дает низкокачественный и неморозостойкий кирпич.

В связи с тем, что некоторые авторы не утруждают себя анализом причин, а переписывают ложные утверждения друг у друга, в настоящее время сложилось устойчивое мнение о бесперспективности способа полусухого прессования.

Передо мной учебник «Строительные материалы», изданный всего 2 года назад. О способе полусухого прессования написано всего 6 строк, в которых сделано 6 ошибок, не в пользу этого способа.

Между тем, в огнеупорной промышленности способ полусухого прессования получил повсеместное распространение, а о пластическом формовании там уже начали забывать. Громадные преимущества полусухого прессования там реализованы на тех же прессах, но при прессовании 1 – 2 изделий. При этом качество огнеупорного кирпича несравненно выше, чем строительного кирпича.

Однако реализация этого метода в промышленности строительных материалов невозможна из-за низкой производительности.

Выход из этой ситуации очевиден – или изменение конструкции многопозиционного пресса или создание однопозиционного пресса с производительностью не менее 6 млн. шт. кирпича в год.

В связи с тем, что многопозиционные прессы обладают большими габаритами и металлоемкостью, наиболее перспективным, на наш взгляд, является однопозиционный пресс.

Работа над таким прессом нами ведется с 1990 года [3] с некоторыми перерывами, и в настоящее время такой пресс спроектирован (Рис. 4).

Рис. 4. Пресс вакуумный ШЛ-303Б: 1. Маховик с электроприводом; 2. Эксцентрик; 3. Кулиса; 4. Главный шатун; 5. Промежуточный шатун; 6. Камера прессования; 7. Прессующий ползун; 8. Шибер; 9. Дозатор; 10. Станина.

При разработке пресса пришлось столкнуться с рядом вопросов, которые были успешно разрешены путем проведения теоретических и экспериментальных исследований  [4] .

Во-первых, при однопозиционном прессовании цикл сокращается в 4 раза, приближаясь к условиям динамического прессования. В этом случае значительно сокращается свободный выход воздуха, что предопределяет вакуумирование пресс-порошка. Поэтому в прессе ШЛ-303Б предусмотрена вакуумная предкамера, а дозатор и заслонка выполнены с соответствующими уплотнениями.

Во-вторых, для сокращения цикла был применен способ прессования «кирпич в кирпич»  [5] , что позволило удаление отпрессованного кирпича производить в направлении прессования и избавиться от применения подпрессовочного поршня.

Создание противодавления обеспечивается специальным устройством [6].

В-третьих, применение частотно-регулируемого привода позволяет регулировать цикл прессования в пределах 1,5 с до 3,0 с, что важно для установки пресса в автоматизированной технологической линии ШЛ-300. Часовая производительность пресса в этом случае составит от 2600 шт/ч до 1300 шт/ч. Максимальный годовой выпуск на одном прессе составит 18 млн. шт., однако на линии ШЛ 300, производительностью 12 млн. шт. кирпича в год предусмотрена установка двух таких прессов, при условии их поочередной работы.

Проведенные модельные исследования пресса ШЛ-303Б позволили сделать вывод о его высоких технологических характеристиках и о перспективе возрождения способа полусухого прессования в кирпичной промышленности при помощи этого пресса. Для специалистов огнеупорной промышленности пресс ШЛ-303Б также представляет интерес, так как применение высокого удельного давления и вакуумирования позволяет получить высокую плотность прессовки и прочность обожженных изделий в пределах 30-60 МПа и более.

Список литературы: 

1. Шлегель И.Ф. Пресс полусухого прессования ШЛ-303А//Строит. Материалы. 2003. №2.
2. Шлегель И.Ф., Ротачев В.А., Гейдт А.А. и др. Отчет о научно исследовательской работе, СибАДИ, 1987. 179 с. 
3. Шлегель И.Ф., Чепелюк Н.З. Технология производства кирпича//Строит. Материалы. 1993. №5. С.10-11. 
4. Тарасов В.Н., Шлегель И.Ф. Теория прессования однородной порошковой смеси /Материалы 3-й Международной научно-технич. Конференции «Динамика систем, механизмов и машин». ОмГТУ, 1999. 490 с. 
5. Шлегель И.Ф. Способ непрерывного полусухого прессования керамических изделий и устройство для его осуществления Патент №1838101, опубл. 30.08.1993 Бюл. №32. 
6. Шлегель И.Ф. Устройство полусухого прессования керамических изделий Патент №2198786, опубл. 20.02.2003 Бюл. №5.