НИИКЕРАМ
НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ КЕРАМИКИ

В настоящее время наблюдается спад в строительстве, связанный с мировым кризисом. Возрастает конкуренция на рынке строительных материалов. Сегодня мы поговорим о керамическом кирпиче, точнее как обеспечить его качество. На вопросы корреспондента "Строительной газеты" отвечает генеральный директор ООО "НИИКЕРАМ", кандидат технических наук Езерский Владимир Александрович.

- Владимир Александрович, скажите, от чего зависит качество керамического кирпича?

- Основные факторы: свойства глины и технология разработки карьера, качество испытания глины и технология производства, качество оборудования и организация производства, квалификация работников и их зарплата и т.д.

- На какие из этих факторов недостаточно обращается внимание?

- На свойства глины повлиять можно только в течение миллионов лет, которых как Вы понимаете, у нас нет. Проекты разработки карьера довольно часто не учитывают особенности глинистого сырья, параметры технологии керамических изделий из этого сырья. Что касается оборудования, в настоящее время существует очень большой выбор - от совершенного оборудования ведущих производителей до оборудования весьма сомнительного качества. Я не хочу заниматься здесь рекламой. На этот вопрос можно получить ответ, если сделать анализ работы заводов, построенных с использованием того или иного оборудования, их количество, получить отзывы отраслевой науки и производственников, эксплуатирующих это оборудование и многое другое.
Уровень квалификации всех работников, в особенности - главного инженера, главного технолога, главного энергетика, начальника КИПиА безусловно влияет на качество продукции. Кадровый вопрос, по-моему, всегда был сложным в нашей отрасли.
Серьезная проблема на наш взгляд в качестве испытания глины и правильности разработки технологии производства керамических изделий. Довольно часто встречаются результаты испытания глин и разработки технологического регламента на неквалифицированном уровне.
Приступая к строительству нового кирпичного завода или реконструкции действующего производства в обязательном порядке необходимо провести полные испытания глины и разработать технологический регламент производства.

- Каким образом качество проведения испытания глины влияет на конечный результат - качество выпускаемой продукции?

- Глина - это сложная по своему минеральному составу порода, что и определяет ее основные технологические свойства. Испытание глины начинается с отбора представительной технологической пробы. Довольно часто Заказчики относятся к этому несерьезно.
Мне иногда попадают на заключение отчеты об испытании глин других лабораторий, в которых об отборе пробы вообще ничего не сказано. Представьте себе, что проба оказалась непредставительной и в основной своей массе глина обладает совершенно иными свойствами. В этом случае даже при квалифицированных лабораторных испытаниях не удается получить продукцию, соответствующую желаемым технологическим требованиям, либо выйти на проектную мощность, например из-за неправильного определения срока сушки или обжига.
К той же ситуации приводит и низкое качество проведения испытаний глины. Когда какая-то лаборатория предлагает Заказчику провести испытания глины, он не знает - насколько они будут результативны, если не работал с этой лабораторией раньше. Потом, когда работа выполнена, оплачена и не дала результата - это уже поздно обсуждать.
Мы рекомендуем, прежде чем заключать договор с Исполнителем обязательно получить информацию об опыте ведущих сотрудников, их квалификации, опыте работы в данной области, наличии современного лабораторного оборудования, методик проведения таких работ. Заказчика должно насторожить, если ему предлагают выполнить полные испытания глины за пару недель, предлагают прислать 10-15 кг глины, даже не интересуясь, каким образом она была отобрана. Тем более, нужно остерегаться таких "специалистов", которые по химическому составу или какому либо другому признаку готовы выдать все технологические режимы производства кирпича и перечень необходимого оборудования.
Прежде чем приступать к проектированию завода по выпуску керамического кирпича или черепицы необходимо тщательно изучить свойства глинистого сырья, разработать в лабораторных условиях предварительный технологический регламент, и главное - определить каким образом будут организованы все переделы производства, а именно:
Во-первых, организация добычи глины. К сожалению, проект разработки карьера выполняют, как правило, проектировщики без участия технологов - разработчиков технологического регламента производства. При этом зачастую, вопрос водоотвода оказывается гораздо важнее, чем учет отличий свойств глинистого сырья по глубине и по площади залегания, отличий, именно с технологической точки зрения. Это - парадокс. Проблема возникает сразу, как только начинается выпуск продукции. Главный технолог завода совместно с начальником карьера методом проб и ошибок пытаются решить эту проблему. Иногда это удается, иногда нет.
Рекомендации по разработке карьера обязательно должны быть учтены в проекте его разработки. Различные разновидности глин больше или меньше применимы для определенного вида изделий. Например, если для производства клинкерного кирпича повышенное содержание в глине органики, тонкодисперсного кальцита и доломита создает проблемы, то при производстве поризованного кирпича это оказывается преимуществом. Так, при испытании одной из украинских мергелистых глин удалось получить поризованный кирпич со средней плотностью 750-800 кг/м3 без использования выгорающих добавок. При этом прогнозируемая марка изделий - М100!
Или, при испытании нескольких разновидностей глин, например, из Якутии, установлено, что они имеют в своем составе совершенно различное содержание водорастворимых солей. Соответственно, для производства лицевого кирпича были выбраны разновидности с меньшим содержанием солей и т.д.
В проекте разработки карьера в обязательном порядке необходимо учитывать технологические особенности разновидностей глинистого сырья, преимущественную применимость этих разновидностей для изготовления тех или иных видов продукции.
Во-вторых, должна быть установлена необходимая степень переработки глинистого сырья с учетом его засоренности крупными каменистыми и, в особенности, карбонатными включениями, минералогического и гранулометрического состава и т.д. В результате должен быть определен набор оборудования, обеспечивающего заданную степень переработки глины.
В-третьих, в результате проведения испытаний глины необходимо разработать оптимальный состав шихты. Это одна из самых главных задач всей работы.
Состав шихты разрабатывается с учетом всех физико-химических и технологических свойств глины, видов продукции, экономики и многих других условий. Состав шихты определяется во взаимосвязи с технологическими параметрами производства и требуемыми свойствами готовых изделий. По одной из работ пришлось провести опробование нескольких десятков составов шихты, пока был найден оптимальный состав.
В-четвертых, изучить формовочные свойства шихты. Поведение шихты при формовании в определяющей степени зависит от минералогического и гранулометрического составов основной глины. Кроме того, в значительной степени оно зависит от вида используемых добавок. Наиболее часто возникающие проблемы - свиль и "драконов зуб".
Формовочная влажность, давление в головке пресса, степень разрежения в вакуум-камере, пластическая прочность бруса - все эти факторы должны быть изучены на этой стадии проведения испытаний.
В-пятых, изучить отношение сырца к сушке. Эта часть работы по сложности и, соответственно, по трудоемкости самая значительная, в особенности, при разработке технологии полнотелого кирпича либо кирпича с малой пустотностью. Иногда она составляет 60-80 % от всего объема работ.
Основные показатели, которые должны быть определены и проанализированы - сушильная усадка, показатель чувствительности к сушке, предел прочности при изгибе высушенных образцов, показатель трещиноватости, критическая влажность.
В-шестых, изучить процессы, происходящие при обжиге. Для этого необходимо определить все потери массы в глине по температурным диапазонам, провести испытания спекаемости, огнеупорности, определить усадку, провести дилатометрические и дифференциально-термические исследования. Обжиговые свойства глины должны быть настолько изучены, что мы должны хорошо представлять - какие процессы происходят в любой зоне печи.
В-седьмых, провести определение свойств обожженных образцов или изделий и сделать прогноз всех основных технологических параметров производства и физико-механических показателей продукции.

- Какова стоимость проведения работ по испытанию глинистого сырья и от чего она зависит?

- Стоимость работ по испытанию глинистого сырья зависит, прежде всего, от объема работы: количества представленных проб глины, ее разновидностей, видов продукции, сроков проведения работы и др. Например, если в одном случае месторождение глинистого сырья представлено 1-2 разновидностями, а в другом 4-5, то понятно, что объемы работ будут совершенно разные. Также и по видам продукции - лицевой кирпич, поризованные изделия, клинкерный кирпич, черепица. Но Вы, вероятно, неспроста задали этот вопрос, он иногда влияет на решение производственников - проводить или не проводить полные испытания глины.
Я Вам приведу один пример. В химической технологии разработка технологического регламента производства стоит до 7 % от стоимости оборудования, у нас она составляет - всего 0,05-0,07 %, т.е. в сто раз меньше. В условиях сокращения запасов высококачественного глинистого сырья, повышения требований к качеству продукции, расширения ее ассортимента это неоправданно низкая цена. Но она формируется многими факторами, один из них - предложения неквалифицированных лабораторий испытать глину по низкой цене и в сжатые сроки.

- Вы акцентировали внимание на отборе представительной пробы глины для проведения лабораторных испытаний. Оказываете ли Вы помощь в этом?

- Да, безусловно. При прочих равных условиях работа более результативна, если мы сами осуществляем отбор проб. Сначала мы изучаем геологию месторождения, для чего нам нужно предоставить отчет о геологоразведке месторождения. Затем определяем необходимый объем работы: количество и схему бурения скважин, тип буровой установки и только после этого осуществляем отбор проб глины.

- Как Вы считаете, насколько перспективен поризованный кирпич?

- Поризованный кирпич, или как еще его называют поротон, безусловно, перспективный стеновой материал. Считается, что керамика по комфортности и экологичности уступает только дереву. А если дерево пропитано средствами от гниения, горения, жучков и т.д.? При нынешнем небольшом объеме выпуска этих изделий проектировщики и потребители пока не спешат его закладывать в свои проекты. Но почти все вновь проектируемые заводы предусматривают выпуск поротона. Этот материал имеет свое назначение - внутренние и наружные стеновые конструкции без использования в качестве лицевых изделий.
Низкая плотность, соответственно уменьшенная масса стеновых ограждений и нагрузка на фундаменты, высокая теплоэффективность и комфортность, экономичность при производстве и строительстве, низкая сорбционная влажность, небольшой коэффициент термического расширения - вот некоторые преимущества поротона.

- Вы много сказали о глине. Что Вы можете сказать о способах производства кирпича? В публикациях, в Интернете встречается информация о том, что при использовании способа полусухого прессования - оборудование стоит в 2-2,5 раза дешевле, стоимость кирпича в 2 раза меньше, а его качество выше, чем при способе пластического формования.

- Действительно, такая информация встречается. Если позволите, остановимся подробнее на этом вопросе.
Прежде всего и самое главное - выбор способа производства определяется свойствами исходного глинистого сырья. Мы проводили испытание глины месторождения, расположенного в Гродненской области, Республика Беларусь. Лабораторные и опытно-промышленные испытания проводились по пластическому, жесткому и полусухому способам. По пластическому способу получили кирпич М150-175, по полусухому способу были получены отрицательные результаты по причине брака из-за перепрессовочных трещин, а по жесткому способу был получен кирпич с прочностью при сжатии 500 кг/см2 и морозостойкостью более 100 циклов, без единой трещины. Соответственно, был выбран жесткий способ формования.
И все же сравним наиболее распространенные способы - пластический и полусухой. Основным недостатком способа пластического формования является длительная сушка сырца в особенности при высокой чувствительности к сушке глины, образование трещин в сушке. Решаются эти проблемы совершенствованием конструкции сушилки, подбором оптимальных режимов сушки, использованием добавок - отощителей или глин понижающих чувствительность к сушке. Но этот способ обладает и рядом преимуществ. Основные из них: широкий ассортимент продукции - от поризованной керамики с пустотностью 50 % и с плотностью до 700-800 кг/м3 до полнотелого клинкерного кирпича с плотностью до 2200-2300 кг/м3, получение кирпича с высокой маркой и морозостойкостью, отработанность технологии, как самой распространенной в мире, большой выбор оборудования.
Что касается способа полусухого прессования - его целесообразно использовать только при явных преимуществах, установленных в результате испытаний глины, более экономично его также использовать в южных районах, например в Средней Азии, где имеет место низкая карьерная влажность глины.
Рассмотрим типичные заблуждения при обсуждении способа полусухого прессования неспециалистами:
Заблуждение первое - "не требуются затраты на энергоносители для сушки" - обязательно требуются. Большую часть влаги из глины (с карьерной влажности 18-22% до формовочной 8-10%) при этом способе удаляют в сушильном барабане, в котором нет возможности использовать горячий воздух от печи. При пластическом способе влага удаляется из сырца, при этом - 80 % тепла, необходимого на сушку, используется от системы рекуперации печи и только 20 % - от теплогенераторов.
Заблуждение второе - "отсутствует отделение для сушки кирпича, которое обычно занимает довольно большое пространство" - для получения качественного кирпича при полусухом способе сушка обязательна, ее осуществляют либо в туннельных сушилках на печных вагонетках, либо в люлечных сушилках. Заводы, на которых не были построены сушилки, а сушка кирпича выполнялась в предпечи, давно исправили эту ошибку.
Заблуждение третье - "сушильные вагонетки отсутствуют". Да, недорогие сушильные вагонетки отсутствуют, но, парк дорогих обжиговых вагонеток увеличивается вдвое по сравнению со способом пластического формования.
Заблуждение четвертое - "не требуется ввод в глину добавок для улучшения сушильных свойств кирпича" - требуется, конечно, при наличии проблем в сушке, а они имеют место, хотя и реже чем при пластическом способе.
Заблуждение пятое - "оборудование для полусухого прессования стоит в несколько раз дешевле потребляет значительно меньше электроэнергии, занимаемая площадь значительно меньше" - площадь сушилки, конечно меньше при способе полусухого прессования, но общая площадь зависит от производительности цеха. Например, при производительности 60 млн.кирпича в год при пластическом способе устанавливается один шнековый пресс, один автомат резки и один автомат-садчик, а при полусухом способе не менее 8-10 прессов СМ-1085 и, соответственно, столько же автоматов-садчиков и обслуживающего персонала, не говоря уже о сложностях в транспортной схеме. При этом техническое обслуживание и ремонт одного пресса для полусухого прессования даже несколько выше, чем пресса для пластического формования. В итоге никакого сокращения как площадей, так и стоимости оборудования нет. Нетрудно подсчитать, во что обойдется эксплуатация такого прессового отделения, каковы будут затраты электроэнергии и т.п.
Заблуждение шестое - "даже при наличии в глине солей, они не выступают на поверхности кирпича" - действительно, выход водорастворимых солей на поверхность кирпича уменьшается, так как формовочная влажность низкая. Но для всех способов необходимо предусматривать меры по устранению высолов. Если в глине высокое содержание водорастворимых солей и они не вышли на поверхность кирпича при сушке, это не значит, что они не появятся в кладке. Это определяется испытанием изделий после обжига на капиллярный подсос.
Заблуждение седьмое - "нет проблем с переработкой высококарбонатных глин" - как раз наоборот, именно высококарбонатные глины, т.е. засоренные крупными карбонатными включениями, трудно переработать при полусухом способе производства. Для прессования необходимо чтобы пресспорошок имел определенный гранулометрический состав, как правило, верхний предел его крупности составляет 3 мм. При таком измельчении карбонатные включения размером 2-3 мм дадут после обжига отколы размером до 10-15 мм. Если же мы измельчим пресспорошок до фракции менее 0,5-0,7 мм, то из большинства глин просто не удастся спрессовать сырец - из такого тонкодисперсного порошка плохо удаляется воздух при прессовании и появляются перепрессовочные трещины.
Добавьте к этому сравнению необходимость постоянного обновления сложных и дорогостоящих прессформ для каждого пресса, необходимость установки сложных систем пылеочистки, более высокую температуру обжига при способе полусухого прессования, и Вы имеете представление о преимуществах и недостатках рассматриваемых способов.

- В чем особенности жесткого способа формования? Почему он не получил широкого распространения в России?

- Для изготовления изделий этим способом необходимо чтобы глинистое сырье обладало низкой чувствительностью к сушке и малой усадкой. По результатам наших испытаний сушильная усадка при использовании этого способа не должна превышать 4-5 %. Такие глины в России распространены мало.
Карьерная влажность глинистого сырья в средней полосе находится в диапазоне 18-24 %, формовочная влажность составляет 12-15 %, поэтому еще одним недостатком данного способа по сравнению с пластическим формованием является необходимость устройства отделения подсушки сырья. Кроме того, некоторой проблемой является формование изделий с повышенной пустотностью.
Зато по способу жесткого формования можно получать изделия с весьма высокими прочностными показателями, я уже приводил пример по Гродно.

- Приведите один-два примера интересной работы из Вашей практики.

- Интересной работой было освоение производства клинкерного кирпича на Обольском керамическом заводе. Правительство Республики Беларусь приняло решение о восстановлении Августовского канала, на котором использован клинкерный кирпич. Работу по испытанию глины и определению состава шихты и параметров производства нужно было провести в сжатые сроки. Проблемой было то, что в глине, которую использует завод, содержится повышенное количество кальцита, которое приводит к уменьшению интервала спекания клинкера. Испытания проводили почти одновременно в лабораторных и заводских условиях. Получен клинкерный кирпич марки М400-700, морозостойкостью не менее 350 циклов. Надо отметить высококвалифицированный подход к этой работе Аксеновой Валентины Андреевны - зам.директора по производству Обольского керамического завода.
В большинстве случаев испытания глинистого сырья непросты. Остановлюсь еще на одной работе, которая потребовала много сил и времени. Месторождение достаточно неоднородное, сложное по своему геологическому строению. Глина засорена крупными каменистыми включениями - карбонатами размером от 4 до 30 мм, низкой и средней твердости, а также кварцем, полевыми шпатами, железистыми соединениями, песчаником размером до 16 мм низкой и средней твердости. Присутствует также включения обломочного материала размером до 60-80 мм. Засоренность по некоторым пробам достигает 8-12 %. В то же время глина содержит достаточно глинистого вещества в своем составе для производства кирпича. Нами был выполнен большой объем по пластической подготовке шихты. Пришли к выводу - либо нужно отказаться от использования данного месторождения, либо применить дорогостоящую сухую подготовку глины. Провели соответствующие испытания. В результате в настоящее время разрабатывается проект строительства завода мощностью 60 млн. кирпича в год с сухой подготовкой глины и последующим пластическим формованием сырца. Результаты наших испытаний анализировали несколько технологических и проектных организаций, в том числе иностранных, и все согласились с обоснованностью выбора такого способа подготовки глины.

- Есть ли у Вас в "заначке" творческие идеи, мысли на будущее?

- Конечно есть. Правда, источников финансирования нет.
Основная часть глинистого сырья, применяемого для производства керамического кирпича, обладает высокой чувствительностью к сушке. Традиционно для улучшения сушильных свойств таких глин применялись отощители: опилки, песок, шамот, шлак и другие отходы различных производств. В случае, если в сырье содержится достаточно большое количество глинистого вещества, применение этих отощителей оправдано с технологической точки зрения. Однако, при этом поверхность кирпича ухудшается, становится не гладкой. При использовании тощих глин применение грубодисперсных добавок снижает марочность кирпича, морозостойкость и др. свойства. В связи с этим для улучшения сушильных свойств глинистого сырья мы проводим работы по применению волокнисто-армирующих добавок и подбору оборудования для их подготовки.
Есть наработки по технологии производства пористого керамического кирпича и блоков плотностью 400-600 кг/м3 методом вспенивания шликера и высокотемпературного вспучивания. Но эта работа требует значительных ресурсов и времени.

- Большое спасибо, Владимир Александрович, за беседу. Надеюсь те вопросы которые мы с Вами затронули будут весьма полезны как для специалистов, так и для бизнесменов, которые собираются вложить деньги в производство керамического кирпича. Желаю Вам успеха на благородной ниве исследования глинистого сырья.

- От коллектива "НИИКЕРАМ" также хочу поблагодарить редакцию "Строительной газеты" за помощь в освещении актуальных проблем технологии кирпичного производства. Главная задача - повышение качества кирпича. И когда мы видим, что наши общие усилия находят реальное воплощение, это становится самой большой наградой за проделанную работу.