Производство керамической черепицы: оборудование и технология

Керамическая черепица является надежным кровельным материалом, имеющим широкое распространение в Западной, Центральной и Восточной Европе, Скандинавии, странах Азии, в Северной и Южной Америке. Везде, где выпадают осадки в виде дождя или снега, для покрытия жилых домов используют преимущественно керамическую черепицу.

В настоящее время объем производства керамической черепицы в мире составляет более 2,5 млрд кв. м и имеет позитивную динамику. По удельному объему кровля из керамической черепицы занимает ведущие позиции, составляя 33% от общей площади кровельных покрытий.

Потребность современного российского строительного комплекса в керамической черепице в настоящее время не обеспечивается полностью внутренними производителями. Достаточно актуальной является задача развития регионального производства черепицы на основе местного сырья.

Достоинствами керамической черепицы являются: 

• срок службы более 100 лет;
• ремонт покрытия, как правило, может потребоваться только через 20 лет после монтажа;
• благодаря свойствам глины покрытие обладает высокими теплоизоляционными и шумоизоляционными свойствами;
• красивый внешний вид;
• прочность и огнеупорность;
• черепица не выделяет вредных веществ.

Недостатками керамической черепицы являются: 

• значительный вес;
• высокая стоимость, которая покрывается только повышенным сроком эксплуатации;
• невозможность механизации монтажных работ; увеличение расходов на обустройство стропильной системы на 20%, но при этом очень высоко оценивается надежность покрытия;

Производят следующие виды керамической черепицы:

• пазовая штампованная (пазовая);
• желобчатая («голландская» или S-образная);
• «монах»-«монашка»;
• коньковая;
• плоская («бобровый хвост»);
• желобчатая («монастырская» или «римская»).

Технология производства керамической черепицы

Требования с сырью для производства керамической черепицы

Глины, применяемые для производства черепицы, должны удовлетворять следующим требованиям:

• отсутствие крупных включений гальки (более 0,3 мм) и известняка;
• достаточная пластичность, обеспечивающая хорошую формуемость масс, при введении добавок в количестве не более 20%;
• малая чувствительность к сушке;
• хорошая спекаемость.

Подготовка формовочной массы для производства керамической черепицы

В какой бы период глина не добывалась, она обязательно должна перезимовать. Глиняные гряды складывают на поверхности земли: осенью в них скапливается вода, зимой она промерзает, весной оттаивает; так глина обретет необходимые для производства черепицы качества прочности.

Далее глину необходимо предварительно очистить от постоянных включений и хорошо замочить. При использовании высокопластичного сырья в массу вводят отощители, такие как шамот, песок, дегидратированная глина, в случае же применения малопластичного сырья добавляют пластичную глину. Состав массы подбирается индивидуально опытным путем, при этом величина воздушной усадки не должна превышать 7%.

Технологии

В настоящее время для производства керамической черепицы применяются следующие технологии: пластическое формование, метод полусухого прессования, жесткое формование, шликерный способ.

• Пластический способ – исходные материалы при естественной влажности или предварительно высушенные смешивают с добавками воды до получения теста с влажностью от 18 до 28%. Этот способ производства керамических материалов является наиболее простым, наименее металлоемким и поэтому наиболее распространенным. Он применяется в случаях использования среднепластичных и умереннопластичных, рыхлых и влажных глин с умеренным содержанием посторонних включений, хорошо размокающих и превращающихся в однородную массу.
• Полусухой способ производства распространен меньше, чем способ пластического формования. Керамические изделия по этому способу формуют из шихты влажностью 8-12% при давлениях 15-40 МПа. Недостаток способа в том, что его металлоемкость почти в 3 раза выше, чем пластического. Но в то же время он имеет и существенные преимущества. Длительность производственного цикла сокращается почти в 2 раза; изделия имеют более правильную форму и точные размеры; до 30% сокращается расход топлива; в производстве можно использовать малопластичные тощие глины с большим количеством добавок отходов производства – золы, шлаков и др.
• Сухой способ производства керамической черепицы является разновидностью современного развития полусухого производства изделий. Пресс-порошок при этом способе готовится с влажностью 2-6%. При этом устраняется полностью необходимость операции сушки.
• Шликерный способ применяется, когда изделия изготавливаются из многокомпонентной массы, состоящей из неоднородных и трудноспекающихся глин и добавок, а также когда требуется подготовить массу для изготовления изделий сложной формы методом литья из исходной массы с содержанием воды до 40%.

Глинистое сырье последовательно проходит через все глиноперерабатывающие машины – ящичный питатель с глинорыхлителем, камневыделительные вальцы, бегуны мокрого помола, глинорастиратель. Затем осуществляется первичное смешивание в двухвальных смесителях и тонкое измельчение в гладких или зубчатых вальцах, или бегунах. Величина зерен после переработки не должна превышать 0,6 мм. Отощающие добавки готовят полусухим способом. Приготовление формовочной массы производится в двухвальных смесителях с пароувлажнением.

Перед штампованием на ленточном прессе готовят валюшки – заготовки для дальнейшего формования черепицы, размер которых соответствует размерам черепицы. Для этого выходящий из ленточного пресса глиняный брус резательным устройством разрезают по длине на отрезки, которые направляют на вылеживание в течение 3–5 суток в специальных камерах для выравнивания влажности.

Формирование керамической черепицы

После вылеживания валюшку разрезают на пласты, из которых штампуют черепицу. Для формования плоской ленточной и коньковой черепицы обычно используют вакуумные прессы. Выходящий из пресса глиняный брус разрезают на отдельные черепицы резательным аппаратом, выполняющим операции отрезки черепицы, отборки от пресса, обрезки заусениц и укладки его на сушильные рамки и вагонетки.

Сушка керамической черепицы

После формования сырец черепицы поступает в сушильные камеры (туннельного или камерного типа) с радиальными вентиляторами и рециркуляцией теплоносителя. Срок сушки в сушильных камерах в зависимости от свойств сырья составляет от 28 до 36 часов. Режим сушки для глин каждого месторождения устанавливается опытным путем. Количество влаги, удаляемой из черепицы, колеблется в пределах 16-22% от массы самой черепицы (300-500 г на ед. в зависимости от свойств глины).

Обжиг керамической черепицы

Обжиг – важная и завершающая стадия технологического процесса керамических изделий. Суммарные затраты на обжиг достигают 35-40% себестоимости товарной продукции.

Для обжига используются туннельные, камерные, колпаковые, щелевые роликовые и др. печи. Режим обжига сходен с режимом обжига кирпича. После обжига изделия охлаждают постепенно, чтобы предотвратить образование трещин.

В целях повышения водоотталкивающих свойств и морозостойкости, а также устранения выцветов на обожженную черепицу наносят гидрофобизатор одним из двух способов: окунанием в раствор или его распылением.

Для изготовления цветной черепицы ее покрывают ангобом или глазурью после формования или после сушки. Для этого на свежеcформованную черепицу способом пульверизации наносят тонкий слой (0,1-0,2 мм) ангоба (подглазурной краски) в виде шликера.

В Российской Федерации требования к керамической черепице установлены ГОСТ Р 56688-2015 «Черепица керамическая. Технические условия».

Оборудование для производства керамической черепицы

Производство может быть организованно как на отдельном предприятии, так и в виде цеха кирпичного завода. Подобный завод, как и кирпичный, включает в себя: склады глины, отощителей, других материалов, массоподготовительное, формовочное, сушильное, обжиговое отделение, склад готовой продукции.