Производство жаростойких глиношлаковых материалов осуществляется по технологической схеме состоящей из нескольких технологических переделов: доставка исходных компонентов, сушка, дозировка, измельчение, перемешивание, дополнительная обработка, прессование и твердение во влажных условиях при температуре 45-55^оС, складирование готовой продукции.

Последовательность выполнения технологических операций мало отличается от известных решений в области изготовления стеновых материалов, особенно силикатного кирпича, с той лишь существенной разницей, что в предложенной технологии изготовления глиношлаковых изделий исключается очень энергоемкая операция по автоклавной обработке изделий. А по сравнению с производством глиняного кирпича в предложенной технологической схеме исключается высокоэнергетический процесс обжига.

Исходными материалами для изготовления глиношлаковых изделий являются: гранулированные металлургические шлаки, глины местных месторождений, жаростойкие добавки – шамотный песок, бой шамотного кирпича, глинозем технический и т.д., щелочные активизаторы, поверхностно-активные вещества (рис. 1).

Рисунок 1 – Технологическая схема производства материалов на основе активированного шлака и глин

 На стадии обработки исходных материалов по системе конвейеров сырье (шлак, глина и добавки) поступают в бункера-накопители, находящиеся в цехе. Гранулированный металлургический шлак из бункера-накопителя через дозатор питатель подается по ленточному конвейеру в струйную мельницу, где происходит помол его до необходимой удельной поверхности (S_уд=3000-3500 см²/г). Кроме того, в струйной мельнице осуществляется процесс сушки материалов. После этого шлак при помощи пневматического подъемника по системе трубопроводов направляется через циклон в бункер, предназначенный для накопления и дальнейшей дозировки в винтовой конвейер.

Параллельно этому процессу обрабатывается глина, которая из бункера-накопителя через дозатор поступает на первичную обработку, при которой происходит разрыхление глины, камневыделение и дробление, а затем в сушильный барабан, откуда по конвейеру – в вибрационную мельницу. После этого молотая глина с удельной поверхностью S_уд.=3000-3500 см²/г при помощи пневматического подъемника через циклон поступает в бункер, откуда она дозируется в винтовой конвейер. Помимо такого вида предварительной обработки глины возможна также обработка глины после сушки на бегунах сухого помола, или ее вторичная обработка на глинорастирателях или бегунах мокрого помола

Жаростойкие добавки из бункера накопителя через дозатор подаются в винтовой конвейер, где происходит их предварительное перемешивание с другими компонентами смеси. В случае использования в качестве заполнителя боя шамотного кирпича, данный сырьевой материал подлежит дополнительной обработке. Он подвергается дроблению и грохочению, а затем дозированию в винтовой конвейер. В винтовом конвейере, куда поступают все материалы, происходит предварительное смешивание в сухом состоянии.

В технологической схеме предусмотрены два винтовых конвейера. Один конвейер подает смесь в смеситель для изготовления крупногабаритных изделий посредством виброуплотнения, другой конвейер подает смесь для изготовления мелкоштучных прессованных жаростойких изделий.

В смесителе происходит перемешивание сухих компонентов с водощелочным раствором. Водощелочной раствор дозируется из расходного бака по системе трубопроводов.

Приготовленная смесь через бункер и дозаторы поступает в два вибропресса, где происходит непосредственное формование изделий, которые с помощью автомата-укладчика укладываются на вагонетки.

В то же время из другого смесителя смесь подается в бункер и через дозаторы поступает в пресса полусухого прессования кирпича (или блоков). Удельное давление прессования находится в пределах P=20-30 МПа. Готовые изделия автоматом-укладчиком укладываются на вагонетки.

Вагонетки с готовыми изделиями при помощи автопогрузчиков подаются в камеры твердения, где посредством создания необходимых температурно-влажностных условий происходит ускорение набора прочности.

Камеры твердения представляют собой конструкции, изготовленные из стального профильного проката и покрытые полипропиленовой или полиэтиленовой пленкой. С целью обеспечения минимальных затрат на тепло- и энергоресурсы в конструкции камер предусмотрены воздушные прослойки на потолке и стенках камер. Эта конструкция камер позволяет снизить теплоотдачу в окружающую среду. Данные камеры герметично закрываются после их наполнения для дальнейшей выдержки. В камере при помощи тепловых регистров поддерживается температура t=50-55^оС, а также предусмотрено душирование изделий при помощи форсунок. После 6 часов выдержки изделия выгружаются из камер и транспортируются при помощи автопогрузчиков на склад готовой продукции, где осуществляется складирование готовых изделий перед отправкой потребителю.

Многообразие минерального сырья на территории Пензенской области и, в частности глин, делает актуальной задачу разработки видов и номенклатуры керамических изделий для выпуска в регионе. Строительный комплекс является одной из базовых высокорентабельных отраслей промышленности способной на основе местной минерально-сырьевой базы обеспечить стабильное развитие фирм и организаций, использующих глины и другие виды минерального сырья.

Для изучения основных физико-технических свойств глины для изготовления керамических материалов использовали глину Южно-Башмаковского месторождения (Башмаковский район Пензенской области).

Установленны основные физико-технических свойства и химический состав глин  позволили выбрать эффективные добавки в шихту.

Месторождение расположено в 0,8 км юго-восточнее р.п. Башмаково, где имеются железная дорога на г. Москву и автодорога, вся необходимая инфраструктура для добычи сырья и производства строительной продукции.

Объем запасов один из наиболее значительных- 1326 тыс.м³. Запасы утверждены в 1987 г. (номер протокола  ТКЗ №394).

Полезная толща не обводнена и вскрыша не требует значительных затрат на съем.

Горнотехнические условия благоприятны для разработки месторождения открытым способом.

Средние показатели физико-механических свойств глин следующие: Число пластичности сырья – 18,6. Гранулометрический состав фракций в % по массе: 0-0,001  – 34,09-45,08 %; 0,001-0,005  – 8,5 -14,10 %; 0,005- 0,01 – 6,73-14,76 %; 0,01- 0,06 – 20,87-40,04 %.

Глины соответствуют ГОСТ и относятся по содержанию Al₂O₃  в прокаленном состоянии к группе кислого сырья; по содержанию Fe₂O₃  к группе с высоким содержанием красящих окислов. Распределение проб глинистого сырья по группам пластичности представлены в табл. 1.

Таблица 1

Физико-механические свойства сырья представлены в табл. 3.

Таблица 3

По степени пластичности сырье почти целиком (96,5% )  относится к I классу (с числом-пластичности 15,8-26,3). По размерам включений все пробы относятся к группе с мелкими включениями.

Сырье относится к группе легкоплавкого с температурой плавления 1200-1260⁰С, сырье относится к группе неспекающегося и к группе низкотемпературного спекания. При оптимальной температуре обжига 900-1000⁰С водопоглощение черепка по массе более 6%  и составляет 8,9-9,8%.

На основе установленных  основных физико-технических свойств глин Южно-Башмаковского месторождения предложены корректирующие добавки в шихту для обеспечения керамике свойств в соответствии с ГОСТ. В качестве добавок использовали наиболее эффективные, повышающие физико-механические характеристики керамики:

- доменный шлак Липецкого металлургического комбината в количестве 5%, 10%, 15% от массы шихты;

- легкоплавкая глина Махалинского месторождения в количестве 10%, 20%, 30% от массы шихты;

- доломитовая мука в количестве 3%, 5%, 7% от массы шихты;

-легкоплавкое стекло марки ТФ 4 с удельной поверхностью 1500 г/см² в количестве 3%,  5%, 7% от массы шихты;

- молотый кварцевый песок с удельной поверхностью 1500 г/см² Ухтинского месторождения в количестве 3%, 5%, 7% от массы шихты;

Влажность шихты составляла 6 %, давление прессования – 50 МПа. Режим обжига:  подъем температуры – 4,5 часа, выдержка при температуре 920 °С – 1,5 часа и остывание.

Результаты исследования составов и свойств шихты приведены в табл. 4.

Таблица 4

Показатель твердости по Моосу составов №1, №2 (табл. 4) – 6. Прогнозируемая морозостойкость более 100 циклов. Нами на основе анализа параметров технологии предложено формование облицовочной плитки и черепицы из глины Южно-Башмаковского месторождения методом полусухого прессования, так как этот способ наиболее экономически эффективен, в технологии используется пластическая масса с влажностью 8-10 %, в то время как при пластическом формовании влажность шихты составляет 18%.

Выводы:

Южно-Башмаковское месторождение глины Пензенской области по установленным наиболее значимым технико-экономическим показателям максимально пригодно для производства облицовочной плитки и черепицы и является наиболее перспективным месторождением.

Глины Южно-Башмаковского месторождения наиболее пластичны и содержат в своем составе большее количество оксида алюминия, что обеспечивает лучшие технические характеристики керамической продукции.

Глины Южно-Башмаковского месторождения Пензенской области с предложенными компонентами шихты и сырьевыми компонентами пригодны для производства облицовочной плитки и черепицы по технологии полусухого прессования керамических изделий соответствующих требованиям ГОСТ.

Установлены основные физико-механические свойства материалов для производства облицовочной плитки и черепицы :

- Прочность при сжатии, МПа – 39,1-37,4;

- Прочность при изгибе, МПа – 17,4-17,9;

- Водопоглощение, масс % – 7,3-8,3;

- Твердости по шкале Мооса – 6;

- Морозостойкость более 100 циклов.

В Южно-Башмаковском месторождении глин Пензенской области имеются достаточные запасы глины, которые могут обеспечить сырьем завод по производства облицовочной плитки и черепицы производительностью с общим объемом добычи глины 37 тыс. тонн в год, обеспечивая выпуск 1 млн. кв. м облицовочной плитки в год и 200 тыс. кв. м черепицы в год в течение 50 лет.

После сушки образцы подвергли измельчению. Измельчение проводилось из всех возможных на вибрационно шаровой мельнице марки ММ-3017. Продолжительность измельчение составил от 5 до 20 минут. Размер полученных образцов 5-8 мкм. 

Крупность и гранулометрический состав компонентов угольных брикетов. При уменьшение крупности угольной мелочи увеличивается поверхность частиц, то есть тем же самым возрастает сила сцепления. Также измельчение образцов способствует более плотной укладке частиц.
После измельчение вибрацинно шаровой мельнице, на метариале угольных проб провели седиментационный анализ для определение масс частиц образцов по размером. Седиментационный анализ применяется для определения размеров частиц.

Исследование проводилось на фотоседиментометре ФСХ-6К. Фотоседиментометр ФСХ-6К – использует классический наиболее прямой из известных автоматизированных методов измерения гранулометрического состава. 

Использование при исследовании седиментационного анализа дает нам полную информацию о гранулометрическом составе исходных проб угольной мелочи, то есть о распределение масс частиц по размерам. 
После сушки и измельчение угольной мелочи следующий этап по технологически линие прессование. Прессование (брикетирование) образцов в лабораторных условиях проводилась на гидропрессе 50.

а)                                                                                                          б)
Рисунок 5- а) Общий вид гидропресса 50; б ) Нарезной вид гидропресса 50

Образцы прессовались в течение 40 мин, 6 мин пресс машина нагревалось до определенной температуры в нашем случае до 190˚С. Давление прессование 270 бар диаметр полученных образцов 30 мм. 

Также следует отметить что образцы так и в целом исследование проводилось методом планирование эксперимента. Следовательно по нашему планированию образцы расположены по чередности 4 образца где состав шихты образцов (жидкое стекло, глина и уголь ) варьировалось от 5 до 10%. 
Полученные брикеты соотвествуют условиям технологии получение угольных брикетов. Диаметр 30 мм, высота 20мм, вес 18 гр.
Заключающий этапом является испытание образцов, то есть проверка наших образцов на прочность при сжатие. Механическая прочность на сжатие по ГОСТ 8905-82 проводилось также в лабораторных условиях на гидравлическим прессе марки 2 ПГ-10. Обработка результатов испытания следующие: 
С Перва расчитыаем общию площадь брикета S=/4
Затем для каждого испытание по отдельности рассчитываем =Р_max/S*1.2, где 
S- общая площадь брикета, Р_max-средняя арифметическая максимаьно разрушившегося брикета кг/см²;
Полученные механические прочности брикетов:
1) 
2) 
3) 
4) 

Таблица 1- Количественные показатели прочности по последовательности опытов

Число опытов	1	2	3	4
Предел прочности, МПа

Одним из основных критериев к топливным угольным брикетам явлется максимальное обеспечение прочности при транспортировке готовой продукций до склада либо до потребителя. Полученные механические показатели брикетов удовлетворяют требования ГОСТ 7299-84 не менее 5 МПА. 
Теперь переходим к статистической обработке результатов, так как у нас есть все необходимые данные для обработки и статистического анализа результатов эксперимента. 
Таблица 2- Карта проведения эксперимента

Номер опыта	Матрица планирования		Х1Х2	Выход Gсж, МПА
	Х1	Х2		yu1	yu2
1	-1	-1	+1	11,7	12,1	11,9
2	+1	-1	-1	8,2	8,4	8,3
3	-1	+1	-1	4,9	5,2	5,1
4	+1	+1	+1	12,5	11,9	12,2

1. Рассчитываем построчные средние :=
- число повторных опытов
y₁=
y₂=
y₃=
y₄=.

2. Определяем построчные дисперсии : 
 
 
 
 

3. проверяем воспроизводимость опытов по критерию Кохрена

,
где  максимальная из построчных дисперсий.

4. Проверяем значимость коэффициентов регрессии: 
Определяем дисперсию и среднюю квадратическую ошибку коэффициентов регрессии . Находим значение доверительного интервала для коэффициентов регрессии. В нашем случае  значение критерия Стьюдента t=2,78. Значение доверительного интервала Таким образом оканчательное уравнение регрессии:

5. Проверяем адекватность полученные модели, то есть насколько хорошо полученное уравнение описывает результаты эксперимента в исследуемой области. Для этого часто применяют критерий Фишера F ,
Вычисляем значение критерия Фишера: 
F=
;
.
F. то есть имеются основания сделать вывод об адекватности полученной модели [2].

Таблица 3-Результаты крутого восхождения

Наименование	Факторы			Результаты ПФЭ 23
	Х1		Х2	опыт	ПО
Нулевой уровень,Xj0	1,35		1,35	1	-
Интервал варьирования, ∆Xj	0,45		0,45
Расчет				2	-
Bj коэффициент	0,875		-0,725
Произведение (bj*∆Xj)	0,394		-0,326	3	-
Шаг ha при изменении базового фактора X2 на 5	0,4		-0,339
				4	-
Округление шага варьирования	0,4		-0,35
Опыты	Крутое восхождение			Параметр оптимизации
				i	уi
5	1,39	1		9,508	-
6	1,79	0,65		7,317	-
7	2,19	0,3		1,074	-

Крутое восхождение оказалось эффективным. Успех крутого восхождения зависит от характера поверхности отклика, а также во многом определяется соотношением численных значений коэффициентов регрессии [3].
В заключение были определены основные качественные показатели (прочность на сжатие) и оптимальные условия получение качественных брикетов. Отметим что опыты были проведены методом планирования, что не мало важно при проведение эксперимента. Также проводилось обработка результатов данных методом крутого восхождения, что доказывает об адекватности полученной модели. На основе полученной модели были проведены мысленные опыты, с помощью чего нашли точку оптимума.
Дальнейшие исследования будут направлены на испытание зольности и теплотворности полученных образцов. Также планируется провести структурный анализ.