Керамические материалы. Тажибаева. Учебное пособие керамические материалы
 Скачать 3.55 Mb.
|
|
4.4 Пластифицирующие добавки. Их вводят с целью повышения пластичности сырьевых смесей при меньшем расходе воды. К ним относятся высокопластичные глины, бентониты, лигнин (тонкодисперсный отход от переработки древесины), поверхностно-активные вещества (Сульфитно- спиртовая барда – ССБ, сульфитно-дрожжевая бражка – СДБ, смола нейтрализованная возвухововлекающая – СНВ и др). Введение этих добавок улучшает формовочные свойства массы, облегчает сушку сырца, увеличивает прочность изделий [11, 15]. 4.5 Специальные добавки. Для повышения кислотостойкости керамических изделий в сырьевые смеси добавляют песчаные смеси, затворенные жидким стеклом. Для получения некоторых видов цветной керамики в сырьевую смесь добавляют оксиды металлов (железа, кобальта, хрома, титана и др.) [11]. 47 5 Способы производства керамических изделий Технология изготовления керамических материалов состоит из следующих операций: переработка глиняной массы, формование изделий, сушка и обжиг. Существуют несколько способов изготовления керамических изделий: пластический, полусухое прессование, жесткое формование, шликерный, комбинированный способ. Рассмотрим особенности каждого способа производства. Пластический способ является классическим или традиционным способом, так как получил широкое распространение на предприятиях по изготовлению керамических материалов. Глинистые материалы естественной (карьерной) влажности при необходимости смешивают с водой, до получения сырьевой массы влажностью 18 – 28%. При пластическом способе производства глинистые частицы покрыты слоем воды, она уменьшает трение между ними, обеспечивая легкое скольжение, относительно друг друга. Однако производство изделий из масс с высокой формовочной влажностью – процесс многопередельный, требующий корректировки природных свойств глинистого сырья (дробление, помол, вылеживание, увлажнение и перемешивание). Наличие карбонатных включений обуславливает введение в технологию дополнительных вальцев тонкого помола или сухую подготовку массы в шахтных мельницах и других аналогичных агрегатах [25]. Подготовленное глиняное тесто направляют в ленточный вакуумный пресс, откуда выходит непрерывный глиняный брус, который в последующем разрезается с помощью струн или ножей на требуемые размеры сырца. Меньшая запыленность предприятия, но большой расход условного технологического топлива (количество воды, подлежащей удалению в 4 раза больше, чем при полусухом способе). Недостатком является то, что необходимо сырец перекладывать после сушки на обжиговые вагонетки, т.е. раздельный процесс сушки в камерных сушилках и процесс обжига в туннельных печах. Пластическим способом выпускают керамический кирпич, камни, черепицу, трубы и др. Полусухой способ предусматривает сушку глинистого сырья (до влажности 8 – 12%), затем дробление, размалывание, перемешивание. Прессование каждого сырца-образца происходит под давлением до 15 МПа. Положительным свойством является четкая форма, точные размеры, прочные углы и ребра формуемого кирпича, но прочность ниже, чем у кирпича пластического формования, это объясняется тем, что сцепление лучше в образце повышенной влажности. При полусухом способе частицы не набухают полностью и не сообщают массе пластичности и подвижности. Вода смачивает наружную поверхность глинистых частиц. Небольшое количество воды снижает трение между минеральными составляющими. 48 При полусухом способе подготовки сырья требуется на 30% меньше производственных площадей (при одинаковой мощности завода), и на 20 – 24% меньше обслуживающего персонала, чем при пластическом способе. Преимуществом этой технологии является возможность садки отформованного сырца на печную вагонетку, что исключает из технологической линии операцию укладки сырца на сушильную вагонетку и перекладку его на печную. Кирпич до сушки необходимо выдерживать в цехе в течение 12 – 48 ч для усреднения влажности во всем его объеме. Сокращается также продолжительность производства изделий, что создает лучшие условия для автоматизации производства [16]. Изделия, изготовляемые полусухим способом: облицовочные плитки, плитки для полов и другие тонкостенные керамические изделия. Шликерный способ подготовки массы целесообразно применять при использовании глинистого сырья повышенной влажности, легко размокающего в воде и содержащего каменистые включения, подлежащие удалению. Особенность шликерного способа заключается в том, что измельченные сырьевые материалы смешиваются с большим количеством воды (влажность более 45%). При литьевом способе – шликер представляет собой массу с малой концентрацией дисперсионной фазы, в результате частицы могут неограниченно перемещаться относительно друг друга. Шликерный способ подготовки массы обеспечивает наилучшее разрушение природной текстуры сырья [16]. Применяют при производстве фарфоровых и фаянсовых изделий, облицовочных плиток и др. Способ жесткого прессования можно рассматривать с двух сторон: - первый способ - представляет собой сухую переработку и формовку изделий по пластическому способу, при условии карьерной влажности глин не менее 16 – 17%. Увлажнение порошка глинистой массы происходит в мешалке пресса, это позволяет формовать изделия при влажности на 3 – 4 % ниже нормальной с давлением 10 МПа. - второй способ – из массы пониженной влажности (12 – 14%) до обработки ее на машинах или непосредственно перед прессом вводят сухие добавки либо используют предварительно подсушенную глину с таким расчетом, чтобы можно было прессовать изделия из масс с указанной выше влажностью. Преимуществом метода жесткого прессования является возможность укладки отформованного сырца на печную вагонетку, что исключает из технологической линии операцию укладки сырца на сушильную вагонетку и перекладку его на печную. Комбинированный способ заключается в подготовке сырья по способу полусухого прессования с последующим затворением водой и формованием по пластическому способу. Такая технология обеспечивает высокую степень гомогенизации шихты и качества керамических изделий [11]. 49 6 Формование керамического кирпича пластическим способом Принципиальная схема изготовления керамического глиняного кирпича методом пластического формования, содержащая разновидности сушки – в камерных и туннельных сушилках (рисунок 24). Рисунок 24 – Технологическая схема производства кирпича пластическим способом Склад сырья Глинорыхлитель Камневыделительные вальцы Смеситель Бегуны мокрого помола Бегуны грубого помола Вальцы тонкого помола Глиномешалка с фильтр.решеткой Вакуум-пресс Двухстадийная резка (струны) Автомат укладчик Сушильные вагонетки Автомат.передаточная тележка Туннельная сушилка Автомат.передаточная тележка Автомат разгрузчик суш.вагонеток Автомат садчик Печная вагонетка Автомат укладчик Транспортная тележка с вильчатым перегрузчиком Камерная сушилка Транспортная тележка с вильчатым перегрузчиком Автомат для разгрузки и садки кирпича-сырца на печную вагонетку Склад добавок Питатель 50 Продолжение рисунка 24 Подготовка глинистого сырья для формования пластическим способом осуществляется методами: естественной обработки (выветриванием, вымораживанием, вылеживанием с замачиванием); механической обработки, включающей предварительное рыхление глины, первичное дробление с выделением камней, дозирование с добавками, вторичное измельчение, тонкое измельчение, дополненное физико-химической обработкой сырья (увлажнение, пароувлажнение и вакуумирование) и введением добавок (отощающих, выгорающих, пластифицирующих). Приготовленная смесь подвергается вылеживанию. На рисунках 25, 26, 27 приведены схемы переработки глинистого сырья в зависимости от природных свойств. Естественная обработка глины осуществляется при использовании погодно-климатических факторов и фактора времени. Она требует значительных площадей и может быть использована на заводах с небольшим годовым расходом глины, когда возникает необходимость в резком улучшении ее технологических свойств для производства высококачественной продукции и особенно когда имеющееся оборудование не обеспечивает надлежащей обработки сырья. Автомат для разгрузки и садки кирпича- сырца на печную вагонетку Печная вагонетка Автоматическая передаточная тележка Туннельная печь Автоматическая передаточная тележка Автомат разгрузчик печных вагонеток Автомат пакетировщик готовой продукции Склад готовой продукции 51 Рисунок 25 – Подготовка рыхлого глинистого сырья Рисунок 26 – Подготовка вязкого глинистого сырья Рыхлая, запесоченная малопластичная глина Ящичный питатель Вальцы грубого помола Глиносмеситель Вальцы тонкого помола Смеситель с фильтрующей решеткой Вакуумный ленточный пресс Комковая, вязкая пластичная глина Глинорыхлитель Ящичный питатель Вальцы грубого помола Глиносмеситель Бегуны мокрого помола Вальцы тонкого помола Смеситель с фильтрующей решеткой Вакуумный ленточный пресс 52 Рисунок 27 – Переработка плотного глинистого сырья При большой расходе глины иногда организуют вылеживание и увлажнение последней непосредственно в карьере и забирают ее через несколько суток. Вылеживание замоченной глины улучшает ее формовочные и сушильные свойства, повышает производительность оборудования и снижает расход энергии. Предварительное рыхление глины осуществляют стационарными и передвижными глинорыхлителями, смонтированными на самоходных тележках. Дозирование глины производят ящичным питателем с пластинчатым или ленточным конвейером. Сухие, отощающие, выгорающие и др. добавки дозируют питательными дисковыми (тарельчатыми), ленточными, Плотная, твердая, трудноразмокаемая глина Глинорыхлитель Ящичный питатель Вальцы грубого помола Глиносмеситель Бегуны мокрого помола Вальцы тонкого помола Шихтозапасник Вальцы тонкого помола Смеситель с фильтрующей решеткой (глинорастирочная машина) Вакуумный ленточный пресс 53 винтовыми, барабанными и вибрационными питателями. Для дозирования жидких добавок используют водомерные баки сифонного типа, дозаторы турбинного типа и автоматические дозаторы с электронными датчиками. Первичное дробление глины и выделение из нее крупных твердых включений осуществляется камневыделительными дезинтеграторными и винтовыми вальцами. Смешивание сырьевых компонентов после первичного дробления производят в одно- и двухвальных лопастных горизонтальных смесителях. Для вторичного измельчения и обработки глиняной массы в зависимости от ее свойств и требуемой степени обработки применяют дырчатые вальцы, бегуны мокрого помола и глинорастиратели. Тонкое измельчение глиняной массы производят на дифференциальных вальцах тонкого помола. При формовании тонкостенных изделий зазор между валками уменьшают до 2 мм, а при наличии известняковых включений до 1 мм. Вылеживание предварительно обработанной массы осуществляется в открытых шихтозапасниках, откуда через несколько дней ее подают многоковшовым экскаватором на ленточный конвейер, с которого она поступает в смеситель вакуумного пресса. Широкое распространение получили механизированные шихтозапасники, которые совмещают процессы вылеживания и перетирания с паровым прогревом. Формование керамических стеновых изделий из пластических масс осуществляется на ленточных безвакуумных и вакуумных прессах. Полнотелый кирпич, как правило, формуют на безвакуумных прессах, а пустотелый кирпич и керамические камни – на вакуумных. Безвакуумные предназначены для формования кирпича из пластичных глин влажностью 18 – 20%, Ленточные вакуумные позволяют формовать кирпич из глин влажность которых на 2 – 3% ниже. Резка бруса может осуществляться однострунными или многострунными автоматами. Для укладки кирпича применяются автоматы укладчики, выбор которых определяется типом сушилки и сушильной вагонетки. Для сушки сырца используют в основном камерные и туннельные сушилки, реже щелевые и конвейерные. Обжиг преимущественно в печах туннельного типа. 54 7 Формование керамического кирпича методом полусухого прессования При полусухом прессовании пресс-порошок, полученный предварительным высушиванием, измельчением и смешиванием подвергается уплотнению в пресс-формах при удельном давлении, в 10 раз превышающим давление прессования на ленточных прессах. Преимуществом метода полусухого прессования кирпича-сырца является бесперекладочный процесс сушки и обжига, при котором кирпич- сырец повышенной прочности 0,5 – 3 МПа укладывается непосредственно на печную вагонетку без какой-либо последующей перекладки. Подготовка сырья включает: грубое измельчение карьерной глины (влажность 8 – 12%) с одновременным удалением из нее крупных включений, сушку глины, измельчение сухой глины в порошок, просеивание, приготовление порошка и его пароувлажнение. На рисунке 28 приведена схема производства кирпича методом полусухого прессования с использованием глины средней пластичности. Подготовку пресс-прошков из глин повышенной влажности (18 – 25%, трепелов и диатомитов (35 – 40%) целесообразнее проводить по схеме с одно- и двухстадийной сушкой сырья с последующим измельчением до зерен размером менее 3 – 5 мм. Глины предварительно подсушенные, а также повышенной карьерной влажности (13 – 17%), сланцевые, аргиллиты и туфоаргиллиты влажностью до 14% можно измельчать до зерен размером не более 1 – 2 мм с одновременной сушкой, а глинистое сырье с повышенным содержанием карбонатных включений – до зерен менее 1 мм. Оптимальная влажность пресс-порошков на основе аргиллитов 6 – 8%, глин 8 – 10%, трепелов и диатомитов 12 – 17% [17]. Для сушки глинистого сырья применяют сушильные барабаны, продолжительность сушки 25 – 40 мин. Для совмещенного помола и сушки глинистого сырья используют пневматические сушилки с шахтными мельницами. Начальная влажность поступающего сырья 17%, высушенного порошка 8 – 10%. Для обработки пресс-порошка с целью снижения пофракционной влажности и получения оптимального зернового состава применяют стержневые смесители, позволяющие исключить из технологического процесса дезинтеграторы и сита. 55 Рисунок 28 – Технологическая схема получения кирпича методом полусухого прессования Стержневой смеситель (гранулятор) Элеватор Бункер порошка Ленточный конвейер Мешалка питатель Пресс Ленточный конвейер (автомат-садчик) Кольцевая печь Печная вагонетка Сушилка Туннельная печь Глина Ящичный питатель Ленточный конвейер Вальцы грубого помола Ленточный конвейер Сушильный барабан Ленточный конвейер Плоское сито Бункер с дозатором Стержневой смеситель Вакуумный ленточный пресс 56 Прессование включает три стадии уплотнения порошков: - уплотнение за счет сближения частиц при удалении воздуха; - пластические деформации частиц с увеличением контактной поверхности, выжимание влаги из глубинных слоев на поверхность частиц и увеличение сцепления силами поверхностного натяжения влаги; - упругая деформация частиц с их разрушением и максимальным уплотнением за счет развития поверхности контактов между зернами. После снятия нагрузки и извлечения изделия из формы возможно его расширение, которое может быть до 8%, и растрескивание, так как давление прессования распределяется по толщине изделия неравномерно (затухает по мере удаления от штампа), что зависит от величины бокового трения и от влажности порошка. В центре давление выше, чем у краев. Для его снижения смазывают форму, подогревают ее, повышают влажность порошка, применяют двухстороннее или двухступенчатое прессование, его замедление для удаления воздуха, вызывающего растрескивание за счет обратного последействия. Прессование сырца из полусухих глинистых масс производят в основном на коленно-рычажных прессах. Пресс позволяет за один цикл прессовать восемь кирпичей. В процессе осуществляется дозировка и засыпка пресс-порошка в пресс-формы, регулирование глубины засыпки, двухстороннее, двухступенчатое прессованием и выталкивание сырца на роликовый конвейер. Глубина засыпки пресс-формы регулируется автоматически. Прессы полусухого прессования разделяют по направлению прессования, способу передачи усилия и назначению. По направлению прессования – одно- или двухсторонние. По способу передачи усилия – ударного действия, рычажные и гидравлические; по назначению – для прессования кирпича, плиток, черепицы. Для прессования кирпича применяются отечественные механические прессы СМ-198; СМ-301; СМ- 143, ССМ-583 и зарубежные, позволяющие изготовлять пустотелые (дырчатые) камни. Для приема отформованного кирпича полусухого прессования и укладки его на печные вагонетки используются садчики (автомат- укладчики). Автомат состоит из подъемно-транспортирующего механизма, кантователя, комплектующего стола, пневмоукладчика и электрооборудования. Автомат укладывает изделия 21-го типоразмера на обжиговую вагонетку [17]. 57 8 Сушка керамических изделий Перед обжигом изделия должны быть высушены до содержания влаги 5 – 6% во избежание неравномерной усадки, искривлении и растрескивания при обжиге. Усадка при сушке называется воздушной усадкой и является серьезной проблемой на пути получения бездефектного изделия. Чтобы уменьшить трещинообразование, помимо регулирования скорости сушки можно регулировать состав массы, вводя в нее непластичные –отощающие компоненты. Однако следует учесть, что при этом нельзя выходить за пределы пластического состояния массы, необходимого для ее формования. Введенные отощающие компоненты снизят усадку всей массы вследствие того, что сами не теряют воду и не испытывают усадки. Помимо этого их введение в массу приводит к образованию при сушке изделия более крупных пор, облегчающих удаление влаги. Процесс сушки характеризуется тремя периодами: нагревом, постоянной и падающей скоростями сушки. Первый период сушкихарактеризуется ускоренным прогревом полуфабриката от начальной температуры до температуры насыщенного теплоносителя. Второй период сушки |