Аналитический обзор научно – технической литературы и обоснование способа производства

 

Глины для производства кирпича добывают открытым способом в карьерах. Открытая разработка месторождений глин включает:

1. Подготовительные работы — удаление кустарников, пней, отвод вод, устройство дорожных покрытий;

2. Вскрышные работы — удаление растительного слоя и проведение выработок, обеспечивающих доступ к глинам;

3. Добычные работы — выемка глины из массива и погрузка ее на транспортные средства.

При проведении карьерных работ учитываются физико-механические свойства пород.

На большинстве глиняных карьеров применяется валовая добыча, при которой глину разрабатывают по всей мощности уступа, без выделения отдельных пластов сырья. В отдельных случаях используют селективную (послойную) добычу глин.

Выбор добычных механизмов зависит от принятого способа формования изделий, горногеологических условий залегания сырья, его физико-механических свойств и способа выемки. При вылеживании сырья добывать его можно любыми машинами, в том числе одноковшовыми экскаваторами и канатно-скреперными установками. Вылеживание сырья весьма целесообразно при любом методе разработки глин.

В данном проекте выбираем добычу сырья с помощью многоковшового экскаватора.

На глиняных карьерах широко применяют автомобильный, рельсовый и реже конвейерный транспорт. Автомобильный транспорт является наиболее простым, надежным и маневренным. При применении экскаваторов с невысокой производительностью весьма эффективны самосвалы грузоподъемностью до 10 т.

Совместно с экскаваторами высокой производительности целесообразно использовать большегрузные прицепы с тягачами. В отдельных случаях применяют конвейерный транспорт, создающий условия для непрерывной работы добычного оборудования. Однако при неблагоприятных атмосферных условиях намокшая глина прилипает к ленте конвейера, что затрудняет его работу. На ленточные конвейеры глина поступает через погрузочные бункера, емкость которых должна быть не менее 1, 5—2-кратной емкости ковша экскаватора.

В данном проекте для доставки глины с карьера, будем применять автомобильный транспорт, а точнее самосвалы. Данный выбор связан с тем, что этот вид транспорта наиболее прост в обслуживании и легко доступен.

При использовании рыхлых глин с невысокой карьерной влажностью применяют глинохранилище простейшего типа, которые представляет собой емкость длиной 40 м и объемом от 100 м³ до 10 тыс. м³ глины. После вылеживания сырье многоковшовыми экскаваторами подается в производство. Глинохранилища обеспечивают бесперебойное и ритмичное снабжение завода сырьем независимо от метеорологических условий. В тех случаях, когда глинистое сырье содержит много больших слипшихся или смерзшихся кусков, она разрыхляется глинорыхлителями /2/.

При производстве керамического кирпича используется метод полусухого прессования и метод пластического формования, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки. При наличии рыхлых глин и глин средней плотности с влажностью не выше 23-25% применяют пластический способ переработки глин; для слишком плотных глин, плохо поддающихся увлажнению и обработке с низкой карьерной влажностью (менее 14-16%),-полусухой способ переработки.

Метод полусухого прессования предусматривает предварительное высушивание сырья, последующее измельчение его в порошок, прессование сырца в пресс-формах при удельных давлениях, в десятки раз превышающих давление прессования на ленточных прессах. Преимущества технологии полусухого прессования заключается в том, что спрессованный кирпич-сырец укладывается непосредственно на печные вагонетки и на них высушивается в туннельных сушилках, или же, минуя предварительную досушку, непосредственно поступает на обжиг. Комплексная механизация производства осуществляется проще, чем при методе пластического формования. Однако технология полусухого прессования требует более совершенной системы аспирации на трактах приготовления и транспортирование порошка, использования более высокопроизводительных прессов.

Технологическая схема производства изделий с пластическим способом подготовки массы, несмотря на свою сложность и длительность, наиболее распространена в промышленности стеновой керамики. Метод формования из пластических масс исторически сложился на основе пластических свойств глин и широко используется в керамической технологии. Способ пластического формования позволяет выпускать изделия в широком ассортименте, более крупных размеров, сложной формы и большей пустотности. В отдельных случаях предел прочности при изгибе и морозостойкость таких изделий выше, чем у изделий, полученных способом полусухого прессования из того же сырья.

При переработке глин в сыром виде схема подготовки сырья несколько проще и экономичней, поскольку нужно меньше перерабатывающего оборудования, следовательно, меньше энергоемкость. Все оборудование более надежно и просто в обслуживании. Температура обжига изделий примерно на 50⁰С ниже, чем у изделий полусухого прессования, что позволяет также снизить энергозатраты на обжиг и в какой-то мере компенсируют высокие затраты на сушку.

Недостатком способа пластического формования является большая длительность технологического цикла за счет процесса сушки сырца, продолжающегося от 1 до 3 суток. Низкая прочность формованного сырца, особенно пустотелого, большая усадка материала при сушке и наличие отдельного процесса сушки затрудняет возможность механизации трудоемких операций при садке сырца на сушку, перекладке высушенного сырца для обжига и совмещения в одном агрегате процессов сушки и обжига.

Чтобы получить изделия требуемого качества необходимо из глины удалить каменистые включения, разрушить ее природную структуру, получить пластичную массу, однородную по вещественному составу, влажности и структуре, а также придать массе надлежащие формовочные свойства. Глиняный брус формуют в горизонтальных ленточных шнековых прессах часто с вакуумированием массы /9/.

В данном проекте будем использовать схему производства изделий пластическим методом, поскольку используемая глина достаточно высокой влажности, среднепластичная.

Производство керамики должно быть обеспечено непрерывной подачей однородного глинистого материала, лишенного каменистых включений, имеющего разрушенную природную «структуру» для лучшего смачивания, сохраняющего достаточно постоянную влажность независимо от времени года и равномерно перемешенного с добавками. На керамических заводах сырьевые материалы подвергают грубому, среднему и мелкому дроблению, грубому и тонкому помолу. Обычно тонким помолом завершается механическое измельчение материалов, что обеспечивает более интенсивное их спекание, содействует снижению температуры обжига. Измельчение глинистых материалов проводят последовательно на вальцах грубого и тонкого измельчения. Каменистые включения не могут быть полностью выделены из глины общепринятыми механическими приемами – дезинтеграторными ребристыми вальцами. Опыт показывает, что при пользовании этими машинами в глине может остаться около половины (а иногда и более) камней. В дальнейшем эти камни будут в значительном своем количестве перемолоты гладкими вальцами или бегунами, что, однако, вызывает быстрый износ бандажей и частые ремонты. Бегуны мокрого помола используют при наличии в глинах трудноразмокаемых включений и для обработки плотных глин и глин, содержащих известковые включения. Предварительное (грубое) дробление непластичных твердых материалов в керамической технологии производят в щековых или конусных дробилках, работающих по принципу раздавливающего и разламывающего действия. Степень измельчения в щековой дробилке 3-10, а в конусной – 6-15. Среднее и мелкое дробление, грубый помол непластичных материалов выполняется с помощью бегунов, молотковых дробилок, валковых мельниц. Молотковая дробилка обеспечивает высокую степень измельчения (10-15), однако влажность дробимого материала не должна быть более 15%.

Подача и дозировка сырья на большинстве кирпичных заводов происходит при помощи ящичных питателей.

В настоящее время на многих керамических и кирпичных заводах широко применяется увлажнение глины паром. Этот способ состоит в том, что в массу подается острый пар, который при соприкосновении с холодной глиной конденсируется на ее поверхности. В результате пароувлажнения обрабатываемая масса нагревается до 45-60^оС. Пароувлажнение имеет существенные преимущества, так как улучшается способность массы к формованию, что обуславливает уменьшение брака при формовке и повышение производительности ленточных прессов на 10-12%, снижение расхода электроэнергии на 15-20%. В результате пароувлажнения улучшаются сушильные свойства массы, что позволяет сократить продолжительность сушки сырца на 40-50%. Иногда производят дополнительную обработку керамической массы, которая осуществляется в вальцах тонкого помола, дырчатых вальцах или в глинорастирателе. Чтобы достичь однородности массы на кирпичных заводах её вылёживают, за время вылеживания масса также усредняется /9/.

На кирпичных заводах нашли наибольшее применение ленточные безвакуумные прессы и вакуум-прессы.

Глиняный брус формуют в горизонтальных ленточных шнековых прессах часто с вакуумированием массы. При работе пресса наблюдают за влажностью и качеством бруса, качеством и регулярностью поступления массы, наличием смазки. Наибольшие зазоры между витками лопастного шнека и рубашкой допускаются 5 мм и между нагнетательным валком и витками лопастного вала — 10 мм. Необходимое разрежение в вакуум-камере создается вакуумным насосом. Глина поступает в глиномешалку и верхним шнеком продавливается через решетку в вакуум-камеру, где жгутики ее разрезаются ножами и масса обезвоздушивается. Затем масса захватывается нижним шнеком и продвигается им к головке пресса, где уплотняется и равномерно выходит из мундштука.

В процессе формования изделий контролируют разрежение в вакуум-камере пресса, состояние лопастей, шнека и мундштука, влажность и температуру бруса, размеры сырца и некоторые другие величины /2/.

В данном проекте выбираем вакуум-пресс, который обеспечивает наибольшую производительность, чем безвакуумные.

Непрерывно поступающий из пресса брус сырца разрезается отрезным устройством на куски требуемой длины ( 2,5 м). Отрезанный кусок бруса отделяется ускорительным транспортёром и подаётся на разрезное устройство, где он принимается транспортёром специальной конструкции. После подачи бруса на разрезное устройство, транспортёр останавливается, и находящийся на нём брус, разрезается на отдельные кирпичи путём опускания и подъёма разрезного устройства, в котором поперёк направления подачи бруса натянуты разрезные элементы (струны). После окончания операции разрезки транспортёр разрезного устройства начинает двигаться и кирпич сырец перегружается на следующий транспортёр раздвижного погрузочного устройства, причём, за счёт плавной регулировки скорости этого транспортёра кирпичи могут раздвигаться на требуемое расстояние. После передачи всех кирпичей на раздвижной транспортёр, он останавливается, и находящиеся на нем кирпичи толкателем сдвигаются в поперечном направлении на вагонетки, движущиеся прямо под транспортёром с такой же скоростью. Концы разрезанного бруса при этом остаются на раздвижном транспортере. При подаче следующей группы разрезанных кирпичей, с разрезного устройства, на раздвижной транспортёр, отрезки сырца сбрасываются на транспортёр отходов и возвращаются в пресс. Таким образом кирпичи, группа за группой, поперечными рядами сажаются на вагонетку /6/.

Различают сушильные устройства для естественной и искусственной сушки сырца. В первом случае сырец высушивается атмосферным воздухом за счет солнечного тепла в летнее время, во втором – за счет тепла, получаемого от сгорания топлива. Задача организованного процесса сушки состоит в подводе энергии (тепловой или электрической) к высушиваемому изделию с наименьшими потерями и в наименьшие сроки, допустимые для целостности изделия. Большинство современных кирпичных заводов оборудовано устройствами для искусственной сушки кирпича-сырца, которые по режиму работы подразделяются на сушилки периодического (камерные) и непрерывного (туннельные) действия. Сушилки непрерывного действия (туннельные)являются наиболее современным сушильным агрегатом в кирпичной промышленности. В туннельной сушилке кирпич-сырец, находящийся на вагонетках, в течение цикла сушки перемещается через весь туннель от одного его конца к другому. Срок сушки кирпича-сырца, изготовленного из пароувлажненной массы, сокращается примерно на 30%. Расход тепла на сушку кирпича-сырца в туннельных сушилках ниже, чем в камерных. Существенным преимуществом туннельных сушилок перед камерными является то, что туннельные могут быть оснащены аппаратурой, обеспечивающей автоматическое регулирование процесса сушки. Продолжительность процесса сушки и качество высушенного кирпича-сырца в значительной степени зависят от плотности и системы садки сырца на сушильных вагонетках. Необходимо обеспечить равномерность омывания теплоносителем сырца и получение надлежащей температуры и относительной влажности теплоносителя в различных частях сушилки. Недостаток туннельных сушилок в том, что в них наблюдается расслоение теплоносителя и более интенсивная сушка сырца на верхних полках. Устранение расслоения и равномерная сушка сырца по высоте туннеля достигаются перемешиванием теплоносителя в туннеле путем устройства воздушных завес за счет дополнительной подачи воздуха сверху в отдельных местах туннеля струйками с большой скоростью.

Завершающей стадией технологии всех изделий строительной керамики является их обжиг. При обжиге изделия окончательно формируется структура материала, т.е. происходит спекание керамики, в результате чего сырец из конгломерата слабосвязанных частиц превращается в достаточно твердое и прочное тело.

Строительные материалы и изделия обжигают в промышленных печах. Промышленной печью называют установку технологического назначения, в которой посредством теплового воздействия при относительно высоких температурах изменяется агрегатное состояние обрабатываемого материала, его химический состав либо его кристаллическая структура.

Обжиг кирпича производят в печах периодического и непрерывного действия. В кирпичной промышленности из печей периодического действия применяют преимущественно камерные печи. Из печей непрерывного действия применяют главным образом кольцевые и туннельные.

Периодические печи используют для обжига кирпича на заводах малой мощности. Загрузка и разгрузка этих печей производится при сравнительно высоких температурах, что обуславливает тяжелые условия труда обслуживающего персонала. Камерные печи или горны отличаются значительной трудоемкостью обслуживания, большой неравномерностью температур по высоте печи.

Для обжига кирпича применяют кольцевые печи. Они отличаются высокой тепловой экономичностью, возможностью использования низкосортных видов топлива, перехода с одного вида топлива на другое без каких-либо значительных переделок, высокой удельной и общей производительностью.

Весьма существенным недостатком кольцевых печей является то, что в рабочей зоне садки и выгрузки (выставки) кирпича очень высокая температура: например, в рабочей зоне выгрузки температура в летние месяцы достигает 80⁰С и более. При этом садка и выгрузка кирпича производится вручную. На новых и реконструируемых кирпичных заводах строительство кольцевых печей не производится.

Туннельные печи имеют значительные преимущества перед печами периодического действия и кольцевыми печами. Садка кирпича-сырца на вагонетки туннельных печей и выгрузка обожженного кирпича с этих вагонеток производится вне печи, в нормальных температурных условиях, что значительно облегчает труд обслуживающего персонала и дает возможность механизировать трудоемкие процессы садки и выгрузки кирпича. В туннельных печах можно осуществить полную автоматизацию управления режимом обжига. К достоинствам туннельных печей относится и то, что у них температурный перепад в различных участках обжига незначителен.

Многорядовые (по высоте) туннельные печи, применительно к обжигу стеновой керамики, обладают крупным недостатком – большим перепадом температур по высоте, достигающим в зоне подогрева 420 ⁰С, который на участке максимальных температур уменьшается до 20-40 ⁰С. Борьба с этим перепадом осуществляется главным образом путем рециркуляционных потоков газов («завес»), нагнетаемых вентиляторами как в зоне подогрева, так и в зоне охлаждения на нескольких позициях по длине печного канала. Борьба эта не всегда успешна.

Второй недостаток – трудности настройки аэродинамического режима.

Лучшие условия эксплуатации туннельных печей достигается при наличии давления или разряжения в зоне обжига порядка 0,1-0,3мм вод.ст. и не выше 1 мм вод.ст. во избежание выбивания горячих газов и быстрого износа вагонеток.

Совершенствование конструкций туннельных печей с целью увеличения обжигаемой физической массы изделий (увеличение теплоемкости), совершенствование горелок для развития длины факела, а также полноты сжигания жидкого топлива, улучшение теплоизоляции пода – все это приводит к определенным успехам, но не исключает необходимости разработки и совершенствования конструкций печей для однорядного скоростного обжига.

В конструктивном отношении современные туннельные печи обладают некоторыми особенностями. Конструкция свода плоская, что упрощает постройку печи, позволяет расширить печной канал и обеспечить работу автомата – укладчика. Толщина кладки стен туннельных печей снижена до 0,5м., благодаря применению огнеупорных блоков 30-40% пористости, наружная поверхность стен покрыта дюралюминием с хорошей отражательной способностью. Поверх свода помещена теплоизоляция в виде вспученного вермикулита. Кладку пода (на вагонетках) осуществляют из крупных огнеупорных фасонных блоков, изготовленных из пористого (30-40%) корундомуллитового, кордиеритового или дистенового огнеупора, обеспечивающего огнеупорность, теплоизоляцию и постоянство объема.

 Наблюдается тенденция увеличения ширины туннельной печи, что возможно при переходе на более совершенный способ сжигания топлива с получением длинного факела горения и равномерным развитием температурного поля /9/.

Для обжига и сушки кирпича также используют туннельные печи-сушила, которые совмещают в одном агрегате печь и сушило. Принцип работы изложен ниже.

В туннеле интенсивной сушки, работающему по принципу противотока, кирпичи движутся стоя в один слой, через участки с различными температурными режимами и интенсивной вентиляцией. Благодаря чему обеспечивается быстрая, равномерная сушка. Для высокочувствительных изделий может быть предусмотрено применение дополнительных зонных нагревателей. В зоне сушильного туннеля подмешивается горячий воздух из печного пространства.

После прохождения подсушки вагонетки с садкой перемещаются загрузочным механизмом, который находится на противоположном конце сушилки, в печь для обжига, расположенную над сушилкой. В печи интенсивного обжига кирпича обжиг производится пламенем, направленным равномерно сверху. По длинному узкому туннелю печи навстречу теплоносителю, непрерывно, вплотную одна к другой, передвигаются вагонетки с обжигаемым изделием через постоянные тепловые зоны подогрева, обжига и охлаждения. Сначала вагонетки с изделиями подогреваются продуктами горения, отходящих из зоны обжига, затем проходят через зону обжига, где подвергаются воздействию газов высокой температуры и, наконец остывают отдавая тепло стенкам туннеля или непосредственно охлаждаясь воздухом.

По всей длине печи между стенками и вагонетками имеется песочный затвор и лабиринт. Они служат для уменьшения газообмена между обжигательным каналом печи и подвагонеточным пространством. Печь работает на газообразном топливе и оборудована горелками. В зоне обжига установлено 5 групп горелок по 8 штук в каждой. Горячий воздух из печи отбирают в нескольких местах по длине зоны. Увеличение сечения отборных окон и канала, соединяющего печь с сушилкой, обеспечивает почти полный отбор тепла охлаждающихся изделий и вагонеток, и передачу его в сушилку.

С помощью автоматических контрольных устройств системы интенсивной сушки и обжига кирпича, а так же благодаря малой высоте садки, как в сушильном туннеле, так и в туннеле обжига могут быть достигнуты значительно более короткие сроки сушки и обжига по сравнению с обычными сушилами и печами.

Наиболее важным преимуществом является значительное повышение культуры производства на кирпичных заводах, улучшение санитарно-гигиенических условии труда и возможность полной механизации трудоёмких ручных процессов.

В данной работе выбираем интенсивную технологию обжига, т.к. в этом устройстве происходит совмещение сушки и обжига, а также могут быть достигнуты значительно более короткие сроки сушки и обжига по сравнению с обычными сушилами и печами. Эта технология состоит из единой линии от запасного пути после печи обжига до автомата укладчика.

Кирпич снимается с вагонеток, устанавливается на поддоны, упаковывается в транспортные пакеты и транспортируется с помощью автопогрузчика. На кирпичных заводах применяются автопогрузчики самых различных типов со щитовыми захватами и с зажимами. Вилочные зажимы работают от гидравлической системы либо приводятся в действие от веса поднимаемого пакета.

В данной работе выбираем автопогрузчик с вилочным зажимом, т.к он манёвренный и лёгок в эксплуатации.

После чего кирпич отправляется на склад готовой продукции, находящийся на открытых асфальтированных площадках, расположенных на территории предприятия. Склад готовой продукции оборудован мостовыми кранами для загрузки поддонов с кирпичом в автомобили.

5. Технологическая схема цеха формования, сушки, обжига

 

 

 

5.1 Описание технологической схемы

 

Тонко измельчённое сырьё от вальцов, ленточным конвейером подаётся в глиномешалку вакуумного пресса, предназначенного для вакуумирования и формования сырца. Далее в технологии производства кирпича, проектом, принята система интенсивной сушки и обжига кирпича, включающая в себя:

· универсальный автомат (погрузка и разгрузка вагонеток);

· система транспортировки вагонеток;

· система интенсивной сушки и обжига;

· установка съёма и пакетирования кирпича;

Непрерывно поступающий из пресса брус сырца разрезается отрезным устройством на куски требуемой длины ( 2,5 м). Отрезанный кусок бруса отделяется ускорительным транспортёром и подаётся на разрезное устройство, где он принимается транспортёром специальной конструкции. После подачи бруса на разрезное устройство, транспортёр останавливается, и находящийся на нём брус, разрезается на отдельные кирпичи путём опускания и подъёма разрезного устройства, в котором поперёк направления подачи бруса натянуты разрезные элементы (струны). После окончания операции разрезки транспортёр разрезного устройства начинает двигаться и кирпич сырец перегружается на следующий транспортёр раздвижного погрузочного устройства, причём, за счёт плавной регулировки скорости этого транспортёра кирпичи могут раздвигаться на требуемое расстояние. После передачи всех кирпичей на раздвижной транспортёр, он останавливается, и находящиеся на нем кирпичи толкателем сдвигаются в поперечном направлении на вагонетки, движущиеся прямо под транспортёром с такой же скоростью. Концы разрезанного бруса при этом остаются на раздвижном транспорте. При подаче следующей группы разрезанных кирпичей, с разрезного устройства, на раздвижной транспортёр, обрезки сырца сбрасываются на транспортёр отходов и возвращаются в пресс. Таким образом, кирпичи, группа за группой, поперечными рядами сажаются на вагонетку.

Загруженные вагонетки с помощью цепного толкателя загружаются в накопительный (буферный) туннель, для предварительного подогрева, пройдя который, вагонетки попадают на загрузочно-выгрузочный механизм, который загружает их в сушилку. В туннеле интенсивной сушки (t=60⁰C), работающему по принципу противотока, кирпичи движутся стоя в один слой, через участки с различными температурными режимами и интенсивной вентиляцией. Благодаря чему обеспечивается быстрая, равномерная сушка. Для высокочувствительных изделий может быть предусмотрено применение дополнительных зонных нагревателей. В настоящем проекте в зоне сушильного туннеля подмешивается горячий воздух из печного пространства. Отработанный теплоноситель после очистки поступает в атмосферу. Для нормального протекания процесса сушки сырца, т. е. для того, чтобы изделия высыхали с максимальной равномерностью и без деформаций при минимальном расходе топлива и в минимальный срок, необходимо создать условия для интенсивной влагоотдачи с единицы поверхности изделия.

После прохождения сушки кирпичи с сушильных вагонеток автоматом-садчиком переносятся на обжиговые. В печи интенсивного обжига кирпича обжиг производится пламенем. Обжиг проводят в печи при температуре 1000^оС. В качестве теплоносителя используются продукты сгорания газа. При обжиге за счет удаления влаги и сближения в результате этого частиц, вследствие фазовых и химических превращений, частичного получения жидкой фазы протекают структурообразующие процессы. Из печи забирается горячий воздух на сушку в сушило, а отработанные дымовые газы после очистки выбрасываются в атмосферу.

Пройдя обжиг, вагонетки попадают на начальное загрузочное устройство которое перемещает их на пути расположенные над буферным туннелем. Затем, кирпич снимается с вагонеток, устанавливается на поддоны и упаковывается в транспортные пакеты. После чего отправляется на склад готовой продукции, оборудованный мостовыми кранами для загрузки в автомобили /5/.

 

6. Теоретические основы технологического процесса

 

6.1 Формование кирпича

 

Формованием называется процесс придания массе заданных форм и размеров, т. е. получения заготовки (полуфабриката) издания. Структура заготовки в значительной мере определяет строение и свойства изделий после обжига. При формовании стремятся максимально увеличить содержание твердой фазы, чтобы снизить усадки в сушке и обжиге.

Пластичность глин предопределяет наличие специфических деформационных свойств — малой вязкости и достаточно высокого предела текучести.

Показателем формовочных свойств масс является соотношение между внешним и внутренним трением. Считают, что формование возможно, если внутреннее трение массы (когезия) больше, чем трение о формующий орган машины (аутогезия). Для оценки формовочных свойств используют коэффициенты внутреннего трения и сцепления массы. Из уравнения Кулона-Мора следует, что сопротивлением массы σ_ПР сдвигу определяется коэффициентом внутреннего трения f, сцеплением С и действующим сжимающим напряжением σ:

 

σ_ПР= σf + С. 

 

Основные свойства пластичной формовочной массы зависят от минерального состава, формы и размеров частиц твердой фазы, вида и количества временной технологической связки, интенсивности образования гидратных слоев на поверхностях частиц. С увеличением содержания жидкой фазы коэффициент внутреннего трения растет, проходя через максимум. Другие показатели уменьшаются монотонно, но с разной интенсивностью. Это позволяет для каждой массы выбрать оптимальное значение формовочной влажности. Лучшие формовочные свойства имеет масса с максимально развитыми слоями физически связанной воды при минимальном содержании свободной воды в системе.

Возрастание дисперсности твердой фазы увеличивает количество контактов между частицами в единице объема и прочность. Одновременно растут оптимальная формовочная влажность, предел текучести, вязкость, модули деформации, коэффициент внутреннего трения и связность массы, повышается пластичность.

Чрезмерное повышение дисперсности увеличивает усадки в сушке и обжиге, поэтому оптимальный зерновой состав должен обеспечивать создание каркаса из сравнительно крупных зерен для повышения предела текучести и уменьшения усадок.

Пластическое формование осуществляют тремя способами: выдавливанием, допрессовкой и раскаткой. Во всех случаях механические напряжения не превышают 1—30 МПа, масса содержит 30—60% жидкости по объему. Заготовка сохраняет форму благодаря наличию предела текучести.

Важнейшей задачей при пластическом формовании является подбор оптимальной формовочной влажности. Для оценки формовочной влажности W_Ф по П.А. Ребиндеру используют зависимость пластической прочности структуры Р_m, от влажности Wабc (рис. 6.1.).

Влияние влажности на основные параметры пластичной массы:

 

Рис.6.1. f – коэффициент внутреннего трения; Е₁ и Е₂ – модули быстрой и замедленной обратимой деформации; С – сцепление; η – вязкость.

Пластической прочностью называют механическое напряжение, которое способна выдерживать масса без нарушения сплошности. Считают, что формовочной влажности соответствует точка перехода зависимости Р_m - влажность от прямолинейного участка. В заводской практике формования на вакуумных прессах ведут обычно при влажности на 1-3% меньше.

Чем сложнее форма изделия, тем при более высокой влажности проводят формование. Для его облегчения иногда в массы добавляют высокопластичные монтмориллонитовые глины.

Выдавливание является окончательной операцией формования изделий грубой строительной керамики (кирпич) и промежуточным этапом переработки пластичной тонкокерамической массы перед раскаткой и допрессовкой. Выдавливание может быть горизонтальным и вертикальным. Его осуществляют на шнековых вакуумных прессах. В шнековом прессе при движении массы возникает сложное объемно-напряженное состояние. Лопасти шнека сообщают массе поступательное и вращательное движение, а стенки корпуса пресса замедляют перемещение массы в прилегающим к ним слоям. По мере продвижения массы к головке пресса ее вращение замедляется, но периферийные слои движутся с большей скоростью. Окончательно уплотняет массу последний виток шнека. Он выжимает массу из цилиндра в головку пресса с различными по сечению скоростями, сообщая ей частичное вращение.

Распределение скоростей течения пластической (а) и тощей (б) масс в головке шнекового пресса.

 

а)                                                б)

 

 

Рис.6.2.

Шнековые (ленточные) вакуумные прессы имеют высокую производительность и являются агрегатами непрерывного действия, однако требуют «мягких» масс. В заготовке могут возникать дефекты, связанные с неравномерным движением массы.

Под действием бокового давления линейная скорость массы у стенки меньше, а окружная выше, чем в центре. В массе образуются два параболоидальных потока, скорости которых в мундштуке постепенно выравниваются. Более пластичные массы характеризуются большим градиентом скоростей по сравнению с жесткими (рис. 6.2.). Для снижения неравномерности течения используют шнеки с переменным шагом винта и двухзаходной выпорной лопастью. Крупнозернистые включения снижают склонность массы к расслаиванию.

Выдавливание сопровождается образованием анизотропной структуры масс, так как пластинчатые частицы глины ориентируются своей тонкой гранью в направлении максимальной скорости течения. Анизотропия проявляется в неравномерной усадке и различной прочности образцов в разных направлениях.

При неблагоприятных условиях возможно появление дефектов. S-образные трещины образуются при нарушении сплошности массы из-за разной продольной и окружной скорости ее течения. Уменьшение скорости течения в углах или на поверхности кернов для слабосвязанных масс приводит к образованию «драконова зуба» и «малых надрезов».

Дефекты устраняют подбором размеров головки пресса и мундштука (отношение длины к диаметру должно быть не менее 4, увеличиваясь для сильно пластичных и жестких масс), конусности мундштука, смазкой головки и мундштука. Эффективно применение вибрирующих головок или вставок и ультразвуковое разжижение масс /1/.

Сформованный кирпич в дальнейшем подвергается сушке.

 

6.2 Сушка полуфабриата

 

Сушкой называют удаление воды из влажного керамического полуфабриката или сырья испарением. Наиболее ответственной является сушка высоковлажного полуфабриката изделий хозяйственной и строительной керамики, изготовленного пластическим формованием или шликерным литьем и содержащего значительное количество глинистых компонентов.

Процесс сушки керамических изделий представляет собой превращение содержащейся в них воды из жидкого состояния в парообразное и последующее удаление ее в окружающую среду. При этом необходимым условием сушки является наличие внешнего источника тепла, нагревающего изделия. Наиболее ответственной является сушка высоковлажного полуфабриката изделий хозяйственной и строительной керамики, изготовленного пластическим формованием.

Находящаяся в керамических массах и изделиях вода делится на физическую и химически связанную.

Физической называется та часть воды материала, которая не входит ни в какие соединения с ним. Физическая вода находится в изделии в жидком или парообразном состоянии и может быть удалена полностью при нагреве материала до 100-110°С. При этом керамическая масса становится непластичной, но с добавлением воды пластические свойства массы восстанавливаются.

Химически связанной водой называется вода, находящаяся в химическом соединении с отдельными элементами керамической массы, так например . Удаление химически связанной воды происходит при более высоких температурах - от 500° и выше. При этом керамическая масса безвозвратно теряет свои пластические свойства.

При сушке изменяется от коагуляционных к конденсационным природа контактов между частицами твердой фазы за счет удаления механически и физико-химически связанной воды. Химически связанная вода в сушке не удаляется.

Простейшим видом сушки является сушка изделий на воздухе, когда испарение влаги из материала происходит за счет тепловой энергии солнца. В настоящее время сушка изделий осуществляется за счет тепла, получаемого от специальных установок.

Анализируя процессы, происходящие при сушке материалов, необходимо отметить следующее:

1) содержащаяся в материале вода при температуре 80-90^оС испаряется. В этом случае имеет место поверхностное испарение или так называемая внешняя диффузия влаги;

2) при испарении влаги с поверхности материала в окружающую среду влага из внутренних слоев изделия перемещается к его поверхности. Происходит так называемая внутренняя диффузия влаги.

Если в процессе сушки замерять температуры материала и окружающей среды, то обнаруживается, что температура изделия ниже температуры воздуха. Следовательно, во время сушки поверхность твердого тела, имеющего относительно низкую температуру, соприкасается с газом, нагретым до более высокой температуры. Между ними про<

123	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: