 |
3. Керамические изделия. 3.1.Основные технич. св-ва глин как сырья для производства керамики. Свойства. 3.2.Основы производства Керамических изделий.
|
|
|
|
3. Керамические изделия
3. 1. Основные технич. св-ва глин как сырья для производства керамики.
Глинистое сырье -продукт выветривания изверж. полевошпатовых г. п.
— Состоят из плотной смеси различных глинистых минералов, представляющих собой водные алюмосиликаты со слоистой кристаллической структурой. (каолиновые, монтмориллонитовые, гидрослюдистые).
Если не менее 40% глинистого минерала — глина
до 20% — суглинки (жидкое, малопластичное тесто)
от 20% до 5% — супеси – не применяют в качестве сырья
5% — песок – не применяют в качестве сырья
Наряду с глинообразующими минералами в глинах встречаются: кварцы, полевой шпат, серный колчедан, карбонаты кальция и магния, органические примеси, гидроксиды железа и др. => они влияют как на технологию керамических изделий, так и на их свойства.
(Fe2O3 — менее1%-беложгущиеся (фарфор, фаянс - в изломе белый черепок
1-5%-гончарные глины (желтый, розовый оттенки)
5-10%-Кембрийская глина (красножгущаяся – произ. грубой керамики)
Тонко распределенный углекислый кальций и оксиды железа понижают огнеупорность глин,
Если имеются крупные зерна углекислого кальция, то при обжиге из них образуются включения извести, которые гидратируются с увеличением объема => трещины или разрушение изделия. )
— при смешивании с водой глина образовывает пластичное тесто, переходящее после обжига в водостойкое и прочное камневидное тело.
Свойства
— Пластичность — способность влажной глины под действием внешних сил принимать заданную форму и сохранять ее после устранения давления (ее можно увеличить вылеживанием глин на воздухе и снизить нагреванием или введением добавок (кремнезема))
|
|
|
Глины разделяют на: высокопластичные, среднепластичные, умереннопластичные, малопластичные. К наиболее пластичным относятся монтмориллонитовые глины, к наименее пластичным — каолиновые глины. С увеличением количества частиц с размером меньше 0, 001мм пластичность глин возрастает.
Определение коэффициента пластичности ( проф. Земятчинский):
Из глины путем затворения водой скатывают шарик d=1мм, ставят на предметный столик.
к= Р(d1-d) P- нагрузка до первой трещины
d- диаметр до деформации
Если к< 12 — тощая глина с большим содержанием песка
к=12-20 — средняя
к=20-26 — жирная глина
— Связующая способность выражается в том, что уплотненная влажная глина после высыхания не рассыпается, а сохраняет полученную форму. Эта способность также выражается в том, что глина связывает зерна непластичных материалов, например песка или других минеральных крупных включений.
— Связность — усилие необходимое для разъединения частиц глины. Она обусловлена малой величиной и пластинчатой формой частиц глинистого вещества.
— Воздушная усадка (усушка) — уменьшение размеров и объема сырцового изделия. В процессе сушки вода испаряется, частицы глины сближаются между собой => происходит воздушная усадка. Она выражается процентах от первоначального размера сырцового кирпича.
— Огневая усадка — изменение размеров и объема при обжиге изделия. При обжиге часть наиболее легкоплавких компонентов глины расплавляется, заполняя поры расплавом => сближене частиц => огневая усадка. (при большом содержании кварцевого песка в глине может не быть усадки или даже произойдет расширение – кварц при нагревании увеличивается в объеме).
Полная усадка складывается из воздушной и огневой и колеблется до 18%.
|
|
|
— Огнеупорность — свойство глин выдерживать действие высокой температуры без деформации. По огнеупорности различают глины трех групп:
· огнеупорные(огнеупорность выше 1580оС)-каолиновые глины, содержащие мало примесей.
· тугоплавкие(1350-1580)- Fe2O3, кварцевый песок и др. примеси в большем количестве.
· легкоплавкие(ниже 1350)-содержат значительное количество примесей.
Огнеупорность определяется с помощью конусов Зегера глина затворяется водой, устанавливается в форме конуса (пирамиды), когда начинает изгибаться и касаться подставки => t огнеупорности.
3. 2. Основы производства Керамических изделий.
Этапы производства керамич изделий.
1. Добыча сырьевых мат. 2. подготовка массы 3. формирования изделий 4. сушка 5. обжиг.
Способы подготовки и формирования изд.
1. Пластический. –тесто влажностью 18-28%
-выходит из ленточного пресса под давлением 1, 6-7МПа
Ленточный пресс(принцып работы как у мясорубки)
-прим. для глин с умеренным содерж. посторон. включ.
2. Жесткий. –влажность 13-18% - давление 20МПа –разновидность пластического способа –формирован. на вакуумн. шнековых или гидравл. прессах –низкие затраты на сушку –прим. (как и 1)для изгот. пустотелых и сплошн. кирпичей, камней, блоков, панелей, черепицы и тд.
3. Полусухой способ: -влажн. сырьевой массы(порошка)8-12% -давл. 15-40МПа –пресование происходит в пресоформах –изделия те же что и 1 и 2 – «+» время ум. в 2 раза –более правильная форма и размер изелий –кол. топлива сниж. в 30%
4. Сухой способ. –влажн. порошка 2-6% -без сушки –плитки для полов, дорожный кирпич, мат. Из фарфора и фаянса.
5. Шликерный: -применяется когда изделие изготав. из многокомпонентной массы и для приготов. керамических изделий сплош. формы методом литья. –содер. воды до 40%(отливка) –санит. -техн. издел., облицовачная плита.
Сушка изделий – высушивается до содерж. влажн 5-6% -в туннельных или камерных сушилах.
Сушило тоннельное: -прямоточные –противоточные –прям-противоточные –постепенный равномер. нагрев воизбеж. дутиков, трещин –сушка дляначальной прочности 0, 5МПа
Воздушная усадка-при сушке глиняное тесто теряет воду и уменьшается.
Обжиг: -1подогрев(удаляется физ. связ. вода и керамич. масса станов. не пластичной. ) 2. Обжиг: с 400С-сгорает органика с 600С-удаляется хим. связ. вода. Al2O3nSiO2 c 800C-начин. повыш. R из-ий. c 1000С-возможн. образ. новых кристаллов силикатов. силиманит Al2O3 SiO2 c 1200С- муллит 3Al2O3 2SiO2 (св-ва не ислед)
|
|
|
Интервал спекания А-влажн. =20% min R-начало спекания В-т-а спекания С-т-а полного спекания водопоглащ близко к 0.
Производство изделий строительной керамики состоит из: добычи, транспортирования и хранения сырьевых материалов, их переработки и обогащения, приготовления керамических масс, формование сырца, сушки и обжига изделий.
Добыча глины.
Осуществляется на карьерах обычно открытым способом экскаваторами и транспортируется на предприятие керамических изделий рельсовым, автомобильным или другим видом транспорта.
Подготовка глин и формование изделий
Подготовку ведут сочетанием естественной и механической обработки. Естественная обработка — вылеживание добытой глины в течение 1-2 лет при периодическом увлажнении атмосферными осадками или искусственном замачивании и периодическом замораживании и оттаивании. Механическая обработка — дальнейшее разрушение природной структуры, удаление или измельчение крупных включений, удаление вредных примесей, измельчение глин и добавок и перемешивание всех компонентов до получения однородной и удобоформуемой массы.
В зависимости от вида изготовляемой продукции, вида и свойств сырья массу приготовляют пластическим, жестким, полусухим, сухим и шликерным способами.
Пластический способ
наиболее простой, наименее металлоемкий и потому наиболее распространенный, применяется в случаях использования среднепластичных и умеренно-пластичных, рыхлых и влажных глин.
— со склада глину на вальцы => обминается
— обработка в бегунах (огромные катки массой по 3 т)
— в глиномялку (емкость с 2 вальцами с лопастями, идет перемешивание глины с водой (воды 12 – 18%))
— глиняная масса помещается в формующий пресс
(чаще ленточный) – принцип мясорубки, внутри Архимедов винт.
— после формования керамическое изделие (кирпич-сырец) идет на сушку
|
|
|
иногда естественным путем, в основном в промышленных сушилках (туннельные сушилки – канал 30-40 м, происходит сушка дымовыми газами, t сушки не превышает 200оС (если большой перепад t и влажности => трещины усадки).
— после сушки обжиг при tmax=900-1000оC.
Осуществляется в туннельных печах длиной более 100м, в средней части печи находятся газовые горелки (время обжига-2 суток) или в печи Гофмана (представляет собой систему камер), где кирпич стоит неподвижно при обжиге (самая дешевая печь).
Полусухое прессование
— Сырьевые материалы вначале подсушивают, дробят, размалывают в порошок, а затем перемешивают и увлажняют водой или паром => формовочная масса имеет влажность ~5%.
— формовочную массу в револьверный пресс (вращающийся стол, куда помещается смесь)=> готовый сырец, который не требует сушки!!! Для повышения теплоизоляционных качеств – дырчатый или щелевой кирпич (порисованная керамика – заполняют мелкими шариками или опилками, которые выгорают => остаются дырочки с воздухом).
Метод литья (шликерный способ)
— исходные материалы предварительно измельчают и тщательно смешивают с большим количеством воды (влажность смеси до 40%) до получения однородной текучей массы (шликера). => изготовление изделий способом литья (используется конвейерная технология)=> шликер покрывается слоем глазури (глазурь – стекловидный слой, находящийся на поверхности керамических изделий, образуется в процессе обжига за счет сплавления (спекания) оксидов различных металлов).
— пирог режется на отдельные плиточки => в электрическое сушило
— обжиг в электропечи при t=1000-1200оС
Шликерный способ применяют в технологии фарфоровых и фаянсовых изделий, облицовочных плиток.
|
|
|
