Основное назначение сушки и обжига – при минимально возможных затратах топлива и времени получить изделия требуемого качества, определяющего из техническую ценность.
Для проектирования новых и реконструкции действующих предприятий строительной керамики используется большое разнообразие типоразмеров сушил и печей различных конструкций – туннельных, камерных, щелевых и проч.
Выбор типа сушила или печи и назначение режима сушки или обжига зависит от состава массы, формы и размеров изделий.
Сушку грубой строительной керамики – кирпича, крупноразмерных керамических камней, дренажных и канализационных труб черепицы и др. производят в туннельных сушилах непрерывного действия и камерных сушилах периодического действия. Теплоносителем служат дымовые газы обжиговых печей или специальных топок. Для обеспечения циркуляции теплоносителя и, таким образом, ускорения и повышения равномерности сушки теплоноситель подают через ротамиксеры на полу сушил или осевые вентиляторы на тележках.
Сушку керамических плиток различных видов производят в конвейерных радиационных и радиационно-конвективных сушилках с однорядной садкой на роликовых, сетчатых и цепных конвейерах. Теплоносителем служит горячий воздух, нагреваемый в калориферах.
Штампование используют при изготовлении из пластичных масс изделий сложной конфигурации – фальцевой черепицы, изразцов и т.п. Предварительно сформованные на ленточных прессах валюшки затем штампуют на револьверных или рычажных прессах.
Полусухое и сухое прессование изделий из порошковых масс используют для получения керамических плиток, кирпича и камней. Полусухое прессование кирпича осуществляется на отечественных и зарубежных рычажных, колено-рычажных, ротационно-рычажных прессах под давлением 15-40 МПа: для глин – 20-30 МПа, диатомитов – 15-25 МПа, аргиллитов и отходов углеобогащения – 25-40 МПа; продолжительность прессования – до 6 с. Рациональным для формования способом полусухого прессования считается следующий зерновой состав пресс-порошка (% по массе): 0-1 мм – 50, 1-2 мм – 25, 2-3 мм – 25.
Литье в гипсовые формы применяют для получения керамических изделий сложной конфигурации – санитарно-строительных, архитектурных деталей и проч. Отливают изделия на двухъярусных тележечных литейно-подвялочных конвейерах. Тележки с формами проталкивают и перемещают с одного яруса на другой гидравлическими толкателями и подъемниками. На первом ярусе готовят формы и заливают в них шликер. Тележки с формами проталкивают в камеру набора черепка с температурой 35-40°С на 1,5 ч (длина камеры примерно 2/3 длины яруса). Срок уплотнения шликерной массы зависит от свойств шликера и гипсовых форм, температуры и влажности окружающей среды. Затем тележку с формами наклоняют, и излишек шликера сливают. В конце нижнего яруса гидроподъемник поднимает тележки с формами на верхний ярус, а гидротолкатель проталкивает их в камеру закрепления черепка на 3 ч при температуре 35-50°С. Затем тележку с формой опускают снова на нижний ярус. Здесь гипсовую форму открывают, отливку извлекают, устраняют дефекты. Подвяливают, снова оправляют и подают в сушильную камеру. Гипсовые формы перед очередной заливкой шликера высушивают при температуре 55-60°С.
Читать далее... Штампование и прессование при изготовлении керамических изделий
В зависимости от пластической консистенции формовочной массы различают следующие способы формования керамических изделий: из пластичных масс – ленточное (пластическое) и жесткое формование и штампование, из порошковых масс – полусухое и сухое прессование и из шликеров – литье.
Изделия сложной конфигурации – санитарно-строительные (унитазы, раковины и проч.), получают литьем, кирпич – прессованием и ленточным формованием, печные изразцы, фальцевую черепицу – штампованием и т.д.
Пластическое (ленточное) формование применяют для получения кирпича и керамических камней и труб, а также других видов керамики при использовании пластичных формовочных масс на ленточных шнековых вакуумных прессах. Прессы такого типа, позволяющие перед приданием массе формы вакуумировать формовочную массу для повышения связности и плотности массы, возможности перехода на массу с меньшей влажностью, снижения свилеобразования, а также улучшения свойств готовых изделий.
Ленточный вакуумный пресс состоит из глиносмесителя, вакуум-камеры, шнека, прессующей головки и мундштуков различных форм: прямоугольной для кирпича, кольцевой для труб и т.п.
Прогретую паром в глиносмесителе массу до температуры 50-80°С в случае необходимости доувлажняют и продавливают через дырчатую перегородку в вакуум-камеру для удаления воздуха и паров воды и далее в шнек, который уплотняет вакуумированную массу и передает ее в профилированную прессующую головку. При водном охлаждении прессующей головки расход воды на формовку 1000 шт. сырца принимают около 70 л. Выходящий из мундштука непрерывный глиняный брус заданного поперечного сечения резательным аппаратом разрезают по требуемому размеру на изделия и раздвигают сырец на определенное расстояние друг от друга. Отбор кирпича-сырца от пресса и укладку его на транспортные средства для передачи в сушильно-обжиговое отделение осуществляют автоматически автоматами-укладчиками.
Шликерный способ подготовки масс заключается в грубом измельчении глины, роспуске ее в большом количестве воды, процеживании шликера, хранении или обезвоживании его.
Шликер используют при изготовлении керамических изделий, имеющих сложную форму, например санитарно-строительных, или для получения пресс-порошка. Последний получают обезвоживанием шликера в распылительных сушилках.
Учитывая многообразие глинистого сырья и добавок, типов технологического оборудования, количество и последовательность технологических переделов могут изменяться, т.е. объединяться, меняться местами или добавляться новые.
Грубое измельчение сырья производят на дезинтеграторных вальцах, стругачах, валково-зубчатых дробилках. Отощающие добавки готовят также как и в полусухом способе подготовки массы.
Роспуск глины осуществляют одновременно с тонким измельчением в шаровых мельницах мокрого помола, пропеллерных мешалках, роторных мельницах либо фрезерно-метательных мельницах; последние чаще используют в производстве плиток. Для роспуска глины горячей водой в производстве стеновой керамики применяют гли-ноболтушки с последующим процеживанием шликера через дуговое сито и хранением в шламбассейнах при постоянном перемешивании и барботаже шликера сжатым воздухом.
Смешивание компонентов (пластичных, отощающих, плавней) при шликерном способе производят в шаровых мельницах и пропеллерных мешалках одновременно с тонким измельчением.
Прошедшего электромагнитную очистку и процеживание шликер (влажность до 80%) поступает на хранение в пропеллерные мешалки, где находится в течение 5-6 сут при постоянном перемешивании и подогреве до 40-60°С. Подготовленный шликер перекачивают мембранным насосом в расходные мешалки отделения отливки изделий.
В производстве керамических облицовочных плиток шликерный способ подготовки масс применяют для получения пресс-порошка. В этом случае процесс приготовления шликера несколько упрощается.
Применение шликерного способа подготовки пресс-порошка по сравнению с полусухим способом позволяет значительно сократить время подготовки порошка, совместить процессы сушки и измельчения, стабилизировать свойства порошка, улучшить условия труда.
Пластический способ подготовки масс заключается в двухстадийном грубом и тонком измельчении исходного сырья, смешивании с другими материалами при естественной влажности или с увлажнением для получения пластичного теста.
Глину рыхлят стационарными или передвижными глинорыхлителями, устанавливаемыми под корпусом ящичного питателя. Плотные глины рыхлят двухвалковым рыхлителем с увеличенным количеством бил.
Пластичные и вязкие глины измельчают в зубчатых вальцах, глины средней пластичности – в дырчатых вальцах, хрупкие и мерзлые глины – в глинорезках, а трудноразмокаемые глины с включениями известняка – в бегунах.
Сухие отощающие, выгорающие и другие добавки дозируют питателями чаще тарельчатыми, ленточными, винтовыми, барабанными.
Тонкое измельчение производят в гладких и зубчатых вальцах либо бегунах.
Отощающие добавки готовят также, как и в полусухом способе.
Смешивают компоненты шихты с одновременным ее проминанием в двухвальных глиномешалках или глиномешалках с фильтрующей решеткой, с добавлением воды в распыленном состоянии или обычно с пароув-лажнением, что дает лучшие результаты.
Если поступающая в производство глина сильно переувлажнена (25-35%), ее разувлажняют сухими добавками, например, дегидратированной глиной, шамотом или сушат в барабанных сушилках перед измельчением. Для одновременной сушки с помолом можно после грубого измельчения использовать мельницы молотковые тангенциальные.
Подготовленную массу для повышения ее однородности и пластичности, а также прочности получаемых изделий выдерживают некоторые время в промежуточных хранилищах. Кроме улучшения свойств массы и изделий, устройство промежуточных хранилищ обеспечивает ритмичность работы глиноперерабатывающего и формовочного оборудования. На кирпичных заводах для этого обычно перед ленточным прессом устанавливают ящичные питатели и бункерами вместимостью до 50 м3, на плиточных и черепичных - силоса-гомогенизаторы или шихтозапасники бункерного или других типов. После вылеживания керамическую массу пропускают еще раз через смеситель и передают на формование.
Для приготовления формовочных масс рекомендуют использовать также стержневые смесители, в которых осуществляется комплексная обработка масс – усреднение массы, домол крупных фракций и агломерация пылевидных фракций.
На основании этих вариантов можно составить технологические схемы, увязанные с технологическими и физико-техническими характеристиками применяемого сырья, наличием технологического оборудования, компоновочными решениями и технико-экономическими показателями.
Оптимальная влажность формовочных масс на основе глин, аргиллитов и отходов углеобогащения составляет 7-10%, на основе диатомитов -12-17%). Превышение этих значений снижает качество получаемых изделий; влажность ниже этих значений приводит к увеличению упругих деформаций и образованию перепрессовочных тещин. При высокой влажности вводят разувлажняющие добавки (% по массе): шлаки – 10-15, дегидратированную глину – 30-50.
Необходимое количество добавок на 1 т глины (в пересчете на сухое вещество) определяется по формуле:
- уголь, шлак, шамот измельчают сначала в щековых либо одно- и двухроторных молотковых дробилках, а затем в шаровых мельницах и просеивают через сито с отверстиями 2-3 мм или в шаровых мельницах без последующего просеивания. Для просеивания используют сито-бурат, инерционный наклонный грохот, струнное сито;
- дегидратированную глину получают во вращающихся печах при температуре 500-600°С, измельчают в молотковых или валковых дробилках и просеивают через сито с отверстиями 1-2 мм. Если же далее предусмотрена обработка массы в бегунах мокрого помола и вальцах тонкого помола с зазором 1-2 мм, то просеивание не делают. Дегидратируемую во вращающихся печах глину перед обжигом пропускают через камневыделительные вальцы, а в печах кипящего слоя – еще и смеситель, дырчатые вальцы, пресс или гранулятор для получения гранул;
- окислы-красители подвергают тонкому измельчению и просеиванию через сито N008 (4900 отв/см2), на котором не должно оставаться более 5% порошка.
Сырье с высокой карьерной влажностью (15-25% для глин и до 45% для диатомитов) перед сушкой в сушильном барабане гранулируют на прессе с гранулирующей приставкой или дырчатых вальцах, а после сушки измельчают в стержневом смесителе и выдерживают некоторое время в бункере промежуточного хранения.
Читать далее... Стержневые смесители в производстве формовочных масс
Полусухой способ подготовки массы заключается в грубом измельчении исходного сырья, его подсушивании, тонком измельчении, отсеве крупных включений, смешивании его с добавками и увлажнении.
Количество и последовательность технологических переделов могут изменяться в зависимости от состава исходного сырья и эффективности применяемого оборудования.
Готовить массы из глин с повышенной влажностью 18-25% рекомендуют с одно- или двухстадийной сушкой и последующим измельчением до крупности не более 3-5 мм. Глины с пониженной карьерной влажностью 13-17%, сланцевые, аргиллиты и другие материалы с влажностью до 14% рекомендуют измельчать с одновременной подсушкой до крупности не более 2 мм.
При полусухом (сушильно-помольном) способе первичное разрыхление производят в ножевых глинорезках (стругачах), глинорыхлителях, зубчатых, винтовых камневыделительных дезинтеграторных вальцах, либо бегунах мокрого помола. Перед тонким измельчением глины для предотвращения забивания и замазывания ею помольных агрегатов ее подсушивают в прямоточных сушильных барабанах, снижая влажность глины с 15-25% до 2-13% по массе. Температура газов, поступающих на сушку, составляет обычно 600-800°С, а отходящих после сушки – 100-120°С; температура глины после сушки 60-80°С.
Для тонкого измельчения применяют дезинтергаторы, гладкие дифференциальные вальцы, бегуны, молотковые, центробежные и роторные мельницы. При использовании смеси глин с разными свойствами рекомендуют после обработки на бегунах или дырчатых вальцах массу перетереть на глинорастирателе.
Читать далее... Полусухой способ подготовки формовочных масс
Пластифицирующие добавки используют для повышения пластичности малопластичого глинистого сырья, например, лесов или лесовидных суглинков. Это высокопластичные («жирные») тугоплавкие и бентонитовые глины, различные ПАВ (технические лигносульфонаты, СДБ, КМЦ и др.), электролиты (кальцинированная сода, жидкое стекло, соляная кислота, хлорное железо и др.). Высокопластичные и тугоплавкие глины вводят в массу в количестве до 50% массы глины, а ПАВ – 0,2-0,5% массы шихты. Добавка электролитов составляет 0,05-2,5% массы сухого вещества.
Плавни вводят для повышения плотности и прочности, а также степени спекания при пониженных температурах обжига. Плавнями являются материалы, которые сами имеют меньшую, чем глина температуру плавления (пегматиты, сиениты, полевые шпаты) или образующие в процессе обжига с компонентами глины легкоплавкие соединения (известняки, доломиты, перлит, магнезит и др.). Месторождения полевых шпатов и пегматитов расположены на юге Карелии (р-н Ладожского озера), В Иркутской обл. (г.Слюдянка, о. Ольхон), Читинской, Амурской областях. Нефелин-сиениты сконцентрированы еа Колькском полуострове, на Урале (г.Вишневогорск челябинской обл.). Крсноярском крае (ст. Ужур, ст. Мариинск), на Дальнем Востоке (о. Сахалин, юг Якутии).
Для повышения морозостойкости керамических изделий в формовочную массу вводят до 2,5% хлористых кальция, натрия или алюминия.
С целью предотвращения выцветов добавляют углекислый или хлористый барий в количестве до 0,5% массы, а для разрушения опасных крупных известковых включений – до 1,5% массы глины хлористый натрий или соляную кислоту.
Керамическое производство должно включать максимально возможное использование техногенного глиносодержащего сырья, вскрышные, горелые породы и другие материалы, существенно расширяя сырьевую базу керамического производства и принося пользу экологической обстановке.
Для корректировки свойств исходного сырья, непригодного для получения изделий требуемого качества, в керамические массы вводят различные минеральные и органические добавки.
Отощающие добавки позволяют при сушке керамических изделий из высокопластичных глин уменьшить воздушную усадку и, тем самым, повысить трещиностойкость, сократить продолжительность сушки и снизить коробление сырца. При обжиге отощающие добавки также способствуют снижению огневой усадки.
Отощающими добавками могут являться тощие глины с числом пластичности не более 7, дегидратированная глина, отходы угледобычи с содержанием глинистых фракций до 60-70%, шамот, бой кирпича, кварцевые пески с преимущественно угловатыми зернами размером от 0,25 до 1 мм, измельченный шлак, зола, молотые песчаники, кварциты, кремни, маршаллит, диатомит, трепел, и т.п. материалы.
В производстве санитарно-строительных изделий отощителями служат тальк и пирофиллит. Вводимое в формовочную массу количество отощителя.
в виде кварцевого песка составляет 10-25%, шамота – 10-50%, а в случае многошамотных масс – до 90%.
Отощающе-выгорающими добавками являются уголь, опилки, молотые шлаки и золы с топливными остатками, а также отходы углеобогащения. Они могут заменять до 85% массы твердого топлива, необходимого для обжига. Равномерно распределенные в теле сырца эти добавки способствуют хорошему внутреннему спеканию черепка пористых изделий.
Важные свойства глин – пластичность, связующая способность, воздушная и огневая усадки, спекаемость.
Пластичность глин – способность при затворении водой образовывать вязкое тесто, которое под воздействием нагрузки можно придать какую-либо форму, сохраняющуюся после снятия нагрузки. Пластичность глин зависит от их гранулометрического и минералогического составов. Наибольшая пластичность у монтмориллонитовых глин, наименьшая – у каолинтовых. Естественную пластичность глин можно регулировать разными технологическими приемами. Для уменьшения пластичности в глины вводят отощаю-щие добавки, а для повышения ее используют добавки высокопластичных глин и пластификаторов, дополнительное измельчение исходного сырья, вылеживание, отмучивание, обработку паром и/или вакуумирование глиняной массы.
Связующая способность глин – способность связывать частицы непластичных материалов и образовывать при затворении водой хорошо формуемую массу. От степени связующей способности зависит возможность све-жесформованных изделий выдерживать транспортировку, садку, нанесение декора и проч. Для повышения связующей способности в глины вводят и небольшое (0,25-0,5% по массе) количество ПАВ.
Критерием связующей способности служит число пластичности. Высокопластичные глины (число пластичности более 25) способны связывать по массе более 50% песка, пластичные (число пластичности 7-25) – 20-50%, малопластичные (число пластичности 3-7) – до 20%.
Воздушная и огневая линейная и объемная усадки – это сокращение линейных размеров или объема при сушке и обжиге. Для уменьшения воздушной усадки и усадочных напряжений и повышения трещиностойкости изделий в состав формовочной массы вводят отощители, ПАВ или применяют вакуумирование глины, орошение поверхности глиняного бруса вла-гозадерживающими составами.
Спекаемость глин – способность глин под действием высоких температур превращаться в плотный камнеподобный черепок с водопоглощением менее 5%. По температуре спекания различают глины низкотемпературного спекания (до 1100°С), среднетемпературного (1100-1300°С) и высокотемпературного (свыше 1300°С).
Важнейшим технологическим показателем является интервал спекания, определяющий режим конечной стадии обжига изделий.
Так как глины являются сложными полиминеральными, полидисперсными системами определенной точки плавления у них нет, а за температуру плавления условно принимают показатель огнеупорности.
В соответствии с этим глинистое сырье делят на: огнеупорное – температура плавления свыше 1580°С, тугоплавкое – от 1350 до 1580°С, легкоплавкое – до 1350°С.
Огнеупорные глины с малым содержанием примесей используют в производстве тонкой керамики и огнеупоров; тугоплавкие с оксидами железа, кварцевого песка и примесей – лицевого кирпича, напольных плиток, ка-нализационых труб, а легкоплавкие полиминеральные с большим количеством примесей – кирпича, черепицы, пористых заполнителей.