книги из ГПНТБ / Роговой М.И. Технология искусственных пористых заполнителей и керамики учебник

личина KBR практически не меняется, а при его значения снижаются в два с лишним раза. Это указыва­ ет на резкое повышение гомогенности массы, подвергну­

R — радиус круга катка, равный радиусу средней точки

Рис. 71. Изменение пластической прочности глины, обработанной дыр­ чатыми вальцами (кривая 1) и бегу­ нами (кривая 2)

катка по его ширине в м, п — частота вращения чаши бе­ гунов в об/мин. Производительность бегунов резко по­ нижается с уменьшением влажности обрабатываемой глины.

Дырчатые вальцы (СМ-369А) отличаются от вальцов тонкого помола отсутствием зазора между валками и на­ личием отверстий в обечайках валков. Исследования тех­ нологической эффективности обработки глиняной массы на дырчатых вальцах показали, что прочность высушен­ ных образцов, сформованных из этой массы, возрастает примерно в 1,5 раза. Степень размягчения массы, дости­ гаемая при обработке глины на дырчатых вальцах, прак­ тически незначительна.

Изменение предела прочности при сдвиге, характери­ зующее степень размягчения глины в результате ее ме­ ханической обработки, приведено на рис. 71 [56]. Эти данные показывают, что бегуны обеспечивают лучшее размягчение глины, чем дырчатые вальцы. Аналогич­ ные тенденции отмечаются по изменению прочностных показателей и степени однородности. Таким образом, дырчатые вальцы по технологической эффективности не

191

являются полноценной заменой бегунам, но, благодаря компактности, они получили широкое распространение.

Глинопротнрочные машины представляют собой вер­ тикальный решетчатый цилиндр, внутри которого вра­ щаются на вертикальном валу три лопатки, растираю­ щие глину и продавливающие ее сквозь отверстия ре­ шетки. Жгуты проработанной глины собираются на вращающейся чаше, расположенной под решетчатым ци­ линдром. Глину разгружают с нижней чаши скребком.

Рис. 72. Зависимость прочности обож­ женных глиняных образцов от вели­ чины зазора между валками

Эти машины обеспечивают хорошую проработку глины. Их устанавливают в технологических линиях, предна­ значенных для выработки тонкостенных изделий.

Гладкие дифференциальные вальцы являются наи­ более распространенной машиной для тонкого измельче­ ния глиняной массы. Их применяют для этой цели как самостоятельное оборудование, так и в дополнение к бе­ гунам или дырчатым вальцам.

Технологическая эффективность обработки глины гладкими вальцами зависит от зазора между валками, соотношения частоты вращения валков (коэффициента фракции) и влажности обрабатываемой глины. При за­ зоре свыше 9—10 мм обработка на вальцах неощутима [56]. Лабораторные исследования влияния зазора валь­ цов на предел прочности при сжатии обожженных об­ разцов, изготовленных из обработанной глины, дали ре­ зультаты, приведенные на рис. 72. Эти данные указыва­ ют на необходимость обработки глины при минимальном зазоре между валками, обеспечивающем необходимую производительность. За рубежом гладкие вальцы уста­ навливают каскадом по две и три пары с постепенно уменьшающимся зазором от 3—5 до 0,5—0,8 мм. Ис­ пользуют также параллельную установку вальцов для

192

повышения производительности технологической линии. В настоящее время отечественная промышленность вы­ пускает гладкие вальцы с фиксированным зазором, рав­ ным 1 мм.

Частоту вращения валков следует подбирать так, чтобы соотношение их окружных скоростей обеспечива­

При назначении S нужно исходить из того, что ее ве­ личина должна возрастать с увеличением пластической прочности глиняной массы.

На технологическую эффективность работы гладких вальцов существенное влияние оказывает также величи­ на относительного зазора 8/R (R — радиус валка, б — величина зазора). В лучших современных образцах вальцов величина относительного зазора составляет 0,002—0,001, коэффициент фракции— 1,5—2, а окружная скорость валков достигает 20 м/с. Максимальный раз­ мер кусков глины, направлямых в вальцы, не должен превышать 0,05 диаметра валка.

С увеличением влажности глины, поступающей в вальцы, степень ее измельчения возрастает и соответст­ венно растет прочность высушенных образцов, изготов­ ленных из обработанной глины. В связи с этим наибо­ лее целесообразно подавать на переработку глину с влажностью, близкой к ее нормальной формовочной влажности. Сравнительные данные о технологической эффективности обработки глины различными машина­ ми приведены на рис. 73.

На современных зарубежных заводах после механи­ ческой обработки глину подвергают вылеживанию. При этом помимо ее набухания происходит также релаксация

напряжений в глине, возникших при механической обра­ ботке, благодаря чему улучшаются ее формовочные и сушильные свойства. Вылеживание замоченной глины с одновременным прогревом заметно интенсифицирует процесс набухания. Глину подвергают вылеживанию в механизированных хранилищах, оборудованных много­ ковшовыми экскаваторами, которые перемещаются по рельсовым путям или на мостовых фермах. Такие храни­ лища (называемые шихтозапасниками) строят вмести­ мостью от 2-недельного до 2-месячного запаса. Помимо чисто технологического воздействия на глину шихтозапасники дают возможность эксплуатировать глинопод­ готовительное отделение в одну смену при круглосуточ­ ной работе формовочного отделения. Кроме того, они дают возможность не нарушать непрерывную ритмичную работу формовочного отделения при каких-либо перебо­ ях в работе глиноподготовителыюго оборудования. Для суточного запаса обработанной глины строят хранилища башенного типа с механизированным разгрузочным ус­ тройством. Вылеживание глины увеличивает прочность изделий на 20—30 %.

Для обеспечения независимой друг от друга и рит­ мичной работы глиноподготовительного и формовочного отделений некоторые действующие заводы устанавлива­ ют после глинообрабатывающих машин дополнительный ящичный подаватель, создающий небольшой (на 20— 30 мин) буферный запас глины [57].

После тонкого измельчения глиняная масса выходит из помольных машин в виде отдельных, не связанных между собой кусочков: лепешек, жгутов и т. п. До пода­ чи в формовочный пресс из них нужно образовать сплошной массив глиняного теста с влажностью, при ко­ торой формуется изделие. Для этого нужно измельчен­ ную глину промять. Эту операцию осуществляют в гли­ номялке, в результате чего увеличивается подвижность глиняного теста (рис. 73), а прочность высушенных об­ разцов возрастает в 1,5—2 раза.

В производстве изделий стеновой керамики глину проминают в открытых лопастных глиномялках с водя­ ным орошением и паровым увлажнением.

На зарубежных заводах в последнее время стали применять глиномялки с протирочной головкой, изве­ стные под названием фильтр-мишер. В ней поперечное сечение корпуса перегорожено на выходном конце мас­

194

сивной решеткой. Через эту решетку лопасти вала про­ давливают глину, подвергая ее тем самым дополнитель­ ной обработке и одновременно задерживая засоряющие включения. Протирочная (фильтрующая) головка имеет длину, которая соответствует двойной ширине корпуса глиномялки и снабжена гидравлическим приводом для перемешивания. Это дает возможность, не останавливая

Рис. 73. Изменение предельного на­ пряжения сдвига в процессе обработ­ ки глиняных масс

/ — ящичный подаватель и винтовые валь­ цы; 2 — бегуны СМ-365; 3 — вальцы тонко­ го помола; 4 — мешалка пресса; 5 — комби­ нированный ленточный вакуум-пресс

глиномялки, выводить из рабочей зоны засоренную ре­ шетку и вводить в действие уже очищенную.

При подборе оборудования технологической линии для механи­ ческой обработки глины можно руководствоваться следующими Со­ отношениями:

нами в условных единицах, составляющая для гладких вальцов 1,

Увлажнение глины может быть однократным и сту­ пенчатым. Однократное увлажнение глиняной массы при ее механической обработке осуществляют подачей рас­ пыленной воды в глиномялку. Пребывание глины в гли­ номялке продолжается всего несколько минут. Между тем длительность набухания глин составляет 0,5—4 ч, а для некоторых и больше. Поэтому такой способ увла­ жнения сводится по существу лишь к поверхностному орошению отдельных кусочков глины, а не к полному усвоению глиной введенной воды. В связи с этим влаж­

ностная неоднородность глиняной массы при однократ­ ном ее увлажнении в глиномялке возрастает, что и было подтверждено результатами сравнения коэффициентов вариации по влажности (KBW) до и после увлажнения глины [56].

Двухступенчатое увлажнение, при котором глина ув­ лажняется первый раз до поступления в перерабатыва­ ющие машины, а второй раз — перед поступлением на формование, удлиняет период взаимодействия глины с

Рис. 74. Изменение степени раз­ мягчения глины при однократ­ ном (кривая 1) и двукратном (кривая 2) ее увлажнения

водой. Кроме того, переработка предварительно ув­ лажненной глины непрерывно обнажает новые поверх­ ности глинистых частиц для взаимодействия с водой и тем самым интенсифицирует этот процесс.

Исследования [56] показали, что при двухступенча­ том увлажнении повышается влажностная однородность глиняной массы (KBw понижается) и улучшаются ее пластические и прочностные свойства. Кривые рис. 74 характеризуют изменение прочности глины после ее по­ следовательной обработки в ящичном подавателе, вин­ товых и дырчатых вальцах при отсутствии и наличии первой ступени увлажнения в самом ящичном подавате­ ле. При двухступенчатом увлажнении первичное осуще­ ствляют иногда в ящичном подавателе, оборудуя его для этого специальными паропроводами. Лучшим решением является установка для увлажнения специальной глино­ мялки после ящичного подавателя (так называемой входной глиномялки), как это показано на схеме техно­ логического процесса (см. с. 186).

Паровое увлажнение глины существенно улучшает ее технологические свойства по сравнению с водяным ув­ лажнением. Водяной пар не только конденсируется на

№

поверхности куска глины, но, проникая в его мельчай­ шие поры, конденсируется в них. Тем самым вовлека­ ются большие поверхности глины в процесс взаимо­ действия с водой. Экспериментально установлено, что капиллярная конденсация пара частично вытесняет из глины воздух. Повышение температуры глиняной массы при ее паровом увлажнении интенсифицирует процессы взаимодействия глины с влагой. В результате перечис­ ленных факторов при паровом увлажнении глины воз­ растают пластичность, липкость и прочность глиняной массы [58].

Практическими данными установлено, что паровое увлажнение глины увеличивает производительность лен­ точных прессов и снижает потребляемую ими мощность на 15—20%.

Для увлажнения глины на отечественных заводах ис­ пользуют пар низкого давления 0,05—0,07 МПа, а на за­ рубежных— давлением до 1,3 МПа. Теоретически наибо­ лее выгодно подавать для увлажнения сухой, насыщен­ ный пар. Однако транспортирование такого пара от котельной к глиномялке неминуемо сопровождается его частичной конденсацией в паропроводах, что понижает его греющую способность при увлажнении глины (1 кг пара выделяет при конденсации 2500 кДж тепла, а 1 кг горячей воды при охлаждении выделяет всего лишь 210— 250 кДж). Поэтому практически для увлажнения глины необходимо использовать пар, перегретый на 20—30° С.

Когда карьерная влажность глины существенно выше формовочной, ее подогревают с одновременной подсуш­ кой в сушильных барабанах. Этот прием успешно прак­ тикуют ленинградские кирпичные заводы.

Формование изделий. Обработанная и подготовлен­ ная для формования глиняная масса имеет пластичную консистенцию. К массам пластичной консистенции1 от­ носят дисперсные системы, у которых сумма сил внут­ реннего сцепления (когезия) больше силы сцепления с поверхностью большинства материалов (адгезия). Коэф­ фициент внутреннего трения у таких масс больше коэф­ фициента их внешнего трения. Изделия стеновой кера­

197

исключительно на ленточных шнековых прессах, которые бывают безвакуумные и вакуумные.

Рабочими органами ленточного пресса (рис. 75) яв­ ляются шнек, корпус, переходная головка и мундштук. Движение массы в отдельных частях ленточного пресса и претерпеваемые ею при этом деформации, а также распределение скоростей движения определяют получен­ ную структуру сформованного изделия, сильно влияю­ щую на его физико-технические свойства.

2

Рис. 75. Ленточный безвакуумный пресс

/ — шнек; 2 — корпус; 3 — переходная головка; 4 — мундштук

Характер движения керамической массы в ленточном прессе довольно сложен. Он зависит от ее свойств — влажности, пластической прочности и внутреннего тре­ ния, от внешнего трения, давления, создаваемого шне­ ком, и противодавления выходных насадок — головки

имундштука.

Вкорпусе пресса масса движется сплошным потоком

иодновременно уплотняется. Осевое движение массы происходит не прямолинейно. Вместе с поступательным масса имеет вращательное движение, частично провора­ чиваясь относительно внутренней поверхности корпуса. Скорость осевого движения массы в корпусе неравномер­ на: она почти нулевая у ступицы шнековых лопастей и максимальная у поверхности корпуса. В итоге такого характера движения масса, перемещаемая в корпусе пресса, представляет собой спираль, в которой возника­ ют расслоения параллельно оси пресса (рис. 76).

Выпорной (выжимной) лопастью шнека масса разре­ зается и в виде двух спиралей выжимается в переход-

198

nyto головку пресса. Основное назначение головки прес­ с а — локализовать пульсирующее действие шнека 1 и вы­ равнять поля давления и скоростей по сечению потока. Обычно по сечению головки масса движется с неодина­ ковой скоростью. Распределение скоростей в потоке мас-

Рис. 76. Масса, находящаяся в корпусе ленточного пресса

а — спираль глиняной массы, извлеченной из корпуса пресса; б — характер расслоения глиняной массы в корпусе пресса

сы при входе ее в головку идентично распределению скоростей в потоке воздуха, образуемом пропеллерным вентилятором. Часть массы устремляется к валу шнека.

Рис. 77. Схема процесса деформации пластичной глиняной массы в формующей части ленточного пресса

показано распределение массы шнеком, пунктиром — раз­ витие фронта движения массы по формующему каналу

Если липкость массы и противодавление, возникающее в головке и мундштуке пресса, недостаточны для после-

1 В этом смысле головка в прессе действует аналогично ресиве­ ру в компрессорной установке.

199

Дующего плотного срастания двух потоков, то в сформо­ ванном изделии в скрытом виде возникает 5-образная трещина, которая проявляется в сушке или обжиге.

В головке пресса масса помимо осевого также про­ должает частично и вращательное движение, которое имеет максимальное значение у стенок головки и почти затухает у ее оси. Общий характер фронта движения массы в цилиндрических и конических частях ленточно­ го пресса изображен на рис. 77 [11]. Распределение скоростей отдельных концентрических слоев бруса, вы-

Рис. 78. Выход разрезанного бруса из мундштука ленточного пресса

а — рамка для разрезки бруса; 6 — движение лент разрезанного бруса, выхо­ дящего из мундштука пресса; 1 — шнековый вал; 2 — корпус пресса; 3 — голов­ ка; 4 —- мундштук; 5 — струнная рамка; 6 — брус

ходящего из пресса, имеет параболический характер. Это является первой особенностью движения формуе­ мой массы в ленточном прессе. Вследствие неодинаковых скоростей движения массы между ее концентрическими слоями возникают напряжения сдвига — отдельные слои как бы стремятся проскользнуть в отношении друг дру­ га. Эти напряжения являются источником возникновения различных дефектов в сформованных изделиях, в связи с чем подбор свойств формуемой массы и конструиро­ вание рабочих органов пресса подчиняются прежде все­ го задаче получить брус, по возможности свободный от сдвиговых напряжений или во всяком случае с мини­ мальной их величиной, безопасной для качества сфор­ мованных изделий.

Стремление отдельных частей бруса двигаться с раз­ личными скоростями проверяют в производственных ус­ ловиях элементарным опытом: изготовляют рамку из уголковой стали (рис. 78, а) с пятью натянутыми стру­ нами и укрепляют ее к мундштуку ленточного пресса (рис. 78,6). Затем включают пресс. Выходящий из него

200