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

брус будет разрезаться струнами рамки на пять лепт. Если бы все части бруса двигались с одинаковой скоро­ стью, то длина всех лент была бы тоже одинаковой. В действительности наблюдается опережение средней ленты и постепенное снижение скоростей лент по направ­ лению от оси пресса к периферии. Это указывает па на­ личие в движущейся массе сдвиговых напряжений, со­ храняющихся в выходящем брусе. Если бы брус был раз­ резан на большое число лент, то очертание их выходных

Рис. 79. Свилеватая структура кирпича

кондов образовало бы параболическую линию, как это показано пунктиром на рис. 78,6. Аналогичные резуль­ таты можно получить, прикрепляя к мундштуку пресса дырчатую плиту.

Вторая особенность движения керамической массы в ленточных прессах заключается в том, что в осевом на­ правлении она не является сплошным массивом. Опыты с попеременной загрузкой в пресс разноцветных глин и последующим раскрытием пресса показывают, что струк­ тура массы в прессе представляет собой последователь­ ное напластование полых конусов, вложенных друг в друга. Такая структура массы является следствием пуль­ сации в подаче массы шнеком, несмотря на то что в принципе пресс является машиной непрерывного дейст­ вия. Недостаточно прочное срастание поверхностей раз­ дела между напластованиями является вторым источни­ ком специфических пороков, характерных для изделий ленточного формования. Наиболее серьезным структур­ ным пороком кирпича, сформованного на ленточном шне­ ковом прессе, является «свиль», под которой понимают

801

спиральные трещины па постели кирпича, возникающие как след эллипсовидных, плохо сросшихся во время фор­ мования напластований (рис. 79). Свиль ухудшает каче­ ство кирпича, снижает его трещиностойкость в сушке и обжиге, а также понижает прочность и морозостой­ кость.

Для получения изделия ленточного формования вы­ сокого качества необходимо, с одной стороны, по воз­ можности ослабить действие факторов (полностью уст­ ранить их нельзя), вызывающих возникновение специ­ фических пороков ленточного формования, с другой — регулировать свойства керамической массы в таком на­ правлении, чтобы она была малочувствительной к воз­ никновению напряжений, которые возникают в ней при ленточном формовании изделий, обладала бы возможно большим сцеплением и способностью быстро «залечи­ вать» разрывы, образующиеся при формовании.

Рассмотрение физической стороны явления свилеобразования дает возможность записать склонность керамической массы к свилеобразовапию Ссв в виде следующей общей зависимости:

где РПр — давление прессования; / вн ш и /вит — соответственно ко­ эффициенты внешнего и внутреннего трения; Л —-липкость — прилипаемость, определяемая в данном случае адгезионными свойства­ ми двух приведенных в контакт однородных глиняных слоев; С — сцепление (связность).

Приведенная общая зависимость позволяет наметить мероприятия, способные ликвидировать или существенно уменьшить явления свилеобразования. Такими меропри­ ятиями могут быть:

1) отощение глины крупнозернистым отощителем (гранулированным шлаком, дегидратированной глиной и др.), который увеличивает коэффициент внутреннего трения. Крупные зерна отощителя как бы «сшивают» отдельные слои массы, мешая им проскальзывать в от­ ношении друг друга, и тем самым понижают склонность массы к срыву сплошности. Добавление мелкозернисто­ го песка вредно. Он уменьшает связность, не увеличивая существенно fBHт, и тем самым повышает склонность массы к срыву сплошности;

2) паровое увлажнение глины снижает требуемое прессовое давление Рпр и увеличивает липкость, т. е. спо­ собность массы восстанавливать нарушенную сплощ-

т

иость, и тем самым уменьшает вероятность выхода из пресса изделий с нарушенной сплошностью;

3) увеличение влажности массы сопровождается уменьшением ее связности. Но в то же время оно пони­ жает давление истечения (рис. 80) и повышает лип­ кость массы, благодаря чему в итоге возрастание влаж­ ности снижает склонность массы к свилеобразованию. Из графика рис. 80 видно, что даже небольшое спижс-

Рис. 80. Зависимость удельно­ го давления истечения через сопло d = 20 мм керамической массы от ее влажности

+шамот 30%

ние влажности приводит к большим перегрузкам пресса, чем и объясняются их аварийные поломки при внезап­ ном уменьшении влажности массы;

4)уменьшение внешнего трения понижает крутизну параболы скоростей (снижает неравномерность выхода массы из пресса), понижая тем самым сдвиговые напря­ жения в массе и уменьшая вероятность возникновения в ней разрывов. Уменьшения внешнего трения можно до­ биться введением в массу поверхностно-активных ве­ ществ и орошением головки пресса водой. В частности, для лессовидных глин рекомендуется добавка гуза-паи, которая является промышленным отходом;

5)удлинение головки пресса вставкой промежуточно­ го кольца длиной 100—200 мм между корпусом и голов­

203

кой пресса повышает сцепление разъединенных в кор­ пусе напластований. Изменением длины головки можно в широких пределах регулировать характер параболы скоростей формуемой массы и, следовательно, ее склон­ ность к нарушению сплошности. На рис. 81 показаны влияние шнека и длины головки на распределение ско­ ростей движущейся массы. При короткой головке (рис. 81, а) опережающим фактором является влияние шнека, и масса будет выходить из пресса с опережени-

Рис. 81. Схема распределения скоростей при течении керамической массы в головках ленточного пресса разной длины

ем скоростей между центром и периферией формуемого изделия. При длинной головке (рис. 81,6) преобладаю­ щее влияние будет оказывать внешнее трение и опере­ жение скорости возникнет в центре изделия. Наилучшие результаты получаются тогда, когда длина и конус­ ность головки обеспечивают распределение скоростей по схеме 81, в. В этом случае парабола скоростей выходя­ щей из мундштука массы имеет как бы плоскую «верши­ ну», обеспечивающую минимальный перепад скоростей почти по всему сечению формуемого изделия;

6) снижение зазора между лопастями шнека и корпу­ сом пресса предотвращает обратный пристеночный пере­ ток массы и тем самым снижает свилеобразование. Этот зазор не должен превышать 2—3 мм. Увеличение зазора помимо свилеобразования приводит к большим потерям энергии на трение (корпус пресса и масса нагреваются)

и к снижению производительности пресса;

204

7) снижение частоты вращения шнекового вала, торое должно быть не более 32 в 1 мин, уменьшает прес­ совое давление и тем самым понижает свилеобразование;

8)установка рыхлительных ножей в промежуточном кольце или головке пресса уменьшает «заполированность» поверхностей отдельных слоев, увеличивая тем самым их сцепление и понижая свилеобразование;

9)переход на формование пустотелых изделий турбулизирует поток массы, увеличивает ее сцепление и уменьшает свилеобразование;

10)установка вибрирующей головки [59] и установ­ ка головки с уплотняющим контуром [11] являются пер­ спективными мероприятиями по борьбе со свилеобразованием, хотя они проверены лишь в экспериментальном порядке и не используются еще промышленностью.

Производительность и удельный расход энергии на формование зависят от структурно-механических свойств формуемой массы, соотношения в размерах рабочих ор­ ганов пресса и от режима его работы.

влияние характер внутренней поверхности корпуса. При гладкой внутренней поверхности корпуса производитель­ ность пресса резко падает вследствие сильного враще­ ния массы вместе со шнеком внутри корпуса, а при очень пластичных глинах выход ее вообще прекращается.

Лучшим оформлением внутренней поверхности корпу­ са является шлицевое нарифление глубиной 1—2 мм, которое предохраняет наружные слои массы от провора­ чивания и не мешают ее продольному перемещению.

Для каждой массы существует оптимальная частота вращения, при которой пресс имеет наибольшую произ­ водительность при наименьшем удельном расходе мощ­ ности (рис. 82). Длина головки должна находиться в пределах 150—300 мм. Плоские головки длиной 50 мм пригодны только для формования глин, не склонных к нарушению сплошности.

Конусность мундштука и площадь его поперечного сечения влияют на давление истечения [60]. Рекомен­ дуемые длины и конусности мундштука составляют: для малопластичного сырья 220—300 мм с уклоном стенок

205

Частота Вращения шнека Вмин

206

^ 8 % , для среднепластичных глин 220—260 мм, уклон стенок 6—8% и для высокопластичного сырья 200— 240 мм, уклон стенок 4—6% [61]. Во всех случаях нуж­ но стремиться к тому, чтобы геометрические параметры мундштука обеспечивали заданную производительность при минимальном прессовом давлении, что соответству­ ет и минимальному расходу энергии.

Оптимальные параметры мундштука можно подобрать по но­ мограмме рис. 83.

П р и м е р : Дано ф=20%; /=10 см; /т = 1,5 см; [х =0,05 кПа-с;

U — 12 см/с. Следуя ключу, приведенному на номограмме, находим

/> = 4,7 МПа.

Размеры выходного сечения мундштука рассчитыва­ ют по формуле

( 61)

где I — длина или ширина выходного отверстия в мм; 1\ — то же, обожженного изделия, в мм; у 0бщ — общая усадка в %; Р уп — уп­ ругое расширение сформованного изделия в мм (обычно РуП=1ч- ~-2 мм).

Формование изделия на вакуумном ленточном прессе существенно изменяет свойства формуемой массы. Плас­ тичное глиняное тесто является трехфазной системой, со­ стоящей из твердой минеральной фазы, воды и воздуха. Содержание воздуха в пластичном глиняном тесте до­ стигает 10% •

Различают три формы воздуха, содержащегося в глине: ад­ сорбированный на поверхности глиняных частиц, механически за­ хваченный при увлажнении и растворенный в воде [62].

Адсорбция воздуха зависит от его относительной влажности и прекращается при q>=80-f-90%. С повышением температуры воз­ духа адсорбция его понижается, что указывает на целесообразность подогрева глин для их более глубокого вакуумирования. Макси­ мальное количество воздуха адсорбируют монтмориллонитовые гли­ ны, минимальное — каолинитовые. Адсорбированный воздух наибо­ лее трудноудаляем. Из тонкодисперсных глин его можно удалить лишь при глубоком вакууме — 90— 98 кПа.

Механически связанный воздух находится в виде макропузырь­ ков, окруженных водной пленкой. Условия его эффективного уда­ ления определяют формулой

(62)

где бНр — критическая (максимальная) толщина глиняной пленки, которую может прорвать пузырек воздуха, в см; А Р — перепад дав­ лений в МПа; R p — предел прочности глиняной пленки при разрыве в МПа; г — внутренний радиус пузырька в см.

207

Формула (62) показывает, что с понижением глубины вакуума степень измельчения глины должна возрастать. Для тонкодисперс­ ных глин (малое значение г) необходимо применять более глубокий вакуум. Более прочные глины необходимо подвергать большему из­ мельчению. Кроме того, полнота удаления воздуха из глины зави­ сит от длительности воздействия вакуума.

Растворимость воздуха в воде уменьшается с повышением ее температуры. Поэтому подогрев глины способствует более полному удалению и этой формы воздуха. Однако теоретически температура глины не должна превышать точки кипения воды при данном раз­ режении в вакуум-камере. Эти соотношения таковы:

Практически температура глины может быть выше на 15—20% против равновесной для данного разря­ жения.

Наличие воздуха в глине нарушает связь между от­ дельными зернами глинистых минералов и между от­ дельными молекулами воды, ухудшая тем самым проч­ ностные и формовочные свойства глиняного теста. Уда­ ление защемленного воздуха повышает связность глин в результате устранения поверхностного натяжения на границе макропузырек — вода.

Глины могут быть уподоблены коллоидным пенам. В связи с этим уместно вспомнить, что при насыщении воздухом типичного коллоидного вещества — яично­ го белка — путем его взбивания он также превращается в пену, которая легко «рвется на куски», утрачивая теку­ честь, присущую невзбитому белку. Точно так же и гли­ ны, насыщенные воздухом, которые могут рассматривать­ ся как пены [63], в значительной мере утрачивают свя­ зность и пластичность

Наличие воздуха в глине замедляет процесс усвоения ею влаги, обусловливает неравномерное ее уплотнение во время формования, вызывает упругое последействие с образованием микротрещин в сформованном изделии и, наконец, воздух действует как отощитель, снижая фор-1

1 Этим объясняется наблюдающееся иногда ухудшение пласти­ ческих свойств недостаточно увлажненной глины при интенсивное! механической обработке.

208

мовочную способность глиняной массы. В связи с этим в начале 30-х гг. начали применять вакуумирование гли­ няной массы для улучшения ее формовочных и прочност­ ных свойств.

Вакуумирование глины упрочняет в 2—3 раза сфор­ мованное изделие и примерно в 1,5 раза увеличивает прочность высушенного изделия, на 6—8% повышает его плотность, понижает необходимую формовочную влаж­ ность на 2—3% и увеличивает связующую способ­ ность (пескоемкость) глины. Объемная масса обож­ женного изделия возрастает на 3—4%, водопоглощение снижается на 10—15%, а прочность увеличивается до 2 раз.

Вакуумирование глины улучшает ее пластические свойства, благодаря чему резко снижается брак при формовании изделий.

Отрицательным моментом вакуумирования является понижение влагопроводности глины, что замедляет про­ цесс свободной влагоотдачи. Однако это не ухудшает су­ шильных свойств изделия благодаря возрастанию его прочности и снижению воздушной усадки.

Вакуумирование, как правило, понижает свилеобразование в кирпиче, хотя бывают и исключения. Их мож­ но объяснить тем, что вакуумирование, с одной стороны, повышает связность (сцепление) формуемой массы и тем самым способствует предотвращению срыва ее слоев, но в то же время вакуумированные слои массы, если их сплошность уже нарушена, обладают очень низкой спо­ собностью восстанавливать свою сплошность (очень ма­ лой липкостью). Поэтому в практике вакуумного формо­ вания на ленточных прессах, как правило, исчезает срыв сплошности при глубоком вакуумировании 96—98,5кПа. Слабое вакуумирование (66—79 кПа) повышает склон­ ность массы к срыву сплошности. В то же время для не­ которых высокопластичных глин снижение вакуума с 96—98,9 до 79—81,5 кПа ликвидировало разрыв сплош­ ности, который наблюдался при глубоком вакууме.

Устойчивость вакуума зависит также от мощности и надежной работы вакуум-насосов. Последние значитель­ но ухудшают свою работу при повышении температуры отсасываемого воздуха до 30—40° С, а также при уносе с воздухом мельчайших частиц глины, вызывающих бы­ стрый износ рабочих частей насоса. Поэтому для обеспе­ чения устойчивой работы вакуум-насоса (особенно при

пароувлажненной глине) необходимо предусматривать

фильтры и холодильники.

Срыв вакуума может происходить из-за неравномерго питания пресса глиной, из-за неполной загрузки гли­ номялки двухвальных вакуум-прессов и из-за непостоян­ ства влажности глины.

Из мундштука ленточного пресса сформованная масса выходит в виде непрерывной ленты (бруса) за­ данного профиля. Из нее изделия заданных размеров получают путем поперечной резки. Изготовленное таким образом изделие называют сырцом. Его необходимо от резательного автомата отобрать и направить в сушилку.

Отборку сырца от пресса и укладку его на транс­ портные средства на современных заводах выполняют автоматы.

Типы укладочных автоматов неразрывно связаны с ти­ пом искусственной сушилки, в которой сушится сырец. При камерных сушилках применяют автоматы келлеровского принципа действия, сущность его заключается в приеме сырца на сушильную полку от однострунного ре­ зательного автомата, передаче ее шагающим транспор­ тером на накопитель-подъемник, с которого 10 полок с сырцом одновременно снимаются самосбрасывающей консольной вагонеткой, транспортируются и ею же загру­ жаются в сушильную камеру. Конструктивное оформле­ ние этого принципа различно в автоматах отдельных фирм и заводов. В последние годы при использовании автоматов этого типа применяют самоходные самосбрасывающие вагонетки, принимающие одновременно четы­ ре вертикальных ряда кирпича. Вместимость такой ваго­ нетки составляет 480 шт. кирпича. Ее подвижная рама снабжена электроприводом. Применение таких вагоне­ ток облегчает труд загрузчиков и повышает производи­ тельность сушилок, уменьшая простой камер под за­ грузкой и разгрузкой.

При туннельных сушилках с полочной сушкой сырца применяют укладочные автоматы системы Арутинова— Антокольского с укладкой полок на вагонетки консоль­ ного типа, а также автоматы, укладывающие сырец на вагонетки каркасного типа.

При штабельной сушке в туннельных сушилках плот­ ного вакуумированного сырца применяют укладочные автоматы, которые пневмосъемником устанавливают ряды сырца на печную вагонетку.

210