книги / Неформованные огнеупоры. Т. 1 Общие вопросы технологии
.pdfкогда крупные габариты блоков не позволяют осуществить обычный процесс формо вания на гидравлических прессах.
На рис. 6.79 по данным [6.86] показана установка, применяемая на огнеупорных заводах для формования крупноразмерных изделий.
Применяют установки с одной трамбовкой и со спаренными трамбовками, как это показано на рис. 6.78. В последнем случае можно изготавливать одновременно два блока. Согласно [6.86], достоинствами установки являются:
а) изготовление блоков больших размеров, в том числе и по высоте; б) изготовление блоков, различных по форме; в) возможность быстрого перехода от одних изделий к другим.
К недостаткам установки, помимо отсутствия механизации, относятся: а) неравномерное уплотнение насыпанного слоя; б) неравномерное распределение вяжущего в слое;
в) необходимость разрыхления верхней грани уплотненного слоя.
Вследствие указанных недостатков блоки динасового или кварцитового состава ча сто имеют слоистую структуру. Для исключения перечисленных недостатков при под прессовке массы к ранее уплотненному слою необходимо непрерывно подпитывать поверхностный слой небольшой высоты массой. Этим условиям отвечает разработан ный способ вибрационного уплотнения полусухих масс. Сущность этого способа зак лючается в применении проницаемого для массы уплотняющего элемента в виде ре шетки, получающего колебательные движения от вибратора.
Практической проверкой изложенного способа установлено:
1) скорость уплотнения массы зависит от ее влажности в пределах до 7 %, при бо лее высокой влажности снижается сыпучесть массы и происходит ее частичное уп лотнение над решеткой, что препятствует поступлению массы под решетку и наруша ет режим формования;
2) оптимальное содержание раствора жидкого стекла, обеспечивающее уплотнение динасовых составов до кажущейся плотности 1,95 г/см3, находится в пределах 10-
11% при влажности массы 7,5-8,5 %;
3)вибрирующий элемент при оптимальной влажности уплотняет массу со скорос тью около 40 мм/мин, что обеспечивает высокую производительность;
4)удельное давление на уплотняемую массу легко регулируется дополнительным грузом на решетку.
На основании изложенного разработан промышленный способ изготовления круп норазмерных огнеупорных блоков методом непрерывного уплотнения массы, посту пающей под вибрирующий инструмент. Общий вид установки для производства бе тонных блоков методом виброуплотнения приведен на рис. 6.80, а уплотняющего смен ного элемента — на рис. 6.81.
Техническая характеристика первой опытно-промышленной установки приведена ниже:
Размеры изделий (длина х ширина х высота), мм .......... |
460x460x800 |
Тип формы.............................................................................. |
Разборная с шарнирным |
Питание массой |
креплением стенок |
Непрерывное, высотой 20-30 мм |
над уплотняющим инструментом
4
Рис. 6.80. Схема установки для производства |
|
|
бетонных блоков методом виброуплотнения: |
|
|
1 — мотор-вибратор; 2 — направляющая |
|
|
втулка; 3 — сменный инструмент уплотни |
|
|
теля; 4 — форма блока |
Рис. 6.81. Сменный инструмент уплотнителя |
|
Частота колебаний виброформователя в 1 мин............. |
3000 |
|
Привод каретки виброформователя............................... |
|
Фрикционный |
Габариты установки (длина х ширина х высота), мм .... |
2200x2400x3500 |
|
Мощность электродвигателей, кВт: |
|
|
привода каретки.......................................................... |
|
2,5 |
вибратора.................................................................... |
|
0,8 |
К достоинствам разработанной установки по формованию огнеупорных бетонных |
||
блоков следует отнести следующие: |
|
|
а) возможность формования блоков большой высоты; |
||
б) отсутствие слоистости бетонных изделий; |
|
|
в) возможность заформовать монтажные петли и выполнить вертикальные отвер |
||
стия для цанговых захватов; |
|
|
г) возможность полной механизации формования; |
|
|
д) высокая производительность; |
|
|
е) легкий переход от формования одних изделий к другим. |
||
Согласно [6.86], к недостаткам установки следует отнести вибрацию, а также шум |
||
вибрирующего элемента. |
|
|
При изготовлении бетонных изделий или монолитных футеровок из полусухих масс |
||
методом трамбования бетонную массу засыпают в форму или опалубку слоем высотой |
||
30-50 мм, а затем трамбуют ее пневматическими или другими ручными трамбовками или |
||
применяют трамбующие машины. При трамбовании пневматическими трамбовками уп |
||
лотнение достигается перемещением трамбовки над поверхностью изделия так, чтобы |
||
удары бойка ложились в шахматном порядке, параллельно стенкам формы. Каждый слой |
||
прорабатывают трамбовкой 2-3 раза. После окончания трамбования слоя поверхность |
||
уплотненной массы разрыхляют, засыпают следующий слой массы и продолжают трам |
||
бование. Для исключения расслоения изделий и футеровок по засыпаемым слоям приме |
||
няют ромбовидные бойки. Для динасовых масс наиболее удобными оказались плоские |
||
бойки. Верх бетонных изделий или футеровок оформляют следующим образом: |
||
а) форму изделия или опалубку футеровки снабжают надставкой, снимающейся с формы или опалубки по верхней грани изделия;
б) трамбование изделия или футеровки проводят на высоту, превышающую требуе мую на 30-50 мм (высота одного слоя);
в) после окончания трамбования надставку снимают, срезают лишнюю массу по верхней грани, выравнивают ее и прибивают плоским наконечником по массе или через прокладку;
г) неровности поверхности верхней грани подсыпают просеянной через сетку с от верстиями 3 мм массой и прибивают ее через металлическую пластину вручную, а затем приглаживают мастерком.
Взависимости от применяемого вяжущего материала стенки формы изделия или опалубку футеровок снимают сразу после изготовления (у бетонов на фосфатных связ ках) или после 16-20 ч твердения в форме (бетоны на жидком стекле, портландцемен те). Методом трамбования из полусухих масс можно готовить бетоны всех составов.
Всоответствии с технологией, разработанной авторами [6.86], процесс изготовле ния изделий на установке вибротрамбования состоит из следующих операций:
1)бетонную массу засыпают в форму слоем около 100 мм и разравнивают по всей форме, которую затем подают на установку и закрепляют под уплотнителем;
2)механизмом подъема-опускания каретки виброуплотнитель опускают на насып ную массу. При работающем вибраторе уплотнитель под воздействием вибрации уп лотняет массу и по мере уплотнения поднимается. После уплотнения массы продви жение каретки вверх прекращается, и в форму начинают подавать следующую пор цию массы. Массу подают непрерывно в течение всего времени формования блока;
3)формовщик периодически поднимает и опускает уплотнитель, подпрессовывая новые слои массы к ранее уплотненной;
4)верх блока оформляют так же, как и при применении ручных трамбовок, т.е. уп лотняют выше верхней грани блока на 30 мм, затем уплотнитель поднимают в верхнее положение, снимают надставку формы, срезают излишки массы, разравнивают ее, устанавливают пластину с прокладкой из прорезиненной ленты, на, нее опускают уп лотнитель и включают вибратор. Стенки формы снимают с блока в зависимости от применяемого вяжущего в сроки, указанные выше для блоков ручного трамбования.
Для подъема при транспортировании и монтаже блоки (панели) должны иметь при способления для захватов, которые в изделиях из полусухих масс выполняют в виде пазов, монтажных петель или отверстий для цанговых захватов (рис. 6.82).
Для создания пазов в углах нижней грани (рис. 6.82, а) при прессовании блоков на нижний пуансон устанавливают вкладыши. При транспортировании готовых блоков можно пользоваться тросами или вилочным захватом (рис. 6.83).
Можно использовать также специальные клещевые захваты. При изготовлении бло ков ручными трамбовками после уплотнения 73 блока по высоте устанавливают мон тажные или грузовые петли (рис. 6.82, б) усами вдоль блока, на них насыпают слой массы и притрамбовывают. Дальнейшее трамбование блока осуществляют без под держивания петель. Углубления вокруг петель в верхней части блоков выполняют ко ническим стаканом, устанавливаемым формовщиком в конце уплотнения блока. Пос ле окончания отделки верха блока формовщик поворачивает стакан вокруг его оси и снимает.
71
т т
фщ
Рис. 6.82. Приспособление в блоках для захвата: а — пазы в нижней грани прессованных блоков; б
— монтажная петля в блоке, изготовленном трамбованием; в — монтажная петля в блоке, изготов ленном вибротрамбованием; г — отверстие для цангового захвата
Рис. 6.83. Способы захвата прессованных блоков с пазами: а — гибким тросом; б — вилочным зах ватом
При изготовлении блоков методом вибротрамбования петлю без усов (см. рис. 6.82, б) закрепляют в замке, устанавливаемом на дне формы. Размеры петли меньше внут реннего диаметра трубы, на которой крепится уплотняющий сменный инструмент. При опускании уплотнителя на дно формы петля входит в трубу (рис. 6.84), и по мере уплотнения массы и подъема уплотнителя заформовывается в блок.
После формования блок подают на кантователь, поворачивают на 180° и из дна фор мы убирают замок, держащий петлю. На месте замка остается углубление, обеспечи вающее доступ к монтажной петле. Для цанговых захватов в блоке выполняют сквоз ное отверстие, имеющее форму усеченного конуса. В этом случае в дне формы зак репляют стержень и (подобно монтажной петле) заформовывают в блок. После фор
мования блок с формой устанавливают на специальный стенд, и стержень выбивают вниз. В этом случае отпадает необходимость в кантовке блока.
Обширные исследования процесса пневмотрамбования проведены применительно к получению и производству на бивных керамобетонных масс в системе А120 3- 5 Ю ,- 8Ю [6.78]. Основой этих масс являются ВКВС боксита, модифи-
Рис. 6.84. Установка монтажных петель в форму блока: 1— форма; 2 — труба уплотнителя; 3 — монтажная петля; 4 — уплотнитель; 5
— замок монтажной петли
Дя« % |
МПа |
Рис. 6.85. Влияние массового содержания вяжуще |
Рис. 6.86. Влияние влажности смеси IVна Пт |
го тл в формовочной системе на Пт (7) и асж (2) |
(7) и оеж (2) образцов разработанной желобной |
образцов желобной массы после термообработки |
массы при тш=30 масс.% после термообработ |
при 1000 °С |
ки при 1000 °С |
цированные добавками высокодисперсного кварцевого стекла и огнеупорной глины. Приготовление рассматриваемой набивной массы в промышленных условиях осу ществлялось в катковом смесителе объемом 1,5 м3. Вначале проводили сухое переме шивание заполнителей, затем перемешивание с добавками глины и ВКВС. Готовую
массу затаривали в 1-т мягкие контейнеры.
Зерновой состав смеси подбирали таким образом, чтобы при набивке массы П была не менее 20 %.
Свойства масс изучали на образцах-балках размерами 230x55x65 мм, изготовлен ных методом пневмотрамбования. Набивку осуществляли лабораторной трамбовкой марки “ЕгоНсЬ + КЛирГеГ с частотой движения “пятки” 800 ударов в минуту в три слоя с разрыхлением поверхности каждого на глубине 5-7 мм.
Важнейшими технологическими параметрами керамобетонных набивных масс яв ляется содержание в них матричной (вяжущей) фазы — тв— и влажность. Влияние указанных параметров на показатели пористости и предела прочности при сжатии термообработанных при 1000 °С бетонов охарактеризовано данными, приведенными на рис. 6.83 и 6.84.
Из рис. 6.85 следует, что оптимальные свойства (минимальная пористость и макси мальная прочность) достигаются при значении тгоколо 30 %.
Вслучае оптимального содержания вяжущего лучшие результаты достигаются при значении влажности набивной массы IV= 5,6-6,2 % (рис. 6.86).
Вработе [6.89] на основе кварцитов получены ВКВС, пластифицированные добавка ми огнеупорной глины. С использованием этих ВКВС и кварцитового заполнителя по лучены набивные огнеупорные массы. По сравнению с известной набивной кварцитог линистой массой на ортофосфорной кислоте полученная кремнеземистая масса харак теризуется существенно меньшей пористостью и большей механической прочностью.
Вэтой работе ппроведены сопоставительные исследования опытной массы (общее содержание глины 6 %), полученной с использованием пластифицированной ВКВС кварцита и кварцеглинистой массы на ортофосфорной кислоте марки МКГН произ водства ПДЗ [6.90]. Масса МКГН содержит 12-15 % огнеупорной глины и 4-6 % ор-
Рис. 6.87. Интегральные кривые зернового распределения пластифицированной кремнеземистой массы (содержание глины 6 %) на основе ВКВС кварцита (/) и кварцеглинис той набивной массы на ортофосфорной кислоте марки МКГН (2)
тофосфорной кислоты. Из сопоставления кривых 7 и 2 рис. 6.87 следует, что обе мас сы характеризуются сопоставимым зерновым составом заполнителя.
При этом масса, полученная на ВКВС (кривая 7), характеризуется несколько боль шим содержанием высокодисперсных фракций (<63 мкм) — 33 и 27 % для кривых 7 и 2 соответственно.
На опытной массе влажностью 5,3 % и заводской массе МКГН влажностью 6,8 % изучено два метода формования опытных образцов — пневмо(вибро)трамбование и статическое прессование. Пневмотрамбование образцов — балок размерами 64x54x230 мм осуществляли при стандартных условиях, принятых на Первоуральс ком динасовом заводе для набивных масс по технологии фирмы “РНЬпсо”. Статичес кое прессование образцов кубов с ребром 3 и 5 см осуществляли на гидравлическом прессе под давлением <100 МПа.
Показатели пористости 77^ образцов, полученных пневмотрамбованием, состави ли (18±0,5) % для опытной массы и (30±1) % для заводской массы. На рис. 6.88 пока зано влияние температуры термообработки на Пт и исследованных масс.
Разница в показателях пористости между сравниваемыми массами остается практи чески неизменной при всех значениях температуры термообработки (см. рис. 6.88, а). Минимальные значения пористости для обеих масс отмечаются после термообработ-
/, ° С |
/, ° С |
Рис. 6.88. Влияние температуры термообработки / на открытую пористость 77 (а) и предел прочно сти при сжатии а ся(б) образцов, полученных методом пневмотрамбования из масс 7 и 2 (см. рис. 6.87)
ки при 1300 °С. Дальнейший рост пористости при 1400 °С обусловлен интенсивным полиморфным превращением кварца в кристобапит или тридимит, сопровождающимся понижением показателей истинной плотности материала.
Существенная разница между сравниваемыми массами отмечается и по показате лям механической прочности (см. рис. 6.88, б). В исходном состоянии сг^ опытной массы более чем в 2 раза превышает сг^ заводской массы. В дальнейшем эта разница сохраняется, или даже увеличивается. Так, после термообработки при 1300 °С показа тели составляют 19 и 6 МПа для кривых 7 и 2 соответственно. Столь существенная разница обусловлена большим различием в пористости сравниваемых масс.
На рис. 6.89, а показана кинетика уплотнения образцов из опытной и заводской масс. При всех использованных давлениях прессования пористость прессовки из заводс кой массы превышает пористость опытной. Однако по сравнению с приведенными на рис. 6.88, а данными для пневмотрамбованных масс эта разница существенно меньше и не превышает 2-5 %. Отмеченная особенность уплотнения при различных методах формования обусловлена неодинаковыми реологическими характеристиками анали зируемых масс. При пневмотрамбовании достигается степень уплотнения системы, соответствующая давлению при статическом прессовании 75 и 10 МПа для опытной и заводской масс соответственно. Следовательно, технологические свойства опытной массы применительно к процессу пневмотрамбования, применяемому для укладки
подобных масс, существенно выше.
Показатели предела прочности при сжатии для обожженных образцов из сравнива емых масс, сформованных при разных значенияхр, практически совпадают (рис. 6.89, б). С учетом того, что высокодисперсная фракция заводской массы в большей степени представлена глиной, а опытной массы — ВКВС кварцита, в первом случае при мень ших (1000 °С) температурах обжига прессованных образцов в ряде случаев отмечали большие значения а сж.
Пористость образцов керамобетона является основным фактором, определяющим их прочностные свойства, что следует из данных рис. 6.90.
Этим обусловлена относительно меньшая прочность пневмотрамбованных образ цов по сравнению с прессованными под давлением 100 МПа.
Рис. 6.89. Влияние давления прессования р на 77^ (а) и асж (б) образцов, полученных из масс Уи 2 (см. рис. 9.87)
оп, МПа |
Рис. 6.90. Усредненная область значений а сж образцов |
|
из опытной и заводской масс, термообработанных 'при |
|
1300 °С, в зависимости от их пористости |
Из-за повышенного содержания глины в заводской массе при ее сушке происходит усадка (0,5-1 %), опытная масса усадки не дает. После термообработки сравнивае мых масс при 1300-1400 °С наблюдается их рост (0,5-1,2 %).
В отличие от рассмотренной работы [6.89], в дальнейших исследованиях [6.91] ана логичные набивные кремнеземистые массы были получены с существенно меньшим содержанием пластифицирующей огнеупорной глины. В последнем случае [6.91] ее содержание было понижено до 2 % (с 6 % в работе [6.89]). При этом проведены сопо ставительные исследования методов прессования и набивки, что рассмотрено в разде ле 6.6.
6.5. Процессы прессования в технологии керамобетонов
6.5.1. Высокоглиноземистые керамобетоны
С точки зрения технико-экономической эффективности значительный интерес в тех нологии керамобетонов представляют процессы прессования. Весьма заманчиво реа лизовать технологию, в которой сочетались бы преимущества керамобетонов (низкая температура их термообработки, улучшенная структура и повышенные эксплуатацион ные характеристики) с высокопроизводительными методами прессования, применяе мыми в технологии формованных огнеупоров. В такой технологии может широко при меняться подготовительное, смесительное и прессовое оборудование, имеющееся на всех огнеупорных заводах. Сложности внедрения керамобетонов обусловлены тем, что для широкого промышленного внедрения вибрационного формования требуются раз работка и изготовление виброформовочных машин специализированного назначения.
При сопоставительных исследованиях вибрационного и статического прессования
[6.1, с. 98] на гидравлическом прессе под давлением 100 МПа из масс влажностью 5 % на основе ВКВС кварцевого песка были получены прессовки пористостью 24,2 %. Было указано, что за счет повышения влажности смеси и содержания вяжущего воз можно снижение пористости сырца до 18-20 %.
С целью расширения возможностей производства высококачественных огнеупор ных материалов на основе ВКВС представляется целесообразным более детально изу
чить процесс статического прессования огнеупорных материалов на основе систем, в которых тонкодисперсная составляющая представлена ВКВС.
Широкие исследования процессов статического прессования проведены применитель но к технологии высокоглиноземистых [6.92] и кремнеземистых [6.80] керамобетонов.
При изучении процесса прессования высокоглиноземистых керамобетонов приме няли суспензию боксита, полученную по технологии [6.93].
Суспензия характеризовалась (рис. 6.91) средней степенью полидисперсности и зна чительным содержанием тонкодисперсной фракции, в том числе коллоидного компо нента (<0,3 мкм).
Значение показателя полидисперсности Кп, обозначающего отношение размера час тиц, выше которого на интегральной кривой их находится 20 % (#80), к размеру час тиц, ниже которого находится 20 % частиц (К20), для суспензии боксита составляет около 8. Такая полидисперсность допускает возможность достаточно плотной упа ковки материала. Показатель медианного диаметра с1тдля твердой фазы ВКВС равен 11 мкм.
Как следует из реологических кривых (рис. 6.92), ВКВС боксита характеризуется ярко выраженным тиксотропно-дилатантным характером течения; при этом реологи ческие свойства закономерно улучшаются по мере роста Сг
В качестве заполнителя применяли электрокорунд фракции 0,25-1 мм. Влажность смеси при сохранении принятого соотношения заполнителя и связки (по сухому ве ществу) регулировали посредством определенного разжижения суспензии в пределах показанных на рис. 6.92. После смешения массу протирали через сито с диаметром ячеек 2 мм. Из массы односторонним прессованием на гидравлическом прессе усили ем до 5000 МПа получали образцы-кубы с ребром 5 см. При подборе влажности мас сы и объемной доли суспензии исходили из необходимости получения прессовки с относительной плотностью 0,80-0,85 (пористостью 15-20 %). С целью максимально го уплотнения при минимально возможных давлениях прессования выбор составов и давлений осуществляли в условиях, приближающихся к “критической плотности ” прессовки [6.68], т.е. к состоянию, когда ее пористость становится равной объемной доле жидкости (Кт+ Кж= 1). Установлено, что в зависимости от состава масс (соотно шение заполнителя и связки) значение влажности, соответствующее критической плот
ности прессовки, составляет 4,3-4,8 % (при р = 10(Ь-200 МПа).
Рис. 6.91. Интегральная кривая зернового расРис. 6.92. Зависимость вязкости “П от скорости сдви-
пределения твердой фазы в ВКВС боксита |
га ё для ВКВС боксита с С^ равной 0,65 (У) и 0,72 (2) |
