Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Ответы для магистрантов по производству керамических изделий - файл шпаргалки по керамике.doc


Ответы для магистрантов по производству керамических изделий
скачать (95.3 kb.)

Доступные файлы (3):

Read me.txt2kb.21.08.2011 19:39скачать
шпаргалки по керамике.doc168kb.21.08.2011 19:33скачать
шпаргалки по керамике.docx63kb.21.08.2011 19:33скачать

содержание
Загрузка...

шпаргалки по керамике.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...

1. Сырьевые материалы для производства химически стойкой керамики. Их характеристика.

К химически стойким керамическим изделиям относят изделия способные в течение длительного времени противостоять действии кислот и различных кислых агрессивных сред, обладающие необходимой механической прочностью, термостойкостью, коррозионной стойкостью. Особенностью химически стойкой керамики является плотноспекшийся черепок с преобладанием в нем нерастворимых или труднорастворимых оксидов кремния и алюмосиликатов. С увеличением содержания муллита в черепке также повышается способность керамики противостоять длительному воздействию различных химических веществ (кислоты, щелочи) в жидком или газообразном состоянии.

По назначению химически стойкие керамические изделия делятся на футеровочные (кирпич, плитки), химическую аппаратуру (теплообменные аппараты, ванны, сосуды, движущиеся детали насосов, мешалок и другого оборудования) и насадочные элементы (например, кольца для заполнения реакционных колонн).

Основным сырьем для изготовления химически стойких изделий являются спекающиеся глины. Кроме того, применяют каолин в качестве добавки, регулирующей свойства глины, а в производстве изделий с фарфоровым черепком - как основное сырье. В качестве отощающих добавок используют шамот, бой готовых бракованных изделий (череп) и иногда кварцевый песок.

Специальные добавки - глинозем, карборунд, тальк, дунит - применяют для регулирования отдельных свойств керамического черепка - термостойкости, теплопроводности, прочности. Используемые глины содержат (в %): 53-68 кремнезема, 20- 32 глинозема, 0,8-4 окислов железа, 1-2 щелочноземельных окислов и 1-4,2 щелочных окислов. В глинах, в составе которых железистые окислы находятся в тонкодисперсном, равномерно распределенном состоянии и где они входят, по-видимому, в состав кристаллической решетки глинистых минералов, содержание этих окислов достигает 10% и не исключает возможности их использования для производства кислотостойких изделий. Из железистых примесей наиболее вредны пирит и сидерит. Углистые глины в производстве кислотоупорных изделий не используют. Содержание глинистых частиц (с размером зерен менее 5 их) колеблется от 45 до 95%. Число пластичности глин составляет 8-23, огнеупорность- 1530-17100 С. Глины должны быть спекающимися.

Под интервалом обжига в производстве кислотоупорных изделий понимают разность между температурами максимального уплотнения (когда начинается вспучивание) и образования черепка с требуемым водопоглощением. Этот интервал должен быть не менее 60-800 для глин, из которых изготавливают изделия с водопоглощением черепка более 5% и более 800 - для изделий с водопоглощением черепка менее 3 %.

Для изделий с грубозернистым черепком (кирпич, плитки и др.) максимальный размер зерен шамота может быть 1-3 мм, для химической аппаратуры и других изделий с тонкозернистым черепком - не более 0,5 мм и для некоторых специальных видов химической аппаратуры тонкость помола шамота характеризуется 10-25%-ным остатком на сите 006.

В качестве плавней, повышающих плотность черепка, применяют пегматиты, полевые шпаты и нефелин. Тальк и дунит используют как добавки, повышающие термическую стойкость изделий, так как при их взаимодействии с глиной в обжиге образуется минерал кордиерит 2MgO• 2А1203 5Si02, обладающий малым коэффициентом термического расширения. Карборунд (ГОСТ 3747-59), а также электрокорунд добавляют при изготовлении движущихся частей химической аппаратуры (например, крыльчатки насосов), поскольку эти добавки повышают механическую прочность черепка и его сопротивление истиранию. Пирофиллит АI2Оз• 4Si02• Н2О повышает кислотостойкость и механическую прочность изделий.

^ 6. Методы формования, применяемые в производстве тонкокерамических изделий.

Существует несколько способов формования изделия:

  • свободное формование на гончарном круге;

  • пластическое формование ручным оттиском в форме;

  • пластическое формование во вращающейся гипсовой форме с помощью формующих шаблона или ролика;

  • шликерное литье в гипсовые формы;

  • изготовление керамических изделий сочетанием нескольких способов формования.

Изделия, имеющие формы тел вращения (тарелки, кружки, салатники и т.д.), формуют из пластичной массы влажностью 20 – 25% в гипсовых или других формах, под давлением ролика или шаблона, на полуавтоматах и автоматах. Формовка на формовочных станках является основным способом изготовления фарфоровых изделий бытового назначения, так на отечественных заводах до 95% всей продукции изготавливают способом формовки на формовочных станках и полуавтоматах. Формование изделий, имеющих форму тел вращения, изготавливают при помощи роликовой головки.

^ Способ свободного формования керамических изделий на гончарном круге заключается в механическом воздействии рук гончара на заготовку глины в виде пластического теста. Первая стадия - первичная обработка заготовки. Затем формуют внутреннюю полость изделия, края заготовки, вновь внутреннюю полость. Мастер вытягивает заготовку до нужной высоты. Во время всех этих операций мастер вращает ногой или приводным механизмом гончарный круг. Заканчивается процесс отделкой наружных поверхностей, подрезкой дна, сушкой. Во время сушки изделие украшают лепными деталями печатками, отштампованными налепками. Изделия сложной конфигурации, с тонкими стенками рельефным или ажурным рисунком изготовляют отливкой жидкой массы в гипсовые формы.

^ Процесс литья состоит из следующих операций: очистка формы от остатков массы, сборка формы, заливка шликера, набор черепка, слив излишка шликера, подсушка, срезка литников, разъем формы, выборка отливки из формы.

На конвейере осуществляются все операции литья изделий: сушка гипсовых форм, сборка форм, заливка форм шликером, доливка шликера, слив избытка шликера, разбор форм, выемка изделий и предварительная оправка. Влажные формы подсушиваются в сушилке при температуре 65 – 75 ºС.

^ Пластическое формование ручным оттиском осуществляется с помощью гипсовых форм. Формы могут быть открытыми и разъемными; открытые применяют для формования плоских изделий; разъемные - при выработке изделий по объемным моделям сложных форм.

^ 9. Керамзит. Технология получения.

Керамзит — лёгкий пористый строительный материал, получаемый путём обжига легкоплавкой глины. Имеет форму овальных гранул. Производится также в виде песка — керамзитовый песок. В зависимости от режима обработки глины можно получить керамзит различной насыпной плотности (объемным весом) — от 200 до 400 кг/м³ и выше. Является хорошим утеплителем. При строительстве засыпается в бетон, в результате этого получается керамзитобетон. Из керамзитобетона изготавливают керамзитобетонные блоки, которые нашли широкое применение.

Технология производства керамзита включает следующие основные переделы:


  • добычу сырья в карьере и его транспортирование в глинозапасник;

  • переработку исходного сырья и получение сырцовых гранул из однородной керамической массы или зерен (крошки) установленных размеров;

  • термическую обработку сырцовых гранул или зерен, включающую сушку, обжиг и последующее охлаждение готового продукта;

  • сортировку, а при необходимости частичное дробление или разделение готового продукта по плотности:

  • складирование и отгрузку заполнителя.

Разработку месторождений глинистых пород производят открытым способом. Для добычи глинистого сырья используют одноковшовые и многоковшовые экскаваторы, ведущие разработку в карьере по всей высоте уступа, без выделения отдельных пластов материала. При разработке камнеподобных глинистых горных пород (глинистых сланцев, аргиллитов) перед экскавацией сырья производят буровзрывные работы. Мягкие глинистые породы добывают в карьерах, работающих сезонно, камнеподобные — в течение всего года.

Выбор способа переработки сырья определяется свойствами исходного сырья, а качество заполнителя зависит от режима термической обработки, при котором создаются оптимальные условия вспучивания подготовленных сырцовых гранул (зерен).

Различают четыре основные технологические схемы подготовки сырцовых гранул, или четыре способа производства керамзита: сухой, пластический, порошково-пластический и мокрый. Сухой способ используют при наличии камнеподобного глинистого сырья (плотные сухие глинистые породы, глинистые сланцы). Он наиболее прост: сырье дробится и направляется во вращающуюся печь. Предварительно необходимо отсеять мелочь и слишком крупные куски, направив последние на дополнительное дробление. Этот способ оправдывает себя, если исходная порода однородна, не содержит вредных включений и характеризуется достаточно высоким коэффициентом вспучивания.

Наибольшее распространение получил пластический способ. Рыхлое глинистое сырье по этому способу перерабатывается в увлажненном состоянии в вальцах, глиномешалках и других агрегатах (как в производстве кирпича). Затем, из пластичной глиномассы на дырчатых вальцах или ленточных шнековых прессах, формуются сырцовые гранулы в виде цилиндриков, которые при дальнейшей транспортировке или при специальной обработке окатываются и округляются.

Производство керамзита по пластическому способу сложнее, чем по сухому, более энергоемко, требует значительных капиталовложений, но, с другой стороны, переработка глинистого сырья с разрушением его естественной структуры, усреднение, гомогенизация, а также возможность улучшения его добавками позволяют увеличить коэффициент вспучивания.
Порошково-пластический способ отличается от пластического тем, что вначале помолом сухого глинистого сырья получают порошок, а потом из этого порошка при добавлении воды получают пластичную глиномассу, из которой формуют гранулы, как описано выше. Необходимость помола связана с дополнительными затратами. Кроме того, если сырье недостаточно сухое, требуется его сушка перед помолом. Но в ряде случаев этот способ подготовки сырья целесообразен: если сырье неоднородно по составу, то в порошкообразном состоянии его легче перемешать и гомогенизировать; если требуется вводить добавки, то при помоле их легче равномерно распределить; если в сырье есть вредные включения зерен известняка, гипса, то в размолотом и распределенном по всему объему состоянии они уже не опасны; если такая тщательная переработка сырья приводит к улучшению вспучивания, то повышенный выход керамзита и его более высокое качество оправдывают произведенные затраты.

Мокрый (шликерный) способ заключается в разведении глины в воде в специальных больших емкостях — глиноболтушках. Влажность получаемой пульпы (шликера, шлама) примерно 50%. Пульпа насосами подается в шламбассейны и оттуда — во вращающиеся печи. В этом случае в части вращающейся печи устраивается завеса из подвешенных цепей. Цепи служат теплообменником: они нагреваются уходящими из печи газами и подсушивают пульпу, затем разбивают подсыхающую «кашу» на гранулы, которые окатываются, окончательно высыхают, нагреваются и вспучиваются. Недостаток этого способа — повышенный расход топлива, связанный с большой начальной влажностью шликера. Преимуществами являются достижение однородности сырьевой пульпы, возможность и простота введения и тщательного распределения добавок, простота удаления из сырья каменистых включений и зерен известняка. Этот способ рекомендуется при высокой карьерной влажности глины, когда она выше формовочной (при пластическом формовании гранул). Он может быть применен также в сочетании с гидромеханизированной добычей глины и подачей ее на завод в виде пульпы по трубам вместо применяемой сейчас разработки экскаваторами с перевозкой автотранспортом.

Керамзит, получаемый по любому из описанных выше способов, после обжига необходимо охладить. Установлено, что от скорости охлаждения зависят прочностные свойства керамзита. При слишком быстром охлаждении керамзита его зерна могут растрескаться или же в них сохранятся остаточные напряжения, которые могут проявиться в бетоне. С другой стороны, и при слишком медленном охлаждении керамзита сразу после вспучивания возможно снижение его качества из-за смятия размягченных гранул, а также в связи с окислительными процессами, в результате которых FeO переходит в Fe2O3, что сопровождается деструкцией и снижением прочности.

Первый этап охлаждения керамзита осуществляется еще в пределах вращающейся печи поступающим в нее воздухом. Затем керамзит охлаждается воздухом в барабанных, слоевых холодильниках, аэрожелобах. Для фракционирования керамзитового гравия используют грохоты, преимущественно барабанные — цилиндрические или многогранные (бураты).

Фракционированный керамзит поступает на склад готовой продукции бункерного или силосного типа.

^ 13. Приготовление формовочной массы, пресс-порошков, суспензий для литья. Получение пластичных масс.

Приготовление формовочной массы и формование изделий. Формование изделий производят литьем, пластическим способом и прессованием. В зависимости от этого керамическую формовочную массу приготовляют в виде жидкого шликера (суспензии) с влажностью 30-34%, пластичного теста с влажностью 14-25% или пресс-порошка с влажностью 2-11 %

Способом литья изделия формуются в разъемных гипсовых формах. В зависимости от толщины стенок формуемых изделий применяют сливной и наливной способы литья.

Сливным способом изготовляют небольшие тонкостенные изделия, наливным - более крупные и толстостенные. Сливной способ состоит в том, что литейную массу наливают в гипсовую форму и выдерживают в ней некоторое время, а затем избыток сливают. Влага из шликера впитывается внутренней поверхностью гипсовой формы, а твердые частицы оседают на этих поверхностях, образуя стенки изделия. При наливном способе шликер заливают в зазор между двумя гипсовыми поверхностями формы 4 и 5; величина зазора соответствует толщине стенки формуемого изделия.

Благодаря своей пористости гипсовые формы хорошо отсасывают из массы влагу, они недороги и просты в изготовлении. Поверхности формуемых изделий не прилипают к поверхностям формы.

^ Приготовление пресс-порошка

Керамическими пресс-порошками называют высококонцентрированные (мало влажные) дисперсные глинистые системы, не обладающие связностью. Отсутствие связности обусловливавливает наиболее характерное свойство порошков—их сыпучесть, т. е. псевдотекучесть в исходном состоянии. Ее характеризуют скоростью истечения порошка под действием собственной массы через отверстие определенного диаметра. Глиняные порошки должны иметь заданный зерновой (гранулометрический) состав и влажность, должны обладать однородной пофракционной влажностью и содержать минимальное количество пылевидной фракции. Все эти характеристики влияют на прессусмость порошка — его способность к максимальному уплотнению при минимальном давлении с образованием при этом изделий, обладающих однородной плотностью, минимальным упругим расширением и отсутствием трещин расслаивания.

Технологический процесс изготовления изделий этим способом включает следующие группы операций: карьерные работы, приготовление пресс-порошка, прессование, сушку и обжиг изделий. Керамические порошки готовят сушино-помольным и шликерным способами.

При сушильно-помольном способе глину подвергают последовательно грубому дроблению, сушке, помолу просеву и увлажнению. При шликерном способе подготовки пресс-порошка глину в глиноболтушках распускают горячей водой в шликер влажностью 40—45%. Затем его под давлением 0,25 МПа накачивают для отделения каменистых включений в дуговые сита, откуда очищенным он сливается в открытые шламбассейны вместимостью 2500 или 6000 м3, оборудованные крановыми мешалками. Из шламбассейна шликер насосом подают в распылительную сушилку, откуда порошок с влажностью 10% поступает через контрольное сито в расходные бункера.

^ Приготовление пластичных масс

Пластическое формование применяют тогда, когда, глины влажные, рыхлые, хорошо размокают в воде, образуя однородную массу. Оборудование выбирают в зависимости от свойств сырья, интенсивности переработки и желаемого качества продукции. Так, сухие плотные глины с карьерной влажностью 5—13% измельчают на стругачах, дезинтеграторах, в молотковых дробилках и бегунах. Глины с твердыми включениями перерабатывают на бегунах, камневыделительных вальцах или машинах, измельчающих эти включения; глины влажные, пластичные — на вальцах. Лессовые глины легко поддаются обработке, не требуя предварительного измельчения. В процессе смешивания глины с добавками иногда необходимо увеличить влажность массы для улучшения ее технологических свойств. Этого достигают введением горячей воды или пара. Вода подается в смеситель в распыленном состоянии. Для равномерного увлажнения массы воду необходимо вводить как на стадии обработки на бегунах, так и в смесители. Лучшим считается паровое увлажнение, которое более равномерно увлажняет массу, повышает ее пластичность, липкость и прочность. При этом она нагревается до 40—50 °C, и изготовленный из нее сырец поступает в сушилку теплым, не требующим дополнительного прогрева, что снижает усадочные напряжения, возникающие в нем при сушке.

Паровое увлажнение глины увеличивает производительность ленточных прессов и снижает потребляемую ими мощность приблизительно на 20%. На отечественных заводах для пароувлажнения глин используют пар низкого давления 0,05—0,07 МПа, перегретый на 20—30 °С. Если глина из карьера поступает сильно увлажненной, ее необходимо подсушить до формовочной влажности 18—23% в сушильных барабанах СМЦ-440,1, СМ-1013, СМ-1070 и др. Влажность массы влияет на формовочные свойства, прочность глиняного бруса-сырца, усадку, прочность высушенных и обожженных изделий, на теплопроводность и водопоглощение. При высокой карьерной влажности в глину вводят различные разувлажняющие добавки (поглощающие влагу материалы).

^ 16. Алюмосиликатные огнеупоры. Назначение и классификация.

Алюмосиликатные огнеупорные изделия, состоят преимущественно из глинозёма (Al2O3) и кремнезёма (SiO2), получаются обжигом при t 1250-1450°С (при высоком содержании глинозёма - до 1750°С), обеспечивающей превращения исходных минералов в новообразования. Различают алюмосиликатные огнеупорные изделия: полукислые (до 28% Al2O3, 65-85% SiO2), шамотные (28-45% Al2O3) и высокоглинозёмистые (свыше 45% Al2O3).

Полукислые и шамотные алюмосиликатные огнеупорные изделия изготовляют из глины или каолина, смешанных с измельченным шамотом. В полукислые может добавляться кварц, обычно в виде песка. Шамотные алюмосиликатные огнеупорные изделия на основе каолина называются также каолиновыми, а содержащие более 70% шамота - многошамотными. Высокоглинозёмистые алюмосиликатные огнеупорные изделия получают из горных пород, содержащих больше 45% Al2O3, а также из искусственных материалов (технического глинозёма, электрокорунда). Высокоглинозёмистые алюмосиликатные огнеупорные изделия подразделяются на муллитокремнезёмистые (45-62% Al2O3), муллитовые (62-72%), муллитокорундовые (72-90% ) и корундовые (свыше 90% ).

Изготовляют алюмосиликатные огнеупорные изделия прессованием полусухих (увлажнённых до 6-9%) порошкообразных масс на механических или гидравлических прессах. Некоторые виды изделий, преимущественно фасонные сложной конфигурации, формуют из пластичных масс с влажностью 17-22%. Обжигают изделия в промышленных печах, большей частью туннельных непрерывного действия. Виды и размеры изделий различны: кирпичи простой формы, плиты, трубы, мелкие и крупные изделия сложной формы и др.

Алюмосиликатные огнеупорные изделия применяют для кладки доменных печей, футеровки сталеразливочных ковшей, кладки вагранок, котельных топок, мартеновских печей (гл. обр. в наружных рядах), дымоходов, печей для обжига извести, цемента, плавки стекла и др. тепловых агрегатов. Изделия сравнительно устойчивы к воздействию кислых шлаков и чередованию нагрева и охлаждения. Против основных шлаков алюмосиликатные огнеупорные изделия менее устойчивы. Высокоглинозёмистые изделия могут служить при более высоких температурах, например муллитовые до 1500-1600°С, корундовые до 1700-1800°С. Шлакоустойчивость с увеличением содержания глинозёма повышается. Наиболее стойки против агрессивных расплавов муллитовые и корундовые алюмосиликатные изделия.

Алюмосиликатные огнеупорные изделия составляют ок. 70% от общего количества выпускаемых огнеупорных изделий.

^ 18. Оборудование для обжига и тепловой обработки материалов.

В основе многих технологических процессов лежит тепловая обработка материалов и изделий: обжиг строительного и огнеупорного кирпича, обжиг фарфора и других керамических изделий, получение вяжущих материалов (цементного клинкера, извести, гипса), получение стекла, термическая переработка топлива и т.д. Тепловая обработка материалов и изделий осуществляется в технологических или энерготехнологических агрегатах — промышленных печах, в которых материалам или изделиям в условиях относительно высоких температур придаются свойства, необходимые для дальнейшей обработки или для выпуска в качестве конечного продукта.

В печах для тепловой обработки материалов одновременно протекает ряд сложных процессов — газификация и горение топлива, движение дымовых газов в рабочем пространстве, передача тепла от горящего факела и дымовых газов к обрабатываемому материалу (непосредственно или посредством вторичного излучателя — кладки), продвижение тепла от поверхности изделий внутрь, экзотермические и эндотермические процессы при превращении обрабатываемого материала и т. д. Все эти сложные процессы взаимно связаны, их совокупность составляет суммарный процесс тепловой обработки, и они не могут рассматриваться изолированно. Ведущими из этих процессов являются процессы передачи тепла.

Источником тепла в топливных (пламенных) печах является топливо: газ, мазут, угольная пыль, каменноугольный кокс, бурый уголь, каменный уголь и т. д. Химическая энергия топлива при его сжигании превращается в тепловую энергию, носителем которой являются продукты сгорания. В настоящее время, главным образом в черной металлургии, разрабатываются проекты получения тепловой энергии в ядерных промышленных установках.

В электрических печах тепловая энергия получается посредством преобразования в нее электрической энергии. Источником тепла могут быть электрическая дуга (в дуговых печах), электрические нагреватели (в печах сопротивления) или тепло возникает в толще нагреваемых изделий, помещенных в электрическое поле промышленной или большой частоты (в индукционных печах).

В промышлен­ности работает множество печей, имеющих самое различное назначение: обжиг цементного клинкера, обжиг строительного кирпича или варка стекла. Классифицировать печи в силу их большого разнообразия трудно, и хотя был ряд предложений, но еще нет общепринятой системы классификации. Несмотря на различие печей в них есть общие черты, которые и могут быть положены в осно­ву классификации; например, они могут быть классифицированы сле­дующим образом.

По роду производства и их технологическому назначению различают нагревательные прокатные, термические; печи машиностроительных заводов —нагревательные, термические; цементообжигательные печи; печи для обжига керамических изделий, стекла и т. д.

По конструктивным и тепловым схемам и режимно-организационным признакам различают печи: по форме рабочего пространства — камерные, многокамерные, кольцевые, карусельные, туннельные, шахтные, вращающиеся барабанные и др.; по режимно-организационным признакам — печи непрерывного действия, периодического действия; по степени механизации — печи немеханизированные, механизированные.

По теплоэнергетическим и аэродинамическим признакам различают: по способу теплообмена — печи высокотемпературные с радиационным теплообменом, низкотемпературные с конвективным теплообменом; печи с теплообменом в неподвижном слое, в кипящем слое, во взвешенном слое; печи с теплообменом в циклонной камере (циклонные печи); по способу регенерации тепла — регенеративные и рекуперативные печи; по способу отопления — пламенные (топливные) и электрические печи; по виду топлива и способу его сжигания — мазутные печи, газовые и т. п.; по способу нагрева — печи с прямым нагре­вом (дымовые газы соприкасаются с изделиями) и печи с косвенным нагревом (дымовые газы отделены от изделий стенками).

В печах одновременно протекают различные процессы горения, теплообмена, диффузии и газодинамики, но ведущими являются теплообменные процессы, поэтому классификация печей по теплообмену —  одна из важнейших.


^ 2. Подготовка сырья и приготовление керамических масс.

Подготовка сырьевых материалов состоит из разрушения природной структуры глины, удаления или измельчения крупных включений, смешения глины с добавками и увлажнения до получения удобоформуемой глиняной массы. Извлеченную из карьера глину необходимо поместить в бетонированные творильные ямы, где должно осуществляться ее разравнивание. Для выделения камней из массы используются камневыделительные вальцы. Во многих случаях качество глины очень высоко, поэтому она может сразу поступать в ящичный питатель. Выходное отверстие питателя оснащено вращающимся валом с посаженными на него кулаками или подвижными граблями, которые служат для частичного разбивания твердых кусков материала и его выталкивания на бегуны. На бегунах глина измельчается и проваливается вниз через дырчатую тарелку. Процесс подготовки сырьевой массы представляет собой измельчение кусков глины. Сначала размер кусок доводят до 100-150 миллиметров, а затем измельчают массу при помощи специальный конвейеров и вальцов до такой степени, чтобы размеры частиц составляли 1 миллиметр. На этом же этапе подготовки сырьевой массы из смеси удаляются вкрапления камня.

Различают три способа приготовления керамической массы — пластический, полусухой и шликерный.

При пластическом способе керамическая масса имеет влажность 18—23%. Она может быть получена или непосредственно из глины с карьерной влажностью, смешанной с добавками, или из сухих порошков с последующим увлажнением.

При полусухом способе керамическая масса имеет влажность 8—12%. Ее получают путем предварительной сушки, измельчения и смешивания компонентов.

При шликерном способе керамическая масса является жидкотекучей и имеет вид суспензии (шликера) с влажностью 30—35%.

Пластический способ более приемлем при использовании глин с повышенной карьерной влажностью, хорошо размокающих в воде, а полусухой способ — при плотной структуре глиняного сырья и низкой исходной влажности. Шликерный способ применяется в тех случаях, когда необходимо достигнуть особо тщательного смешивания исходных компонентов (фарфорофаянсовое производство, изготовление облицовочных плиток).

^ 4. Классификация тонкокерамических изделий. Область применения.

Все изделия тонкой керамики подразделяют на два класса:

  1. изделия с плотным, спекшимся, не пропускающим воду и газы черепком с раковистым изломом;

  2. изделия с мелкозернистым, белым или равномерно окрашенным, пористым и непрозрачным черепком, пропускающим в неглазурованном виде воду.

К первому классу относят следующие наиболее распространенные группы изделий: твердый фарфор (хозяйственный; технический; электротехнический; химический; пирометрический и др.); мягкий фарфор (хозяйственный и художественный высокополевошпатовый, фриттовый, костяной и др.); тонкокаменные изделия (кислотоупорные); специальные технические керамические изделия (стеатитовые, кордиеритовые, из чистых окислов и др.).

Ко второму классу относят следующие наиболее распространенные группы изделий: полуфарфор (хозяйственный; технический; санитарно-технические изделия и др.); твердый фаянс (хозяйственная посуда, санитарно-технические изделия; облицовочные плитки и др.); глинистый фаянс; известковый фаянс; шамотные фаянсовые изделия; майолика (хозяйственная посуда, декоративные изделия; цветная мозаика для облицовки панно и др.). В ряде случаев изделия, сходные по назначению, но отличающиеся по свойствам, на разных заводах изготовляют из масс разных групп. Это предусматривается соответствующими стандартами. Например, хозяйственная посуда, а также изделия керамические санитарные изготовляют из фаянса, полуфарфора и фарфора. Изделия электротехнические керамические изготовляют из фарфора разных групп (1, 2 и 3), стеатита или других силикатных и окисных спекшихся материалов. Объединяющим признаком для совместного изучения процессов производства различных тонкокерамических изделий является значительное сходство способов приготовления масс, обусловленное необходимостью получить тонкозернистый спекшийся или пористый черепок, и сходство способов формования изделий.

Область применения тонкой керамики очень большая – от посуды до электротехнических изделий.

^ 7. Глиноземистые огнеупоры. Сырьевые материалы, особенности технологии, область применения.

Высокоглиноземистыми называются изделия, содержащие глинозема А1203 более 45%. Для их изготовления используют главным образом технический глинозем с добавлением огнеупорной глины. Непосредственно из технического глинозема изготовляют высокоглиноземистые корундовые изделия, из глинозема и огнеупорной глины в соответствующих пропорциях — силлиманитовые, муллитовые и муллитокорундовые изделия.

Корундовые изделия изготовляют из корундового шамота (обожженного глинозема) на глиноземистой связке. Для получения глиноземистого шамота глинозем подвергают мокрому помолу в течение 20—40 ч в шаровых мельницах. Полученный шлам обезвоживается до состояния пластичной массы, из которой формуют брикеты, обжигаемые после сушки при температуре 1700—1750° С.

Полученный в виде брикетов корундовый шамот измельчается до зерен размером от 3 до 0,2 мм в специальных шаровых мельницах. Смешение шихты производят в смесителях, куда кроме корундового шамота загружают до 45% мокромолотого глинозема и 1—1,5% сульфитно-спиртовой барды. Формовку сырца влажностью 7-8% производят на прессах под давлением 750 кгс/см2, а крупных изделий — пневматическим трамбованием в металлических формах. После сушки сырец обжигается в туннельных печах или периодических горнах при температуре 1700—1750° С.

Корундовые изделия готовят и сухим способом (без мокрого помола). В этом случае при изготовлении брикетов к глинозему добавляют 1—2% Ti02. Изготовление различных изделий из глинозема и огнеупорной глины (в качестве связки) практически одинаково, разница заключается только в количестве огнеупорной глины, вводимой в массу при изготовлении брикетов и в шихту для формовки сырца. Брикеты готовят путем обжига обезвоженного шликера, получаемого путем смешения технического глинозема в виде мокромолотого шликера с глиняным шликером.

Помол брикетов производят до крупности зерен от. 1 до 0,02 мм. Полученный глинокорундовый.шамот соответствующих фракций поступает в смесительные бегуны, куда подается и связка в виде смеси из тонкомолотой огнеупорной глины и глинокорундового шамота.

Увлажнение шихты до 7—8% производят глинистым шликером. Прессование изделий ведут на прессах под давлением 1000 кгс/см2.

Сушат сырец при температуре до 100° С и обжигают в туннельных печах при температуре 1550—1600° С. Химический состав высокоглиноземистых изделий (в %) следующий:

Si02 —0,0—45; А1203 — 50—100; MgO —до 0,2; СаО — до 0,2; Fe203— до 2.

Высокоглиноземистые огнеупорные изделия обладают высокими огнеупорностью и температурой начала деформации под нагрузкой, а также термостойкостью и большой плотностью. Поэтому они нашли широкое применение при кладке доменных печей, воздухонагревателей, мартеновских печей, стен бассейна стекловаренных печей и других элементов промышленных печей, где требуется применение огнеупоров высокого качества.

^ 10. Глазури, их составы, способы приготовления и нанесения на изделия.

Глазурью называется тонкое (0,1-0,3 мм) стекловидное покрытие поверхности керамического изделия. Состав глазурей чаще всего выражается молекулярной формулой Зегера, и содержит: R2О - щелочные окислы (например Nа2О и К2О), КО - щелочноземельные окислы (например СаО и МgО), R2О3 - полуторные окислы (например А12О3 и Fе2О3), RО2 - кислотные окислы (например SiO2), R2О3 - кислотные окислы (типа В2О3 и Р2О3) и молярные доли окислов, входящих в состав глазурей.

Перед помолом компоненты, входящие в глазурную шихту, дозируют на весах, тщательно перемешивают и засыпают в шаровую мельницу периодического действия. Помол производят мокрым способом. Мелющими телами служат кремневая галька или фарфоровые шары, которыми наполняют более чем до половины пространство внутри мельницы. Контролируют тонину помола ситом 4900 отв/см2, на котором допускается незначительный остаток 2-4 %. Эффективное смешивание и измельчение достигаются тогда, когда найдены оптимальные режимы работы мельницы. После измельчения, не давая глазурной суспензии отстояться, ее вместе с шарами выгружают на крупное сито. Мельницу и шары ополаскивают водой, а глазурь сливают в деревянную бочку. Готовая глазурь, пропущенная через сито 900-1600 отв/см2, должна иметь плотность 1,60-1,80 г/см3, при нанесении ее пульверизатором — несколько меньше. Время полного цикла помола составляет около 48 ч. Глинистые добавки загружают в шаровую мельницу в конце измельчения остальных компонентов.

Готовую глазурь вначале опробуют на небольших образцах или на утильном бое, для чего производят пробные обжиги.

Глазурирование изделий - после утильного обжига изделия сортируют, отделяют дефектные (с искривлениями, трещинами, отбитыми краями). После сортировки изделия поступают на глазурование. Перед его началом подготавливают глазурь, тщательно перемешивают в лопаточной мешалке, после чего отливают необходимую порцию для глазурования, которую пропускают через сито 900-1600 отв/см2. Готовая глазурь должна иметь удельный вес 1,40-1,50 г/см3.

Наносят глазурь на изделия методами окунания, поливом, пульверизацией, кистью.

Перед глазурованием гончарные изделия очищают от пыли при помощи обдува воздухом или обметают кистью с протиркой влажной отжатой губкой.

Метод окунания широко применяется, так как очень быстро образует ровное покрытие. Однако он приводит к большому перерасходу глазури.

Для плотного черепка применяют глазурь большой плотности, для пористого — более жидкую глазурь меньшей плотности. Гончарное изделие погружают на 2-4 с в глазурь так, чтобы не образовалось пузырьков воздуха. Вынув изделие из глазури, дают ей стечь, затем ставят для подсыхания нанесенного слоя на металлическую сетку или рейки над емкостью для стекания.

При глазуровании методом полива изделие держат в левой руке над тазом, а правой рукой поливают глазурью из кружки. Этим методом пользуются при глазуровке ломких изделий с повышенным процентом влажности.

Глазурование пульверизацией является самым экономичным методом. При этом необходимо найти практическим путем правильное расстояние сопла пульверизатора от поверхности глазуруемого изделия.

Нанесение глазури кистью требует большого опыта мастера-гончара. Метод используется при поправке глазурного слоя, нанесенного окунанием или поливом. Кисть для нанесения глазури на обожженный черепок должна быть плотной и мягкой. При нанесении глазури на обожженный черепок кистью, мазки должны быть быстрыми и легкими.

Для глазурования внутренней поверхности горшка его наполняют глазурью немного больше, чем на одну треть, а потом быстро вращают в руках над тазом и одновременно медленной струей выливают избыток глазури.

Толщина слоя сырой глазури на гончарных изделиях не должна превышать 0,7-0,8 мм. При толстом слое на изделиях образуется цек, т. е. посечка глазури после обжига, а слишком тонкий слой быстро впитывается в черепок. Неглазурованные места на изделиях заделывают кистью, булавочные наколы на поверхности черепка затирают пальцами руки, а донышки гончарных изделий замывают губкой над тазом с водой.

Глазурованные изделия укладывают вручную на стеллажи для подсушки на 2-3 ч.

После подсушки доброкачественные изделия подают на обжиг.

^ 12. Электротехнический фарфор.

Этот вид электроизоляционного материала характеризуется отсутствием водопоглощения, высокой химической стойкостью, стойкостью к электрическим разрядам (искрам, дугам), а также к тепловым воздействиям. Значительное количество глинистых веществ в фарфоровой массе позволяет формовать из нее пластическим способом различные виды изоляторов, в том числе и крупногабаритные.

Фарфоровые изоляторы, работающие на открытом воздухе или в закрытых помещениях при номинальном напряжении постоянного и переменного тока частотой 50 Гц, делятся на:

  1. изделия, изготовленные методом прессования из порошкообразной массы, формованием, литьем и протягиванием через мундштук, как монолитные, так и склеенные из отдельных частей, применяемые в электротехнических установках, работающих при напряжении до 1000 В (ГОСТ 13871—68) — низковольтный фарфор;

  2. изделия, применяемые для трансформаторов, аппаратов, распределительных устройств и других установок (кроме линейных изоляторов), работающих при напряжении свыше 1000 В (ГОСТ 5862—68) — высоковольтный фарфор.


Фарфоровые изоляторы по условиям службы делятся на следующие основные группы:

  1. изоляторы высокого напряжения, стационарные и аппаратные (изоляторы фарфоровые неармированные; вводы маслонаполненные; изоляторы проходные армированные фарфоровые; изоляторы опорные и опорноштыревые, армированные фарфоровые);

  2. изоляторы высокого напряжения линейные (изоляторы подвесные фарфоровые; изоляторы штыревые фарфоровые);

  3. изоляторы низкого напряжения линейные штыревые (изоляторы для воздушных линий связи и радиотрансляционных сетей фарфоровые; изоляторы для силовых и осветительных линий фарфоровые);

  4. установочная керамика.

^ 14. Сырье для производства керамики. Классификация глинистого сырья по составу и свойствам.

Сырьевые материалы, используемые при изготовлении изделий из керамики, делят на две группы: глинистые (пластичные) и непластичные. Глинистые материалы (глины и каолины) — основное сырье. Непластичные материалы в зависимости от их роли в технологическом процессе делят на отощающие порообразующие, пластифицирующие добавки и флюсы (плавни).

^ Отощающие материалы вводят в массу для уменьшения усадки при сушке и обжиге изделий, чтобы сохранить форму изделия в процессе его изготовления, облегчить и ускорить процессы сушки и обжига изделий. При производстве керамических изделий в качестве отощающих материалов применяют кварцевый песок, шамот и некоторые другие материалы (шлаки, золы и т. п.).

^ Флюсы (плавни) улучшают спекание керамического черепка при обжиге, снижают температуру обжига изделий. В процессе сушки изделий плавни обычно играют роль отощающих материалов. В качестве плавней в состав массы для изготовления изделий керамики вводят полевые шпаты, пегматиты, нефелиновые концентраты, перлиты, стеклобой.

^ Порообразующие и пластифицирующие добавки

Порообразующие материалы вводят в сырьевую массу для получения легких керамических изделий с повышенной пористостью и пониженной теплопроводностью. Для этого используют вещества, которые при обжиге диссоциируют с выделением газа или выгорают.

^ Выгорающие добавки: древесные опилки, измельченный бурый уголь, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС и лигнин не только повышают пористость стеновых керамических изделий, но также способствуют равномерному спеканию керамического черепка.

^ Пластифицирующими добавками являются высокопластичные глины, бентониты, а также поверхностно-активные вещества - сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ) и др.

^ Классификация глин.

В схеме классификации глинистое сырьё делится на:

а)каолины

б)сухари - огнеупорные, камнеподобные глины

в)сланцевые – плохо размокающие в воде глины.
Они подразделяются на подгруппы:

1)по содержанию окиси алюминия в прокалённом состоянии:

более 40 % - высокоосновные

от 30 до 40 % - основные

от 15 до 30% - полукислые

менее 15% - кислые
2) по огнеупорности:

огнеупорные - плавящиеся при температуре от 1580С и выше

тугоплавкие - от 1350С до 1580С

легкоплавкие - ниже 1350С

Огнеупорные глины обладают высокой огнеупорностью — не ниже 1580° С. Это чистые каолинитовые глины, содержащие мало механических примесей, в той или иной степени понижающих огнеупорность. Они обладают большой дисперсностью и очень высокой пластичностью. Глины, имеющие после обжига белый цвет, называются фарфоровыми, их применяют для производства фаянса и фарфора.

Тугоплавкие глины имеют огнеупорность от 1350 до 1580° С. Они содержат небольшое количество примесей кварца, полевого шпата, слюды, карбонатов кальция и магния; применяют их главным образом для производства облицовочного кирпича, плиток для полов, канализационных труб и т. д.

Легкоплавкие глины имеют огнеупорность ниже 1350° С. Эти глины наиболее разнообразны по составу: они имеют примеси песка, известняка, окислов железа, слюды, органических веществ и т.д. Их применяют для производства кирпича, блоков, черепицы и аналогичных изделий.

3) по степени связуемости или пластичности:

- жирная;

- средней жирности;

- тощая.
^ 17. Виды топлив и топливосжигающих устройств, применяемых в керамической и стекольной промышленности.

В керамической и стекольной промышленности применяют твердые (уголь), жидкие (мазут) и газообразные топлива (природный газ).

^ Твёрдое топливо — горючие вещества, основной составной частью которых является углерод. К твердому топливу относят каменный уголь и бурые угли, горючие сланцы, торф и древесину. Свойства топлива в значительной степени определяются его химическим составом — содержанием углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Твердое ракетное топливо — твёрдое вещество или смесь отдельных веществ, способных гореть без доступа воздуха, создавая при этом, реактивную тягу двигателя. В зависимости от способа обработки твердое топливо можно разделить на две группы: природное и очищенное. К природному твердому топливу относятся уголь, бурый уголь, торф, древесина и солома.

^ Газообразное топливо делится на природное и искусственное и представляет собой смесь горючих и негорючих газов, содержащую некоторое количество водяных паров, а иногда пыли и смолы. Количество газообразного топлива выражают в кубических метрах при нормальных условиях, а состав — в процентах по объему. Под составом топлива понимают состав его сухой газообразной части. Наиболее распространенное газообразное топливо — это природный газ, обладающий высокой теплотой сгорания. Основой природных газов является метан, содержание которого в газе 76,7-98.

^ Жидкое топливо представляет собой сложные химические соединения горючих и негорючих веществ. Основными химическими элементами, входящими в состав любого жидкого топлива, являются углерод С, водород Н, кислород О, азот N и сера S. Помимо указанных элементов в составе жидкого топлива имеются влага W и негорючие минеральные вещества, образующие при сжигании золу А. К жидкому топливу относятся: - нефтепродукты, производящиеся путем перегонки сырой нефти; - креозот, являющийся продуктом низкотемпературного коксования и возгонки угля.

Топливо выбирается в зависимости от технологии производства и печей для обжига.

^ 19. Керамзит и аглопорит - искусственные пористые заполнители. Назначение классификация.

Керамзит — легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия, получаемый при обжиге легкоплавких глинистых пород, способных вспучиваться при быстром нагревании до 1050—1300°. Применяется как заполнитель для легких бетонов и в качестве теплоизоляционных засыпок. При обжиге глины, содержащей 6—12% оксидов железа, 2—3% щелочных оксидов и до 3% органических примесей, происходят размягчение материала и выделение газов и паров воды. Последние вспучивают массу, образуя в ней поры. В момент интенсивного газовыделения происходит спекание материала с образованием закрытых пор. В зависимости от размера зерен керамзитовый гравий делят на следующие фракции: 5—10, 10—20 и 20—40 мм. Зерна менее 5 мм относят к керамзитовому песку. Предел прочности при сжатии керамзитового гравия в зависимости от марки 0,3—5,5 МПа, водопоглощение 15—25%, морозостойкость не менее 15 циклов. Марки в зависимости от насыпной плотности: 150—600 через 50, 700 и 800. Керамзит выпускается в виде щебня или гравия. Иногда керамзит применяют, как теплоизоляционную и звукоизоляционную засыпку в зданиях. Керамзитовое зерно - стекловидная пористая масса, с замкнутыми порами сферической формы, покрытая тонкой оболочкой. На керамзите марок 700, 800 можно получать легкие бетоны. Предел прочности таких бетонов при сжатии - 20, 30, 40 МПа. Бетоны используются для производства панелей перекрытий, в мостостроении, везде, где необходимо снизить массу конструкций.

Аглопорит — пористый материал, получаемый спеканием гранул из смеси глинистого сырья с углем. Насыпная плотность его 300—1000 кг/м, прочность аглопоритового щебня 0,3—3 МПа. В зависимости от вида исходного сырья, способа приготовления шихты и режима ее термообработки аглопорит может быть получен в виде щебня или гравия. Если керамзит, который, как правило, получается более пористым и легким, чем аглопорит, используется преимущественной для стеновых панелей, то для аглопорита главной областью применения являются конструкционные легкие бетоны. Аглопоритобетон с пределом прочности 20... 30, а в отдельных случаях и до 50 МПа, идет на изготовление предварительно напряженных железобетонных конструкций перекрытий и покрытий, большепролетных балок и ферм, мостовых пролетных строений и т. д. Замена в этих конструкциях тяжелого бетона легким аглопоритобетоном значительно повышает их эффективность.

Кроме того, аглопоритобетон применяют как конструкционно-теплоизоляционный материал. Из аглопоритобетона выпускают объемные блок-комнаты и другие конструкции.


^ 3. Классификация керамических изделий: строительная керамика, хозяйственно-бытовая керамика, техническая керамика, огнеупоры.

Строительная керамика включает производство как грубозернистых (кирпич, черепица, канализационные и дренажные трубы), так и тонкозернистых (глазурованные плитки, плитки для полов, санитарные изделия) изделий. Изготовление строительной керамики - это многотоннажное производство, в котором используют исключительно природное сырье - глины, кварцевый песок и др., а в последнее время также шпаки, золы и другие отходы промышленности.

Хозяйственно-бытовая керамика включает разнообразные фарфоровые, фаянсовые, майоликовые, гончарные, тонкокерамические и другие изделия. Для производства большинства из них характерно применение природных материалов - глин, каолинов, кварца, полевого шпата, пегматита, некоторых искусственных плавней.

^ Техническая керамика наиболее разнообразна по своему составу, свойствам и применению. Это изделия электротехнического назначения (разнообразные изоляторы), для электронной техники (конденсаторы, вакуум-плотная керамика для различных узлов приборов), конструкционного назначения (детали для эксплуатации в условиях воздействия высоких механических нагрузок, температуры, агрессивных сред). К технической относят также пьезо- и ферримагнитную керамику, оптически прозрачную керамику, твердые керамические электролиты, проводящую и сверхпроводящую керамику, биокерамику и некоторые другие. Изделия технической керамики должны обладать точными размерами и комплексом разнообразных специфических свойств, что обеспечивается совершенством технологии и тщательностью контроля качества полуфабриката и готовой продукции.

Огнеупоры, выделяемые в некоторых странах в отдельный класс, по технологии, оборудованию, структуре практически являются также керамическими изделиями, предназначенными для использования при высоких температурах преимущественно в тепловых агрегатах. Поскольку условия их эксплуатации (температура, механические нагрузки, газовые среды) весьма различны, их состав отличается большим разнообразием, обусловленным главным образом видом и чистотой исходного сырья. Для производства огнеупоров используют различные виды природного и искусственного сырья. Это огнеупорные глины и каолины, кварциты, магнезит, доломит, хромиты, а также искусственно полученное сырье - глинозем, другие оксидные материалы, карбид и нитрид кремния и т. п.

^ 5. Классификация изделий строительной керамики. Основные виды исходного сырья, их роль и назначение.

Изделия строительной керамики применяются для постройки различных сооружений, дорог, канализационных и дренажных сетей, производства оборудования санитарных узлов, для наружной и внутренней отделки зданий.

Различают изделия грубой и тонкой строительной керамики. К грубой строительной керамике относятся изделия, изготовленные из легкоплавких, тугоплавких и реже огнеупорных глин. По строению черепка эти изделия делятся на две группы: с пористой структурой (кирпич, черепица, архитектурно-отделочная и фасадная керамика, дренажные трубы и др.) и с плотной камневидной структурой (плитки для полов, канализационные трубы, кислотоупорный кирпич и плитки и др.). К тонкой строительной керамике относятся изделия из светложгущихся глин и каолинов с мелкозернистым, обычно белым черепком, покрытые прозрачной или глухой глазурью, или неглазурованные (облицовочные плитки, санитарно-технические изделия из фаянса и полуфарфора, фаянсовая майолика и т. п.).

По назначению изделия из строительной керамики делятся на стеновые, кровельные, отделочные и санитарно-технические.

Форма и размеры изделий из строительной керамики должны соответствовать установленным стандартам или техническим условиям. Для тонкой строительной керамики, а также для архитектурно-отделочной и фасадной керамики, изделия оцениваются также по цвету и тону или художественно-декоративным качествам.

Механические свойства и долговечность в зависимости от вида изделий характеризуются показателями прочности при сжатии и изгибе, объемным весом, морозостойкостью, водопоглощением, кислотостойкостью, термостойкостью и истираемостью.

Материалами для производства керамических изделий служат пластическое сырье — глины и каолины и непластичные виды сырья — кварц, полевой шпат, пегматит, обожженная молотая глина, шамот, которые применяются как добавка к пластичному сырью, отощающая добавка или плавень. Отощающие добавки — шамот, обожженная молотая глина и др.— уменьшают усадку при сушке и обжиге, а плавни — полевой шпат, пегматит, нефелин-сиенит и др., являясь флюсующими добавками, снижают температуру обжига изделий, необходимую для спекания или плавления.

^ 8. Стеновая керамика, основные виды и свойства керамических изделий, требования стандартов.

Несмотря на определенные успехи в производстве индустриальных стеновых материалов (крупных блоков, панелей), на долю мелкоштучных изделий (кирпича и мелких блоков) приходится все еще около 2/з общего выпуска каменных стеновых материалов, в том числе выпуск керамического кирпича составляет почти половину всех стеновых материалов.

Наряду с кирпичом керамическим обыкновенным в группу стеновых керамических материалов входят различные виды более эффективных керамических материалов (кирпич пустотелый, пористо-пустотелый, легкий, пустотелые камни), а также крупноразмерные стеновые кирпичные блоки и панели заводского изготовления.

По плотности и теплотехническим свойствам керамические кирпич и камни для стен делят на три группы.

Эффективные керамические изделия имеют меньшую среднюю плотность и более низкую теплопроводность, чем сплошной кирпич. Они обладают достаточной прочностью, а некоторые из них (камни) имеют большие размеры, чем обыкновенный кирпич. Применение эффективных изделий дает возможность снизить толщину и массу ограждающих конструкций, расход керамических материалов и раствора для кладки и снизить стоимость строительства. Например, применение высокопустотного керамического камня позволяет сократить толщину наружных стен с 64 до 38 см, т. е. на 40 %.

Но кирпич, в том числе и эффективный, и мелкие камни являются мелкоштучным материалом. Изготовление же из них стеновых панелей и крупных блоков в заводских условиях позволяет получать индустриальные изделия.

Стеновые керамические материалы характеризуются пористостью, которая контролируется водопоглощением (по ГОСТу не менее 6...8 % в зависимости от вида стенового керамического изделия и его марки). Это требование стандарта означает, что керамический материал, имеющий водопоглощение меньше указанной величины, недостаточно порист и отличается повышенной теплопроводностью и будет плохо сцепляться со строительным раствором. Морозостойкость стеновых керамических материалов должна быть не менее 15 циклов, кроме кирпича строительного легкого, который должен выдерживать не менее 10 циклов.

Свойства керамических изделий

Пористость керамического черепка (пористых изделий) обычно составляет 10…40%, она возрастает при введении в керамическую массу порообразующих добавок. Стремясь снизить плотность и теплопроводность, прибегают к созданию пустот в кирпиче и керамических камнях.

Водопоглощение характеризует пористость керамического черепка. Пористые керамические изделия имеют водопоглощение 6…20 % по массе, т.е. 12…40 % по объему. Водопоглощение плотных изделий гораздо меньше: 1…5% по массе (2…10% по объему).

Теплопроводность абсолютно плотного керамического черепка большая - 1,16 Вт/(м-град С). Воздушные поры и пустоты, создаваемые в керамических изделиях, снижают плотность и значительно уменьшают теплопроводность, так, например, снижение плотности стеновых керамических изделий с 1800 до 700 кг/м3 понижает их теплопроводность с 0,8 до 0,21 Вт/(м-град С). Соответственно уменьшается толщина наружной стены и материалоемкость ограждающих конструкций.

Прочность зависит от фазового состава керамического черепка, пористости и наличия трещин. Марка стенового керамического изделия (кирпича и др.) по прочности обозначает предел прочности при сжатии, однако при установлении марки кирпича наряду с прочностью при сжатии учитывают показатель прочности при изгибе, поскольку кирпич в кладке подвергается изгибу. Изделия с пористым черепком выпускаются марок 75…300, а плотные изделия (дорожный кирпич и др.) более высоких марок (400…1000).

Морозостойкость-марка по морозостойкости обозначает число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживает керамическое изделие в насыщенном водой состоянии без признаков, видимых повреждении (расслоение, шелушение, растрескивание). Керамические изделия имеют марки по морозостойкости: 15, 25, 35, 50, 75, 100 в зависимости от своей структуры. Керамический материал морозостоек.

^ 11. Теоретические процессы обжига, вспучивания и спекания керамики.

Обжиг.

Процесс обжига изделий строительной керамики может быть условно разделен на четыре периода:

  1. подогрев до 200°С и досушка-удаление физической воды из глины;

  2. дальнейший нагрев до 700°С «на дыму» и удаление химически связанной воды из глины;

  3. «взвар» - до температуры обжига 980-1000°С - созревание че­репа;

  4. охлаждение, «закал» - медленное до 500°С и быстрое от 500 до 50°С

  5. обожженных изделий.

К этим реакциям добавляется выгорание топлива из изделия, если это топливо было введено в глину при подготовке массы; количество вводимого топлива может достигать 70-80% от того количества, которое необходимо для обжига. Можно отметить шесть главных видов реакций, протекающих в рядовых глинах при обжиге:

1) выделение гигроскопической воды из глинистых минералов и воды из

аллофаноидов, если таковые присутствуют в глине;

2) окисление органических примесей;

3) выделение конституционной воды, т. е. дегидратация глинистых минералов и

реакции в так называемых твердых фазах;

4) жидкофазные реакции и образование стекловидного расплава;

5) образование новых кристаллических фаз;

6) реакции декарбонизации и десульфуризации.

Первая группа реакций характеризуется небольшим эндоэффектом При этом образуется водяной пар, давлением которого может разорвать изделие («лопанец») при слишком быстром подъеме температуры. Эта реакция сопровождается падением температуропроводности глины. Вторая группа реакций - окисление органических примесей – характеризуется экзоэффектом при 300—400°С. Часть этих примесей может остаться (при быстром подъеме температуры и недостаточном притоке и диффузии в толщу изделия кислорода воздуха) невыгоревшей, что обнаруживается по темной сердцевине в изломе изделия.

Глинистые минералы в процессе своей дегидратации действуют каталитически, содействуя горению углерода в глине, а выделяющаяся вода способствует выгоранию углерода по реакции:

С+Н2О=СО+Н2.

Наряду с этим может протекать отложение углерода в глине из газовой среды, содержащей 1-3% СО при 400 и выше 1000°С.

Третья группа реакций - дегидратация глинистых минералов – характеризуется эндоэффектом, который растягивается с 500 (450) до 600°С (700°С), а у некоторых каолиновых глин - до 900°С и также сопровождается падением температуропроводности. Эндотермическая реакция, начинающаяся около 500°С и оканчивающаяся около 700°С, заключается в удалении из каолинита химически связанной (гидратной) воды:

Аl2O3 • 2SiO2 • 2H2O → Al2O3•2SiO2 + 2H2O.

Продукты разложения составляющих глины и керамические массы минералов (Аl2О3∙2SiO2, SiO2, Аl2О3, CaO, MgO, Fe2О3 и .др. окислы) в процессе обжига взаимодействуют между собой при высоких температурах (1000°C и выше) и образуют легкоплавкие силикаты, плавление которых вызывает спекание и размягчение глин.

Степень спекания глинистых материалов зависит от температуры и длительности обжига, от состава глинистого сырья, газовой среды, рода и количества плавней, а также от способа формования изделий.

Газовая среда обжига влияет на интенсивность дегидратации; увеличение концентрации H2O в газовой среде задерживает реакцию дегидратации по закону действующих масс; восстановительная среда, вызывая реакцию отщепления кислорода в активных условиях «оборванных связей», понижает температуру дегидратации, Не менее важную роль играет и газовая среда в печи, которая влияет на процессы, протекающие при формировании черепка, и поэтому она также должна регламентироваться режимом обжига. Эта среда может быть окислительной, нейтральной и восстановительной.

Образование жидкой (стекловидной) фазы в гидрослюдистых глинах начинается по крайней мере с 700°С, но заметное развитие эти фазы получают лишь при температурах на 150-200°С выше. Появление стеклофазы содействует дальнейшему растворению в ней некоторой части минеральных составляющих глины и новому минералообразованию. Стеклофаза обеспечивает спекание и образование черепа. С физической стороны действие стеклофазы характеризуется усадкой изделия. В зависимости от степени развития стеклофазы, что регулируется выдержкой и созреванием черепа, можно сообщить ему ту или иную плотность (пористость). Именно в этом процессе и состоят операции выдержек - «взвар» и начала охлаждения - «закал», которые необходимо осуществлять: «взвар» - в пределах температур 980-1000°С и «закал» - до 800°С, а также длительностей для получения кирпича должного качества - ярко-красного (не алого) по цвету и звонкого при ударе. Кроме того, выдержка необходима для выравнивания температурного поля в печи.

Охлаждение обожженных изделий — не менее ответственная операция. При 800- 780°С череп изделия строительной керамики находится в пиропластическом состоянии и переходит в твердое состояние, поэтому необходимо замедлять охлаждение во избежание появления напряжений, которые могут разрядиться местными разрывами (трещинами). Считают опасным также участок 650- 500°С в связи с обратимым превращением α-β-кварц.

Спекание.

Спекание материала - существенный момент процесса обжига, так как к этому времени заканчивается формирование керамического изделия. Окончание спекания изделия характеризуется прекращением его усадки. Условными показателями спекшегося материала являются его водопоглощение. Спекаемость глины зависит от содержания в ней плавней и степени их дисперсности. На процесс формирования керамического черепка влияют: химический и гранулометрический состав сырья, соотношение компонентов в массе, а также температурно-газовый режим обжига.

Образующиеся в процессе обжига глин и керамических масс легкоплавкие соединения проявляют себя двояким образом. Во-первых, они действуют химически, растворяя частицы минералов, образуя жидкую фазу и выделяя из раствора новые, более устойчивые мниералообразования, именуемые эвтектическими смесями. Во-вторых, они действуют физически, благодаря своей энергии поверхностного натяжения, сближая и уплотняя твердые частицы глины. Обжиг изделий грубой строительной керамики ведется до появления минимального количества легкоплавких соединений, которые связывают дегидратированные частицы глинообразующих минералов и зерна кварца, что и обеспечивает достаточную механическую прочность изделий. Большое значение имеет подбор температурного режима обжига. Он должен быть таким, чтобы реакции дегидратации, декарбонизации, окисления и восстановления отдельных компонентов, составляющих глину, не налагались бы на реакции образования легкоплавких эвтектик. Эти реакции должны следовать одна за другой, но практически, вследствие сложного состава керамических масс, образование жидких соединений начиняется обычно ранее, чем закончатся декарбонизация, окисление и т. д.

^ Вспучивание (на примере керамзита).

Основными производственными факторами, обусловливающими вспучивание, являются состав газовой среды внутри гранул сырья, температура обжига и скорость ее подъема. Процессы, протекающие в зоне подсушки и нагрева, такие же, как и в глинистом компоненте печей для обжига клинкера, с тем различием, что большая скорость подъема температуры способствует накоплению в материале газообразных продуктов его разложения, приводящих к вспучиванию. Если весь цикл обжига занимает 25— 30 мин, то всего 6—8 мин идет на подогрев, сопровождающийся интенсивным выделением газообразных продуктов и 15—30 мин на процесс вспучивания при достижении материалом наивысшей температуры 1373—1473 К (1100—1200 °С).

Решающую роль в интервале наивысших температур играет процесс восстановления окислов железа из высших степеней окисления в низшие, что требует наличия внутри гранул восстановительной среды, в то время как внешняя среда вокруг них должна быть слабо окислительной. Быстрый нагрев материала задерживает процесс выделения из него газообразных и парообразных продуктов и смещает его к периоду наиболее высоких температур, когда материал размягчается и выделяющиеся из него газы производят эффект вспучивания. В описанных процессах возникает необходимость регулирования времени пребывания материала в отдельных зонах печи.

^ 15. Сушильные агрегаты в технологии керамической и стекольной промышленности.

Сушка керамических изделий (полуфабрикатов) может быть естественной на открытом воздухе (под навесами, в сараях и т. д.) и искусственной (в специальных устройствах, сушилках).

Для искусственной сушки в керамической промышленности чаще всего применяют туннельные и камерные сушилки, работающие по принципу противотока: навстречу сырцу движется теплоноситель (горячий воздух, топочные газы и т. д.), поступающий в туннель со стороны выгрузочного отверстия. Туннельная сушилка непрерывного действия представляет собой камеру длиной 24—36 м, высотой 1,4—1,8 м, шириной 1 —1,2 м. Сырец поступает в сушилку на вагонетках, которые перемещаются в туннелях по рельсовым путям с помощью передвижных или канатных толкателей. Отдельные туннели объединяют в блоки по 4—20 туннелей, имеющих общие каналы для подачи и забора теплоносителя. Основные преимущества туннельных сушилок: поточность производства, высокий уровень механизации, высокая производительность труда. К недостаткам туннельных сушилок относятся: большое количество вагонеток и необходимость их пополнения, подверженность металлических изделий вагонеток коррозии, неравномерность сушки изделий по поперечному сечению туннеля (вверху температура теплоносителя выше, чем внизу) и необходимость круглосуточной загрузки и разгрузки вагонеток.

Камерные сушилки относятся к сушилкам периодического действия. Камеры длиной 10—18, шириной 1,3—1,5 м объединены в блоки по 24—48 шт. Внутренние стены камеры имеют выступы, на которые с помощью десятиполочных вагонеток укладывают рамки с сырцом. Теплоноситель поступает в камеру через нижние подводящие каналы. Охлаждаясь и насыщаясь влагой, он опускается и отводится через вытяжной канал.

Недостатки камерных сушилок: неравномерная сушка изделий из-за различной температуры теплоносителя и насыщенности его влагой по поперечному сечению камеры, небольшая скорость теплоносителя, периодичность работы, длительность процесса, связанная с потерями времени (до 10%) на загрузку и выгрузку изделий. Однако в камерных сушилках возможна сушка сформованных изделий по индивидуальному режиму.

Новейшие методы сушки и конструкции сушилок позволяют производить процесс сушки более эффективно. Методы кондуктивного, диэлектрического, сверхвысокочастотного, плазменного и высокотемпературного нагрева, инфракрасного излучения основаны на повышении температуры изделий без участия газовой (воздушной) среды как передатчика теплоты. Например, при нагреве сырца инфракрасными лучами происходит поглощение материалом лучистой энергии, которая, преобразуясь в тепловую, быстро проникает в тело изделий, способствуя диффузии.

Для скоростной сушки изделий в керамической промышленности применяют конвективные сушилки с направленной подачей теплоты на изделие, радиационные с обогревом изделий электрическими или газовыми излучателями и комбинированные (конвективно-радиационные).

В стекольной промышленность в сушке нуждаются только сырьевые материалы - например, песок. Для его сушки используется сушильный барабан. Сушильный барабан представляет собой металлический цилиндр, установленный под углом 3—4° к горизонту. Благодаря этому наклону материал перемещается к выгрузочному отверстию. Барабан снабжен внутри системой полок, способствующих лучшему соприкосновению высушиваемого материала с дымовыми газами, которые поступают из топки и далее с помощью вентилятора выбрасываются наружу.

Загружаемый материал поступает из бункера через течку в наиболее высокую часть барабана, при вращении которого перемешивается и просушивается дымовыми газами и далее подается в разгрузочную камеру. Бандажи, шестерня и опорные ролики служат для крепления и вращения барабана. В циклоне осаждается пыль.

Движение материала может быть прямоточным (направленным в ту же сторону, что и движение горячего воздуха или газа) или противоточным. При сушке песка применяются прямоточные барабаны.

Производительность сушильного барабана до 12 т/ч, частота вращения—10—12 об/мин, температура сушки песка — 700— 800° С.




Скачать файл (95.3 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru