Аналитический обзор источников информации. 9 Технологическая часть



бет11/25
Дата03.01.2022
өлшемі1.05 Mb.
#450521
түріАналитический обзор
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   25
5fan ru Производство строительного керамического кирпича

Формование.

Пластичность глин предопределяет наличие специфических деформационных свойств — малой вязкости и достаточно высокого пре­дела текучести. На кривой зависимости вязкости и скорости деформа­ции пластичной массы от напряжения сдвига (рис. 3.5.1) выделяют ус­ловный статический предел текучести РК1, ниже которого деформации не происходит.



Рис. 3.5.1 Зависимость скорости деформации (а) и вязкости (б) пластичной массы от приложенного напряжения сдвига Р.

Между PК1 и условной границей практически неразру­шенной структуры Рr масса течет с весьма малой скоростью. Ее тече­ние характеризуется максимальной пластической вязкостью η0*

dε/dτ=(l/ η0*)(σ- PК1),

где dε/dτ — скорость деформации; σ— касательное напряжение.

Выше значения Рr вязкость определяется динамическим равно­весием между числом разрушенных и восстановленных коагуляционных контактов в системе. При напряжениях выше условного динамического предела текучести РК2 течение происходит с наимень­шей пластической вязкостью ηm*

dε/dτ=(l/ ηm*)(σ- PК2).

При напряжениях, превышающих условную предельную грани­цу разрушенной структуры Рпр, вязкость становится постоянной и имеет наименьшее значение ηm.

Кроме показателей пластической вязкости, остающихся посто­янными в достаточно широком интервале действующих напряже­ний, течение массы описывают структурной (истинной, эффектив­ной) вязкостью η*, значения которой изменяются от вязкости предельно разрушенной структуры η0 до вязкости предельно разру­шенной структуры ηm.

Для описания течения систем, подобных пластичной массе, иногда используют зависимость

σ- РК, = η (dε/dτ)n,

где PК — предел текучести; n — показатель или индекс течения.

Показатель n характеризует форму кривой течения. Для тиксотропных систем n<1. При n>1 системы относятся к дилатантным, скорость течения которых падает с ростом действующего напряжения.

При малых скоростях деформирования в области, близкой к ус­ловному статическому пределу текучести PК1, заметную роль в де­формации пластичной массы играют обратимые (упругие и замед­ленные) деформации. Зависимость общей деформации от напря­жения и времени представлена на рис. 3.20 и имеет вид

ε=ε123=σ/Е1+(σ/Е2)*[1-ехр(-Е2τ/η0*)]+(1/η0*)*(σ-РК)*τ, (3.36)

где ε1 и ε2 - быстрая и замедленная обратимые деформации;

ε3 - пластическая деформация; ηm - пластическая вязкость;

σ - напряжение; τ - время; е1 и E2 — модули быстрой и замед­ленной обратимой деформации.


Рис. 3.5.2 Диаграммы развития и спада деформации пластичной массы во времени.

Пригодность массы для формования оценивают соотношением отдельных видов деформаций. Для этого используют предложен­ную С.П. Нечипоренко диаграмму (рис. 3.5.3), разделенную на шесть областей, соответствующих шести структурно-механичес­ким типам. Лучшими формовочными свойствами обладают массы с преимущественным развитием замедленных обратимых деформа­ций (I и II структурно-механические типы).

Рис. 3.5.3 Диаграмма С.П. Нечипоренко.

С той же целью используют критерии, характеризующие соот­ношения между различными видами деформации: суммарный мо­дуль деформации Em=E1Е2/(Е12); эластичность λ=E1/(E1+E2); период релаксации θ=η0*/(E1+E2); пластичность по Воларовичу Пл=РК10*.

Другим показателем формовочных свойств масс является соотно­шение между внешним и внутренним трением. Считают, что формова­ние возможно, если внутреннее трение массы (когезия) больше, чем трение о формующий орган машины (аутогезия). Для оценки формо­вочных свойств используют коэффициенты внутреннего трения и сцеп­ления массы. Из уравнения Кулона-Мора (3.37) следует, что сопротив­лением массы σПР сдвигу а определяется коэффициентом внутреннего трения f, сцеплением С и действующим сжимающим напряжением σ:



σПР= σf + С. (3.5.2)

Основные свойства пластичной формовочной массы зависят от минерального состава, формы и размеров частиц твердой фазы, вида и количества временной технологической связки, интенсивности образования гидратных слоев на поверхностях частиц. С увеличением содержания жидкой фазы коэффициент внутреннего трения растет, проходя через максимум. Другие показатели уменьшаются монотонно, но с разной интенсивностью. Это позволяет для каждой массы выбрать оптимальное значение формовочной влажности. Лучшие формовочные свойства имеет масса с максимально развитыми слоями физически связанной воды при минимальном содержании свободной воды в системе.

Возрастание дисперсности твердой фазы увеличивает количество контактов между частицами в единице объема и прочность. Одновременно растут оптимальная формовочная влажность, предел текучести, вязкость, модули деформации, коэффициент внутреннего трения и связность массы, повышается пластичность.

Чрезмерное повышение дисперсности увели­чивает усадки в сушке и обжиге, поэтому опти­мальный зерновой состав должен обеспечивать со­здание каркаса из сравни­тельно крупных зерен для повышения предела теку­чести и уменьшения уса­док. Введение электроли­тов снижает формовочную влажность.

Пластическое формование осуществляют тремя способами:

выдавливанием, допрессовкой и раскаткой. Во всех случаях меха­нические напряжения не превышают 1—30 МПа, масса содержит 30—60% жидкости по объему. Заготовка сохраняет форму благо­даря наличию предела текучести.

Важнейшей задачей при пластическом формовании является подбор оптимальной формовочной влажности. Для оценки формовочной влажности WФ по П.А. Ребиндеру используют зависимость пластической прочности структуры Рm, от влажности Wабc (рис. 3.5.4).

Рис. 3.5.4 Влияние влажности на основные параметры пластичной массы: f – коэффициент внутреннего трения; Е1 и Е2 – модули быстрой и замедленной обратимой деформации; С – сцепление; η – вязкость.

Пластической прочностью называют механическое на­пряжение, которое способна выдерживать масса без нарушения сплошности. Считают, что формовочной влажности соответствует точка перехода зависимости Рm - влажность от прямолинейного участка. В заводской практике формования на вакуумных прессах ведут обычно при влажности на 1—3% меньше.



Чем сложнее форма изделия, тем при более высокой влажнос­ти проводят формование. Для его облегчения иногда в массы до­бавляют высокопластичные монтмориллонитовые глины.

Выдавливание является окончательной операцией формова­ния изделий грубой строительной керамики (кирпич, канализаци­онные трубы) и промежуточным этапом переработки пластичной тонкокерамической массы перед раскаткой и допрессовкой. Вы­давливание может быть горизонтальным и вертикальным. Его осуществляют на шнековых вакуумных прессах, реже исполь­зуют поршневые прессы. В шнековом прессе при движении массы возникает сложное объемно-напряженное состояние. Лопасти шнека сообщают массе поступательное и вращательное движение, а стенки корпуса прес­са замедляют перемещение массы в прилегающим к ним слоям. По мере продвижения массы к головке пресса ее вращение замедля­ется, но периферийные слои движутся с большей скоростью. Окончательно уплотняет массу последний виток шнека. Он выжи­мает массу из цилиндра в головку пресса с различными по сечению скоростями, сообщая ей частичное вращение.




Рис. 3.5.5 Распределение скоростей течения пластической (а) и тощей (б) масс в головке шнекового пресса.

Шнековые (ленточные) вакуумные прессы имеют высокую производительность и являются агрегатами непрерывного дейст­вия, однако требуют «мягких» масс. В заготовке могут возникать дефекты, связанные с неравномерным движением массы.

Под действием бокового давления линейная скорость массы у стенки меньше, а окружная выше, чем в центре. В массе образуют­ся два параболоидальных потока, скорости которых в мундштуке постепенно выравниваются. Более пластичные массы характери­зуются большим градиентом скоростей по сравнению с жесткими (рис. 3.5.5). Для снижения неравномерности течения используют шнеки с переменным шагом винта и двухзаходной выпорной лопа­стью. Крупнозернистые включения снижают склонность массы к расслаиванию.

Выдавливание сопровождается образованием анизотропной структуры масс, так как пластинчатые частицы глины ориентиру­ются своей тонкой гранью в направлении максимальной скорости течения. Анизотропия проявляется в неравномерной усадке и раз­личной прочности образцов в разных направлениях.

При неблагоприятных условиях возможно появ­ление дефектов. S-образные трещины образуются при нарушении сплошности массы из-за разной про­дольной и окружной скоро­сти ее течения. Уменьшение скорости течения в углах или на поверхности кернов для слабосвязанных масс приводит к образованию «драконова зуба» и «малых надрезов».

Дефекты устраняют подбором размеров головки пресса и мунд­штука (отношение длины к диаметру должно быть не менее 4, увели­чиваясь для сильно пластичных и жестких масс), конусности мунд­штука, смазкой головки и мундштука. Эффективно применение виб­рирующих головок или вставок и ультразвуковое разжижение масс.

Сушка.

Процесс сушки керамических изделий представляет собой пре­вращение содержащейся в них воды из жидкого состояния в па­рообразное и последующее удаление ее в окружающую среду. При этом необходимым условием сушки является наличие внеш­него источника тепла, нагревающего изделия. Наиболее ответственной является сушка высоковлажного полуфабриката изделий хозяйст­венной и строительной керамики, изготовленного пластическим формованием.

Находящаяся в керамических массах и изделиях вода делит­ся на физическую и химически связанную.

Физической называется та часть воды материала, которая не входит ни в какие соединения с ним. Физическая вода нахо­дится в изделии в жидком или парообразном состоянии и может быть удалена полностью при нагреве материала до 100—110°С. При этом керамическая масса становится непластичной, но с до­бавлением воды пластические свойства массы восстанавлива­ются.

Химически связанной водой называется вода, нахо­дящаяся в химическом соединении с отдельными элементами ке­рамической массы, так например: Аl2Оз∙2SiO2∙nH20; Са(ОН)2 и др. Удаление химически связанной воды происходит при более высоких температурах - от 500° и выше. При этом керамическая масса безвозвратно теряет свои пластические свойства.

При сушке изменяется от коагуляционных к конденсационным природа контактов между частицами твердой фазы за счет удале­ния механически и физико-химически связанной воды. Химически связанная вода в сушке не удаляется.

Простейшим видом сушки является сушка изделий на возду­хе, когда испарение влаги из материала происходит за счет теп­ловой энергии солнца. В настоящее время сушка изделий осу­ществляется за счет тепла, получаемого от специальных устано­вок.

Анализируя процессы, происходящие при сушке материалов, необходимо отметить следующее:

1) содержащаяся в материале вода при температуре 80—90оС испаряется. В этом случае имеет место поверхностное испарение или так называемая внешняя диффузия влаги;

2) при испарении влаги с поверхности материала в окружаю­щую среду влага из внутренних слоев изделия перемещается к его поверхности. Происходит так называемая внутренняя диффузия влаги.

Если в процессе сушки замерять температуры материала и окружающей среды, то обнаруживается, что температура изделия ниже температуры воздуха. Следовательно, во время сушки по­верхность твердого тела, имеющего относительно низкую темпера­туру, соприкасается с газом, нагретым до более высокой температуры. Между ними происходит теплообмен. Поэтому процесс сушки можно рассматривать как комплекс параллельно проте­кающих явлений:

а) испарения влаги с поверхности материала;

б) внутренних перемещений (диффузии) влаги в материале;

в) теплообмена между материалом и окружающей газообразной I средой.

При испарении влаги с поверхности изделий влажность по­верхностных слоев по сравнению с внутренними слоями умень­шается и возникает так называемый перепад (градиент) влажности.

Внешним показателем процесса сушки является изменение ве­са материала во времени. Графическое изображение зависимо­сти влажности материала от длительности сушки носит название кривой сушки. Характер кривой определяется влажностью и размерами изделия, способом его формования, а также темпе­ратурой, влажностью и скоростью теплоносителя. Совокупность указанных факторов определяет режим сушки. Режимом сушки называется изменение интенсивности влагоотдачи изделия путем изменения температуры, относительной влажности и скорости движения теплоносителя.

Изменение режима сушки вызывает изменение интенсив­ности влагоотдачи изделия, которая определяется количеством влаги, испаряемой с единицы поверхности высуши­ваемого изделия в единицу времени.

Интенсивность влагоотдачи измеряется в граммах на 1 м2 в час.

Режим сушки регулируют, изменяя температуру или количест­во теплоносителя, подаваемого в сушилку.

Сушка зависит от параметров окружающей среды (температу­ры, влажности и скорости движения теплоносителя), формы связи влаги с материалом, состава, структуры, влажности и температуры полуфабриката.

Различают кинетику сушки (изменение средних значений влаж­ности и температуры заготовки во времени) и ее динамику (измене­ние влажности и температуры в каждой точке заготовки). Распре­деление меняющихся во времени полей влажности и температуры в объеме изделия определяет возможность появления опасных на­пряжений и брака.

Если сушку проводят при малых перепадах температуры между полуфабрикатом и средой, малых скоростях и высокой влажности теплоносителя, то влажность полуфабриката медленно уменьша­ется от исходной w0, а температура повышается до температуры мокрого термометра tМ. Центр заготовки прогревается медленнее, чем поверхность (рис. 3.5.6). Это период прогрева полуфабриката.

На втором этапе (период постоянной скорости сушки) влаж­ность заготовки меняется по линейному закону при постоянной температуре.

После достижения критической влажности Wкp температура поверхности заготовки увеличивается, приближаясь к температуре сухого термометра tСУХ, скорость сушки уменьшается, а влажность асимптоматически приближается к равновесной Wp. Температура в объеме полуфабриката растет медленнее, чем на поверхности. Этот период называется периодом падающей скорости сушки. Ве­личина критической влажности Wкp зависит от скорости сушки, размеров и строения полуфабриката. Равновесная влажность Wp зависит от температуры и влажности в помещении. Сушить полу­фабрикат до влажности меньше Wp нецелесообразно. Обычно от­формованные заготовки сушат до влажности 2-3%, а кусковую глину - до 8-12%.

При сушке испарение воды происходит диффу­зионным путем. Движу­щей силой является раз­ность парциальных дав­лений пара у поверхности и в объеме теплоносителя. Уменьшение влажности во внешних слоях заготовки сопровождается появле­нием градиента влажности в ее объеме, что вызывает диффузию капельножидкой воды из объема заго­товки к поверхности.

Рис. 3.5.6 Диаграмма сушки полуфабриката: I – период подогрева; II – период постоянной скорости сушки; III – период падающей скорости сушки; IV – гигроскопическое состояние; 1 – влажность; 2,2`- температура поверхности и центра; 3 – скорость сушки; 4 – градиент температуры; 5 – усадка.



При наличии градиента температуры на процесс влагопроводности накла­дывается процесс термовлагопроводностни: вода стремится переместиться в области с мень­шей температурой. Термовлагопроводность связана с уменьшением поверхностного натяжения и вязкости воды при повышении темпера­туры и движением пузырьков воздуха в капиллярах. При интенсив­ном подводе теплоты возможно испарение влаги в глубинных слоях заготовки и удалении воды по механизму паропроводности. Движу­щей силой процесса является перепад давления водяного пара.

Общий поток влаги в объеме материала или заготовки можно описать дифференциальным уравнением:

j= -Кρ (W/∂х) ± Кρδ (∂t/∂х) - Dρ(∂Р/∂х), (3.5.3)

где j- плотность потока влаги, равная количеству воды, проходя­щей через единичную площадь в единицу времени, кг/м2*с;

К - коэффициент влагопроводности, м2/с; δ - термоградиентный коэффициент, 1/К; D - коэффициент молекулярной диффузии пара, м2/Па*с; ρ- кажущаяся плотность твердой фазы, кг/м3; ∂W/∂x, ∂t/∂х, ∂Р/∂х - градиенты влажности, температуры и дав­ления в объеме материала.

Коэффициент влагопроводности К зависит от структуры, влаж­ности и температуры материала и увеличивается с ростом размера капилляров и частиц твердой фазы. Термоградиентный коэффици­ент δ зависит от влажности и имеет максимальное значение при критической влажности. Коэффициент молекулярной диффузии пара D увеличивается при повышении влажности и температуры.

Интенсивность сушки может быть повышена несколькими спо­собами или их комбинацией:

- совмещением направления процессов влагопроводности и термовлагопроводностни при увеличении температуры заготовки по сравнению с температурой окружающей среды (теплоносителя); этот способ используют при сушке полых изделий (электроизоляторов, тиглей), помещая нагреватели во внутреннюю полость заготовки.

- увеличением коэффициента влагопроводности путем повыше­ния пористости заготовки и размеров частиц твердой фазы.

- снижением общего давления в сушиле.

При удалении воды в порах заготовки образуются вогнутые ме­ниски жидкости. Капиллярное давление увеличивается, уменьша­ется толщина прослоек жидкости, частицы сближаются, образуя каркас. При влажности, близкой к критической, капиллярные си­лы уравновешиваются силами трения, сближение частиц и усадка заготовки прекращается. Дальнейшее снижение влажности проис­ходит за счет освобождения объема пор без изменения размеров.

Изменение размеров полуфабриката в сушке характеризуют линейной или объемной усадкой, выраженной в процентах.

Усадка зависит от влажности заготовки и размера частиц твердой фазы. Линейная усадка в сушке заготовок пластического формования составляет 6-8%.

Величины критической влажности и усадки зависят от режима сушки. Наибольшую усадку имеют заготовки, высушенные в равновес­ных условиях. Чем выше температура и ниже влажность теплоносите­ля, тем меньше усадка. Рост градиента влажности в объеме заготовки увеличивает разницу между фактической и максимально возможной усадками. Эта разница (недопущенная усадка) вызывает появление ме­ханического напряжения. Если последнее превысит предел прочности материала, то в теле заготовки образуется трещина.

Причиной появления трещин в период постоянной скорости сушки полуфабриката является перепад влажности между наружными и вну­тренними частями заготовки. Критерием трещинообразования могут служить максимально допустимая разность между средней (интеграль­ной) влажностью заготовки Wt и влажностью ее поверхности Wпов:

ΔW = Wt - Wпов (3.5.4)

Максимальная интенсивность (скорость) сушки, не приводя­щая к образованию трещин, определяется соотношением:



jmax = KΔWmaxρ A/l, (3.5.5)

где А — коэффициент формы, равный 6 для пластины; l — характе­ристический размер (толщина пластины, диаметр цилиндра).

Продолжительность сушки зависит от толщины высушиваемо­го изделия и не зависит от его плотности и площади поверхности.

В период падающей скорости сушки усадки отсутствуют, поэто­му сушку можно интенсифицировать, повысив температуру и ско­рость движения теплоносителя.

В процессе сушки могут возникать различные дефекты.

Тотальные трещины, проходящие через тело заготовки, возни­кают из-за больших скоростей прогрева заготовки, имеющей ма­лый коэффициент влагопроводности, на первой стадии сушки.

Срединные трещины возникают после образования жесткого каркаса частиц на краях заготовки, препятствующего усадке влаж­ных центральных частей. Предотвратить образование краевых и срединных трещин можно, покрыв края влагоизолирующим веще­ством (маслами, растворами сульфитно-спиртовой барды или по­ливинилового спирта и т. п.).

Рамочные трещины могут возникнуть при трении заготовки о подставку в процессе усадки. Этот вид брака характерен для кир­пича пластического формования. Его можно предотвратить, пери­одически перекладывая изделия с грани на грань и используя под­сыпки (песок, опилки, шамот).

Микротрещины и волосяные трещины возникают при адсорб­ции воды из воздуха или дымовых газов высушенным полуфабри­катом. Этот вид брака можно предотвратить, прекратив сушку при влажности несколько выше, чем максимальная влагоемкость ма­териала при данной температуре.

Коробление изделий может возникнуть при односторонней сушке плоских изделий, например облицовочных плиток, при ани­зотропной структуре полуфабриката, неравномерном распределе­нии влаги в заготовке.

Для оценки сушильных свойств глин и полуфабриката на их ос­нове используют показатели чувствительности глин к сушке, ха­рактеризующие склонность материала к растрескиванию в период усадки. Коэффициент чувствительности, предложенный З.А. Но­совой, определяют как отношение объема усадки VУС, к объему пор в высушенном материале VПОР:

КЧ = VУС/VПОР = V/V0[(m0 - m)/(Vo - V) - 1], (3.5.6)

где Vo и V - объемы свежеотформованного и высушенного при 20°С образцов, см3; m0 и m - массы влажного и высушенного образцов, г.

По методу А.Ф. Чижского коэффициент чувствительности к сушке определяют по формуле:

КС = (WН - WКР)/WКР, (3.5.7)

где WН и WКР - начальная (формовочная) и критическая влажнос­ть образца, %.

Чем выше коэффициенты КЧ и КС, тем сильнее склонность полу­фабриката к растрескиванию в сушке. Для малочувствительных глин КЧ< 1 и КС< 1,2, а для высокочувствительных глин KЧ>2 и КС> 1,8.



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 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.

Такое производственное деление на периоды не вскрывает сущности реакций в глине при обжиге. При производственном об­жиге глин никогда не достигается термодинамическое равновесие. Тем не менее, можно прибегнуть к расчету изобарно-изотермического потенциала ∆Z некоторых реакций с целью сопоставления возможности появления тех или иных фаз в глине при ее обжиге.

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;


  1. образование новых кристаллических фаз;

  2. реакции декарбо­низации и десульфуризации.

Первая группа реакций характеризуется небольшим эндоэффектом (I) на термограмме суглинка и гидрослюдисто-каолинитовой глины (рис. 3.5.7).

Рисунок 3.5.7 Изменение усадки, прочности, потери массы сырца в сопоставлении с термограммами типовых глин I, II, III,(α- усадка, δ- потеря массы, σ- прочность при изгибе).

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 (II) 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. При замедленном выгорании может произойти графитизация части углерода. Так как причиной ограничения действия кислорода воздуха на процесс выгорания углерода в глине выступает противоток СО и СОз, то при более быстром подъеме температуры влияние окислительной среды должно сокращаться, а влияние внутренней восстановительной среды — увеличиваться, что зави­сит от пористости и размеров изделия и от концентрации углерода.

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.

Скорость выгорания топлива по мере повышения температуры увеличивается, но только до стадии появления жидкой фазы в об­жигаемой глине, после чего скорость выгорания резко снижается из-за ухудшения диффузии кислорода воздуха. Максимальное зна­чение скорости выгорания топлива имеет место примерно при 780—800°С. Поэтому рекомендуется осуществлять выдержку в этом этапе обжига.

Третья группа реакций - дегидратация глинистых ми­нералов - характеризуется эндоэффектом (III) (рис. 3.5.7), 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, что показано на термограммах I, II, III сдвигом эндо- и экзоэффектов в восстановительной среде одной стрелкой влево, в парогазовой фазе - двумя стрелками вправо.

Ход усадки, потеря массы и рост прочности σизг при обжиге этих типов глин показаны кривыми в нижней части рис. 3.5.7

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.

Окислительная среда характеризуется избытком воздуха про­тив того количества, которое теоретически необходимо для пол­ного сгорания топлива.

Присутствие 4-5% кислорода в продуктах горения при обжи­ге изделий тонкой керамики типично для окислительной среды. Содержание кислорода в пределах 8-10% свидетельствует о сильно окислительной среде и полезно при интенсивном выгора­нии органических веществ массы.

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 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.

Температурный режим при выдержке и охлаждении опреде­ляется главным образом видом, формой и размерами изделий, а также температурным интервалом модификационных превраще­ний в материале.


3.6 Контроль производства и качества продукции.



Современный этап производства тугоплавких неметаллических и силикатных материалов характеризуется расширением ассортимента, повышением качества, возрастанием единичной мощности технологических линий, внедрением поточных технологий. Все это требует коренного совершенствования структуры, методов и средств контроля производства.

Технический контроль – это проверка соответствия объекта (материала, изделия или процесса) установленным требованием, что относится к системе государственных испытаний, а значит, подчиняется правилам стандартизации и сертификации.

Стандартизация – деятельность, направленная на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области посредством установления положений для всеобщего и многократного использования реально существующих или потенциальных задач. Результатом этой деятельности является разработка нормативных документов. В зависимости от специфики объекта стандартизации и содержание установленных к нему требований различают стандарты основополагающие, на продукцию или услуги, а также стандарты на процессы, на методы контроля (испытаний, измерений, анализа).

Сертификация – подтверждение соответствия товара обязательным нормативным требованиям, которое сопровождается выдачей сертификата соответствия.

Любой контроль можно свести к осуществлению двух этапов:

  • получение первичной информации о фактическом состоянии объекта, о признаках и показателях его свойств;

  • сопоставление первичной информации с заранее принятыми требованиями, нормами, критериями, обнаружение соответствия или расхождений фактических и требуемых данных, что дает вторичную информацию.

Вторичная информация используется для выработки соответствующих управляющих воздействий, совершенствование производства, повышения качества продукции и т.п.

Основными задачами системы контроля являются:

  • определение качества поступающих на завод материалов;

  • установление состава и свойств потоков материалов в процессе производства;

  • слежение за параметрами технологического процесса по всем производственным переделам;

  • контроль качества и сертификация (паспортизация) продукции;

  • анализ и обобщение результатов контроля по всем переделам с целью совершенствования технологического процесса.

Для решения этих задач система контроля производства должна включать в себя ряд подсистем.

Подсистема общезаводского технологического контроля (центральная заводская лаборатория) должна обеспечивать определение состава и свойств исходного сырья, топлива, добавок, вспомогательных материалов, полуфабрикатов и готовой продукции в объеме, достаточном для практического осуществления процесса оптимизации производства по всему заводу.

Подсистема оперативного технологического контроля (обслуживающий персонал основного производства, цеховые лаборатории) занимается определением состава и свойств материалов на входах и выходах конкретных технологических участков производства и контролем соответствия получаемых результатов требуемым значениям. Объем определений здесь должен быть минимально необходимым и не требующим сложного оборудования для осуществления контроля.

Подсистема параметрического контроля (служба контрольно-измерительных приборов и автоматизированных систем управления, КИП и АСУ) оценивает состояние оборудования и режимы его работы, контролирует технологические параметры, измеряет расходы в технологических потоках, уровни в емкостях и т.д.

Подсистема технического контроля (отдел технического контроля, ОТК) обеспечивает контроль качества и соответствие выпускаемых материалов и изделий действующей нормативной документации (государственным или отраслевым стандартам, техническим условиям, стандартам предприятия), а также осуществляет сертификацию (паспортизацию) продукции. В функции ОТК входит не только фиксирование появления некачественной продукции, но и предупреждение подобных фактов. С этой целью ОТК контролирует качество поступающих на предприятие материалов, соблюдение установленной технологии, устанавливает причины, вызывающие брак и снижающие качество продукции. ОТК также оформляет необходимые акты и добивается устранения причин негативных явлений и их последствий. ОТК проводит свою работу в тесном контакте с заводской и цеховыми лабораториями.
Таблица 7.1

Контроль производства по массозаготовительному цеху

Материал или операция

Контролируемый параметр

Место отбора/ контроля

Периодичность контроля

Метод контроля и погрешность

Исполнители

Наименование

Предельное или номинальное значение



Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   25




©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет