книги / Технология строительной керамики

Влажность порошка обычно составляет 8— 12%. Влага уменьшает силы внутреннего трения при прессовании, способствует большему сцеплению частиц и уплотнению порошка, снижает прессовое давление, повышает качество сырца и готовых изделий. Прессование порошков пониженной влажности (5—8%) сопровождается неоднородностью уплотнения по высоте изделий, тем большей, чем выше пластичность глины, и наоборот. С повышением влажности до 13— 16% большая не­ однородность при прессовании наблюдается у тощих глин, а чрез­ мерное увлажнение порошка вызывает необходимость сушки сырца. Повышенная влажность порошков вызывает также интенсивную осадку

мещение воды в материале в более крупные поры, что может быть при­ чиной последующих упругих расширений отпрессованных изделий. Создавая водные пленки на поверхности частиц зерен, влага в наиболь­ шей мере проявляет роль связки при условии, если она равномерно распределена в массе порошка.

При прессовании изделий из неравномерно увлажненного порошка создается рыхлая, неоднородная структура и возникают мелкие тре­ щины на поверхности изделий. Объясняется это прежде всего тем, что процессы набухания различных по величине зерен не совпадают во времени. В крупных зернах эти процессы, как правило, заканчиваются с опозданием в уже сформованном сырце, что приводит к возникновению внутренних напряжений, образованию трещин и рыхлой структуры.

Завершению процессов набухания в порошке способствует его прогрев паром до 70—90° С. Процесс набухания глинистых частиц, увлажненных пропариванием, протекает в 3 раза быстрее, чем при увлажнении водой. Прогрев порошка перед прессованием повышает его пластические свойства, способствует снижению прессового дав­ ления и получению полуфабриката более высокого качества, сокра­ щает продолжительность сушки изделий, уменьшает их растрескива­ ние, снижает износ пресс-форм и расход мощности. Считается, что

прессовок. Под режимом прессования понимают продолжительность прессования, условия приложения давления (одноили двухсторон­ нее) и его характер (мгновенное, переменное, нарастающее), а также величину давления. Режим прессования устанавливается в каждом отдельном случае и зависит от свойств сырья, качества пресс-по рошков (зернового состава и влажности) и вида прессуемых из­ делий.

В процессе прессования объем порошка в форме уменьшается вслед­ ствие уплотнения минеральной части и частичного удаления воздуха. Степень уплотнения характеризуется коэффициентом сжатия, то есть отношением толщины слоя засыпанного в форму порошка к тол­ щине спрессованного изделия (полуфабриката) или отношением объем­ ных масс порошка и полуфабриката.

Зависимость (компрессионная кривая) между осадкой массы в фор­ ме и давлением прессования приведена на рис. 38.

В зависимости от свойств сырья коэффициент сжатия глиняного порошка изменяется от 1,5 (для пластичных глин) до 2,5 (для тощих).

Глубина засыпки формы определяется как произведение коэффи­ циента сжатия на высоту отпрессованного изделия.

Продолжительность прессования должна быть минимальной, но достаточной для удаления воздуха из пресс-порошка (0,5—3,5 с). При влажности пресс-порошков около 8% давление запрессованного воздуха в порах примерно 0,6—0,8 МПа. С повышением влажности более 8% давление воздуха в по­

ние времени прессования (для глин средней и повышенной пластич­ ности не менее 1,5 с), двухстороннее приложение давления прессования, приложение давления с остановками (паузами), многоступенчатое прессование для удаления воздуха, повышение влажности порошка, устройство отверстий в стенках формы и штампах для удаления воз­ духа, ввод отощающих добавок — шамота из боя изделий, песка, шлака (до 15—20%).

После вакуумирования порошка уменьшается упругое расширение полуфабриката на 20—50% (снижается до 1,7—2,8%), а также предо­ ставляется возможность снизить прессовое давление с 26,5—29,4 МПа до 14,7— 17,6 МПа.

Прессовое давление должно быть достаточным для получения высокой механической прочности (1,96—4,90 МПа) сырца и однород­ ной структуры. Чрезмерное давление приводит к расслоению сырца (перепрессовка), в особенности из пластичных глин. При недостаточ­ ном давлении создается рыхлая структура, снижается прочность не только сырца, но и готовых изделий. Изделия, отпрессованные при не­ достаточном давлении, имеют глухой, дребезжащий звук, неморо­ зостойки.

Среднее удельное давление прессования для пластичных глин 7,35—9,80 МПа, тяжелых суглинков 11,76— 14,70 МПа, суглинков,

лессов и лессовидных суглинков 12,74— 14,70 МПа. С повышением влажности пресс-порошка (но не выше 11— 12%) прессовое давление уменьшается примерно на 1,40— 1,96 МПа на каждый процент влаги. Соотношение рекомендуемых предварительного и окончательного дав­ лений от 1 : 3 до 1 : 9— 15. Величина первой ступени давления 1,96— 2,45 МПа. Снижению неравноплотности отпрессованных изделий способствуют: повышение влажности пресс-порошка, введение поверх­ ностно-активных добавок, подогрев пресс-формы. Двухстороннее прес­ сование значительно снижает неравноплотность изделий.

Таблица 7. Характеристика прессов полусухого прессования кирпича

Условия прессования. Прессы для полусухого прессования разде­ ляют по способу передачи прессующих усилий (прессы ударного дей­ ствия, рычажные и гидравлические), по направленности прессовых усилий (прессы одно-и двухстороннего прессования) и по кратности воздействия прессовых усилий (прессы одно- и многоступенчатого, или многократного, прессования).

Сравнительная характеристика наиболее распространенных прес­ сов полусухого прессования приведена в табл. 7.

Наиболее распространены прессы СМ-301 и СМ-301А — рычажные с двухсторонним двухступенчатым прессованием. Они имеют гидрав­ лически регулируемое плавно нарастающее давление. Первая сту­ пень прессования 3,92—6,86 МПа, вторая — 26,95—29,4 МПа. Опти­ мальное соотношение первичного и окончательного давлений состав­

•способствуют порошки с возможно большей однородностью зерен по крупности, повышение влажности и однородности увлажнения порош­ ков, их вакуумирование, отощение грубозернистым отощителем, сни­ жение прессового давления и применение двухстороннего ступенча­ того замедленного прессования.

При образовании з а у с е н и ц по краям сырца в результате из­ носа боковых пластин формы и штампа необходимо сменить облицов­ ку форм.

В ы р ы в ы на поверхности сырца указывают на прилипание мас­ сы к штампу и нижней матрице, что является результатом повышен­ ной влажности порошка и недостаточного обогрева штампа. Устра­ няют этот недостаток улучшением обогрева, уменьшением влажности порошка и систематической очисткой поверхностей штампа и матрицы.

-§ 6. ОТРЕЗКА И ОТБОРКА СЫРЦА

Наиболее часто для отрезки сырца применяют однострунные полуав­ томаты СМ-295, СМ-678А; реже используются многострунные (рота­ ционные) СМ-39 и СМ-87.

Однострунные резательные автоматы при высокой производитель­

■струны простои достигают 5% рабочего времени. В связи с этим в про­ мышленность внедряется практика отреза однострунным автоматом заготовки на 10—27 кирпичей с последующей разрезкой ее на отдельные кирпичи другими автоматами.

Автомат групповой резки СМ-169 разрезает заготовку на 12 кир­ пичей и брус на отдельные кирпичи путем продавлнвания его через ■неподвижную рамку с натянутыми на равном расстоянии струнами. •Работа автомата синхронизирована с работой однострунного автома­ та. Перспективными являются роторные (многострунные) автоматы. Все это позволило поднять уровень механизации на этом участке ра­ боты до 60—65%.

Автоматы-укладчики СМ-1183, СМ-1242, СМ-562А, ГКЗ-1, ГКЗ-2, Арутинова-Антокольского и другие предназначаются для укладки сырца на сушильные вагонетки при полочной сушке в камерных и туннельных сушилках. Автоматы-укладчики выполняют следующие основные операции: подают сушильные рамки (рейки) под загрузку, устанавливают сырец на рамки, группируют рамки с сырцом в пакеты, •грузят рамки с сырцом на сушильные вагонетки. Производительность ■автоматов-укладчиков соответствует производительности прессов. Автомат-укладчик СМ-1107 для укладки сырца на вагонетки туннель­ ных сушилок состоит из резательного аппарата СМ-678А, синхрони­ зирующего устройства с транспортером подачи сушильных рамок, транспортера-ускорителя, неприводного рольганга, двух накопите­ лей-перегружателей (левого и правого), двух механических поворот­ ных кругов и двух реечных толкателей. В отличие от известных кон­ струкций автоматов-укладчиков сырца, в автомате СМ-1107 нет тра­ диционных ступенчатого (шагающего) или цепного транспортера-

укладчика и подъемника-накопителя, что упрощает его конструкцию и повышает надежность. Автомат рассчитан на укладку сушильных рамок с сырцом на сушильные вагонетки любой конструкции, в том числе и на сушильные вагонетки камерных сушилок (количество кон­ солей должно быть увеличено с 5—6 пар до 10). Производительность автомата до 10 тыс. шт. условного кирпича в час. Харьковским КБ «Строммашина» разработан более совершенный автомат-укладчик СМ-1183 для укладки сырца на вагонетки камерных сушил произво­ дительностью до 10 тыс. шт. кирпича в час и др. Созданы автоматыукладчики СМ-1062, СМ-1030 и др.

§ 7. СУШКА

Сушка полуфабриката является одной из важнейших технологических операций, во многом определяющей качество изделий и технико­ экономические показатели производства. В себестоимости кирпича! и керамических камней затраты на сушку составляют 8— 12%.

Процесс сушки характеризуется следующими факторами: изме­ нением температуры полуфабриката, его влагосодержанием, измене­ нием скорости сушки, возникновением усадки и усадочных напряже­ ний, продолжительностью сушки. Регулирование интенсивности испа­ рения влаги в различные периоды сушки, усадки полуфабриката и уса­ дочных напряжений, продолжительности сушки, свойств и скорости движения теплоносителя достигается соответствующим режимом сушки.

Режим сушки — это комплекс мероприятий, предусматривающий минимальное время, необходимое для сушки изделий с учетом их свойств, формы, размеров и особенностей сушильных устройств, а также рациональный подвод тепла к высушенному изделию с минималь­ ными потерями тепла и изделий.

Процесс сушки характеризуется тремя периодами: нагревом, по­ стоянной и падающей скоростями сушки (рис. 39).

П е р в ы й п е р и о д с у ш к и характеризуется ускоренным прогревом массы полуфабриката от начальной температуры до темпе­ ратуры насыщенного теплоносителя (при данном влагосодержании). Температура его соответствует показаниям мокрого термометра, тем­ пература среды — показаниям сухого термометра. С подогревом по­ луфабриката начинается испарение влаги. Влагосодержание полуфаб­ риката изменяется еще незначительно. Относительно высокая порис­ тость материала изделий, значительное количество сильно развитых макроскопических пор и наличие влаги, механически связанной час­ тичками глинистых материалов и елабоудерживаемой в толстых гидратных оболочках глинистых частичек, обусловливают возможность интенсивной сушки в первый период, особенно после отдачи первых 3—5% общего количества имевшейся в изделиях влаги. Скорость суш­ ки является функцией разности парциальных давлений водяных па­ ров на поверхности полуфабриката и в окружающей среде, она скач­ кообразно возрастает от нуля до четко выраженного перелома на кри­ вой скорости, характеризующей окончание первого периода сушки. Начальная скорость сушки не зависит от количества воды в изделии,

■а зависит от температуры, влажности и скорости движения теплоно­ сителя. Скорость сушки равна скорости испарения воды со свободной поверхности изделия. К концу периода устанавливается равновесие между количеством тепла, идущего на нагрев массы полуфабриката, и количеством тепла, расходуемого на испарение влаги.

В т о р о й п е р и о д с у ш к и характеризуется горизонталь­ ным участком на кривой скорости сушки, указывающим на то, что ско­ рость сушки численно равна скорости испарения влаги с поверхности

полуфабриката. Влагосодержание полуфабриката изменяется почти по прямой.

Температура поверхности полуфабриката (кривая III) остается -постоянной, так как основная масса тепла расходуется на испарение влаги. Поверхность изделия остается смоченной влагой, поступающей из внутренних слоев. Период постоянной скорости сушки сохраняет­ ся до тех пор, пока количество испаряющейся с поверхности изделия воды меньше или равно количеству воды, поступающей по капилля­ рам из внутренних слоев под действием диффузионно-осмотических и капиллярных сил.

Интенсивность сушки во втором периоде зависит уже не от скорости ■испарения влаги о поверхности изделия, а от скорости перемещения1 ее из внутренних слоев наружу. При этом влага перемещается в основ­ ном в виде пара и изделие теряет большую часть физико-химической -влаги.

В связи а этим скорость сушки снижается, что фиксируется изломом на кривой сушки в точке К , указывающим на окончание второго пе­

риода еушки. Влажность, соответствующая окончанию второго перио­ да, называется критической для данного материала и при данных па-

раметрах теплоносителя. К концу второго периода влагосодержание поверхности материала выравнивается с его равновесным влагосодержанием, фронт испарения влаги перемещается внутрь материала и начинается третий период сушки.

Т р е т и й п е р и о д характеризуется падающей скоростью суш­ ки и повышением температуры полуфабриката. Интенсивность влаго­ отдачи в этом периоде пропорциональна средней влажности материа­ ла в интервале от критической до конечной влажности.

Третий период сушки можно условно разделить на три части. Пер­ вая характеризуется тем, что лишь наиболее мелкие капилляры по­ дают влагу к поверхностным слоям изделия. Дебет более крупных капилляров слишком мал, и зеркало испарения в этих капиллярах перемещается вглубь материала, сокращается вся поверхность испаре­ ния и скорость сушки.

теля. Зеркало испарения во всех капиллярах передвигается вглубь материала, а возникающий там водяной пар диффундирует через все возрастающую длину капилляров к поверхности.

Третья часть третьего периода сушки наступает тогда, когда наи­ более влажная часть изделий достигает максимальной гигроскопи­ ческой влажности. Температура полуфабриката становится равной температуре сухого термометра. Скорость сушки постепенно снижает­ ся до нуля, причем, в материале устанавливается равновесная влаж­ ность, определяемая главным образом параметрами теплоносителя и сорбционными свойствами массы изделия.

Разность между влажностью материала до сушки и влажностью, соответствующей равновесной, определяется количеством влаги, уда­ ляемой в процессе сушки.

В третьем периоде сушки допускается значительное повышение температуры и скорости теплоносителя. Учитывая, что период про­ грева материала (первый период сушки) сравнительно невелик, его иногда совмещают со вторым периодом и тогда весь процесс сушки делят на период постоянной скорости сушки и период падающей ско­ рости сушки. Влага, удаляемая до наступления равновесия (при дан­ ных параметрах теплоносителя), может быть отнесена к свободной, остальная влага — к связанной.

Сушку изделий прекращают при достижении конечной влажносн- (ЦРК), которая меньше критической (IFKP), но больше или равна равно­ весной влажности (lJ7p) : U?Kp > W K ;> W p.

У пластичных высокодисперсных масс равновесная влажность выше, чем у тощих. При испарении влаги в процессе сушки до уровня ниже равновесной влажности полуфабрикат должен немедленно по­ ступать на обжиг. Несвоевременное поступление полуфабриката на обжиг и пребывание его в условиях, когда ои может увеличить коли­

твердых частичек, сопровождается частичным набуханием частичек глин (сорбционное расклинивание) и возможным снижением прочности полуфабриката. Совмещение процессов сушки и обжига в одном

ентированное положение, воздушная усадка полуфабриката неодина­ кова во взаимно-перпендикулярных направлениях. Неравномерность усадки также возникает в результате разнотолщинности изделий и неодинаковой скорости сушки различных мест изделий.

По мере удаления влаги уменьшается объемная доля воды (рис. 40), заполняющей макрокапилляры и образующей вогнутые мениски

частичек, обусловливающих усадку полуфабриката.

В процессе удаления влаги поток ее не прерывается, хотя скорость сушки постепенно снижается. Усадка происходит до тех пор, пока частички не придут во взаимное соприкосновение. Возникающие при этом силы трения частичек возрастают, и в момент, когда они превысят силы поверхностного натяжения влаги в капиллярах, усадка пре­ кращается. При этом в массе полуфабриката наряду с воздухом, запол­ няющим поры, сохраняется определенное количество влаги, соответ­ ствующее критической влажности высушиваемого материала.

Возникновение напряжений в процессе сушки объясняется нерав­ номерной усадкой материала в результате различных условий для внешней и внутренней диффузии влаги, разноплотности, разнотол­ щинности и анизотропии структуры изделий. Величина внутренних напряжений зависит в основном от свойств и первоначальной влажнос­ ти материала, режима и скорости сушки, вида изделий. Внутренние

напряжения пропорциональны величине усадки. Чем больше перепад влажности поверхностных и внутренних слоев, тем больше усадоч­ ное напряжение. Наибольшая усадка наблюдается в период макси­ мального удаления влаги и развития капиллярных усилий, которые тем выше, чем дисперснее и пластичнее масса, достигающая у пластич­ ных глин до 6,8 МПа, у каолинов до 2,0—2,5 МПа.

Объемная усадка в этом периоде сушки равна количеству испарен­ ной влаги — воды усадки (40—50% общего количества воды затвер­ дения).

Дальнейшее удаление влаги (третий период сушки) сопровождает­ ся незначительной усадкой, с прекращением усадки, то есть при до­ стижении критической влажности, сушка полуфабриката протекает без уменьшения его объема, так как частички массы вошли в плотный контакт друг G другом, образуя прочный каркас. В момент прекра­ щения усадки изделие наиболее чувствительно к образованию сушиль­ ного брака.

Удаление влаги при постоянном объеме изделий вызывает образо­ вание пор. Эта влага называется водой пор (для пластичных масс 10— 18%). Количество усадочной воды зависит от первоначальной влаж­ ности массы, в то время, как вода пор является величиной постоян­ ной для данной массы. Линейная воздушная усадка с увеличением количества воды затворения на 1% возрастает на 0,3—0,7%. Усадка также возрастает с повышением тонины помола массы.

Воздушная усадка полуфабриката начинается в местах интенсив­ ной влагоотдачи, то есть с его поверхности. Усадка поверхностных слоев при влажных внутренних слоях сопровождается образованием в них растягивающих усилий. Давление сжимающих поверхностных слоев вызывает сжатие внутренних слоев. Пока масса полуфабриката сохраняет пластические свойства, растягивающие усилия в поверх­ ностном слое компенсируются пластическими деформациями. Если растягивающие усилия превысят прочность, на полуфабрикате об­ разуются поверхностные трещины, что чаще наблюдается в начале сушки.

С перемещением зеркала испарения влаги внутрь массы изделия происходят изменения усадочных напряжений; в поверхностном проч­ ном слое возникают сжимающие усилия, во внутреннем, стремящемся к сокращению объема,— растягивающие (в силу прочных связей внут­ ренних и поверхностных слоев). Это иногда приводит к образованию внутренних трещин, что обычно наблюдается в третьем периоде сушки. С прекращением усадки ослабевают внутренние напряжения и дальней­ шее удаление влаги не вызывает деформаций полуфабриката.

При неравномерной сушке в различных сторонах полуфабриката возможно его коробление. При скорости сушки, превышающей допус­ тимую для данной массы, в высушенном полуфабрикате могут со­ храняться остаточные напряжения, придающие ему хрупкость.

Величина воздушной усадки, зависящая от свойств массы и опре­ деляющая чувствительность ее к сушке, должна быть минималь­ ной. Повышенная усадка массы сопровождается деформацией, появ­ лением трещин, увеличением остаточных напряжений, придающих

хрупкость высушенному полуфабрикату. Усадка, как и величина усадочных напряжений, регулируется вводом различных добавок (отощающих и др.), изменяющих условия внутренней и внешней диффузии влаги.

Регулирование внутренней диффузии влаги в полуфабрикате достигается согласованными действиями по двум направлениям: замедлением внешней диффузии путем изменения температуры, относи­ тельной влажности и скорости теплоносителя, а также использовани­ ем влагозадерживающих покрытий сырца и увеличением внутренней

лентным катионом (Са2+ и др.), что снижает формовочную влажность массы, вызывает коагуляцию глинистых частичек, способствует ук­ рупнению капилляров, освобождая их от взвешенных частичек, что улучшает влагопроводимость материала и снижает воздушную усад­ ку. Вакуумирование массы также способствует уменьшению усадки при сушке. Снижение воздушной усадки массы приобретает особую актуальность в условиях автоматизированного производства, ввиду более жестких условий тепловой обработки изделий (повышение тем­ пературы и снижение длительности сушки).

Продолжительность сушки изделий зависит от физико-техноло­ гических свойств массы, начальной и конечной температуры полуфаб­ риката и теплоносителя, относительной влажности теплоносителя, размера,' вида и конфигурации изделий, температурного режима, конструктивных особенностей сушильных устройств. Продолжитель­ ность сушки изделий колеблется от 10—30 мин до 80 ч в искусствен­ ных и до 2—20 суток в естественных сушилках.

Безопасной скоростной сушкой считается такая, при которой ско­ рость испарения влаги не превышает 4 кг/(ма ч). Сушка изделий облегчается при правильной конструкции изделия, учитывающей наи­ лучшее соотношение между массой изделия и его поверхностью испа­ рения. Этому требованию наиболее полно удовлетворяют керамиче­ ские пустотелые камни с пустотностыо более 50% и максимальной толщиной стенок 12— 15 мм.

Продолжительность сушки может быть сокращена, особенно в первом периоде за счет добавки в массу отощающих материалов и во втором периоде за счет повышения температуры и скорости теплоно­ сителя. Большое влияние на длительность сушки оказывает своевре­ менное и полное удаление паров воды с поверхности изделия. Теорети­ чески удвоение скорости теплоносителя у поверхности изделия увели­ чивает скорость сушки на 75%. Это частично достигается при установке циркуляционных вентиляторов и особенно инжекционных форсу­ нок (сопел).

Использование части отработанного теплоносителя (рециркулята) или добавочное увлажнение его (при работе только на калорифе­ рах), а также сушка полуфабриката большими объемами теплоносите­ ля сокращают продолжительность второго периода сушки. Сокра­ щения третьего периода сушки достигают повышением температуры теплоносителя.