книги / Технология строительной керамики

В местах нарушения структуры (плоскости скольжения) наблю­ дается концентрация глинистых частичек и солей, содержащихся в глине. Зерен кварца и других минералов здесь почти нет. Это объяс­ няет различие в химическом составе и физико-механических свойствах нарушенного слоя и основной массы. Последствия такого расслоения, выходящего из пресса глиняного бруса, проявляются при сушке я обжиге в виде круговых и S-образных трещин.

Машинное формование кирпича и керамических камней осущест­ вляется прессами различных конструкций.

Шнековые (ленточные) прессы остаются до настоящего времен» основными формующими машинами, поскольку материал в них не только транспортируется и уплотняется, но также интен­ сивно проминается и гомогени­ зируется.

Ленточные прессы бывают безвакуумные (СМ-58, СМ-294) и вакуумные (СМ-1098, СМК-133, СМК.-168, СМ-28А). Производи­ тельность ленточных прессов от 4 до 20 тыс. штук в час, потреб­ ляемая мощность соответственно 55 и 150 кВт.

Безвакуумные прессы еще

шенные в процессе эксплуатации.

широко используются при фор­ мовании полнотелого кирпича, хотя повсеместно заменяются ваку­

умными прессами. Основными узлами пресса являются: корпус, шне­ ковый механизм, привод, головка и мундштук.

К о р п у с пресса бывает цилиндрический, конический и ступен­ чатый. Отношение площади поперечного сечения корпуса пресса и кир­ пича-сырца должно быть не более 6, что соответствует диаметру корпу­ са пресса 500 мм, и не менее 2, что соответствует диаметру 300 мм. Пресс- с корпусом диаметром более 500 мм должен иметь двухмундштуковук> головку. При формовании изделий сложной формы (например, керами­ ческих камней) площадь сечения корпуса должна быть больше площади сечения изделия (за вычетом пустот) в 1,2— 1,5 (коэффициент уплотне­ ния массы). При использовании высокопластичных, вязких глин в производстве керамических камней применяются прессы с удлинен­ ным корпусом (750 мм), что обеспечивает дополнительную перера­ ботку и лучшее уплотнение массы в прессе. Тощие глины хорошо уп­ лотняются и формуются на прессах с короткими корпусами (600— 650 мм).

Для того чтобы не допустить проворачивания массы в корпусе-

мают форму, которая наиболее полно отвечает их назначению (рис. 34, 6 ) . Скорость выхода глиняного бруса при правильной установке

контрножей повышается на 10— 15% по сравнению со скоростью выхо­ да бруса без контрножей.

К-' Ш н е к о в ы й м е х а н и з м пресса выполняет три функции: транспортирование, уплотнение и продавливание массы через головку и мундштук пресса. Основным органом этого механизма является шнек, витки которого выполняют каждую из этих функций. Уплотняющая часть шнека занимает 1,5—2 витка от общей его длины. Выравнивающее пространство — это пространство от выпарной головки до начала мунд­ штука. Производительная работа пресса и устранение такого дефекта

в его работе, как поворачивание и перегрев массы (более 4—6° С), достигается подбором оптимального шага шнека.

При формовании изделия из жестких, вакуумированных, мало •сжимаемых масс целесообразнее применять шнек постоянного диамет­ ра и шага. При длине шнека, равной 4—6 его диаметрам, обеспечи­ вается достаточное давление формования при наименьшем структурообразовании в сырце. Для формования трудноуплотняющихся глин щелесообразно шнековый вал делать с разрывами между лопастями, с небольшим шагом лопастей и наклоном их вперед. Глины, которые •легко и равномерно уплотняются, формуются на прессах с непрерыв­ ным шнековым валом, имеющим 3,5—4,5 витка с увеличенным углом ^наклона однозаходных лопастей вперед до 30°.

Регулируя работу шнека пресса, стремятся к тому, чтобы опти­ мальное давление (сжатие) для уплотнения массы было у пластичных глин 0,2—0,3 МПа, у малопластичных — до 0,8—0,9 МПа (для большин­ ства глин 0,5—0,6 МПа). Кривая распределения величины давления по длине шнека приведена на рис. 35. L , L lt L2, L z и L4 соответственно

рабочие участки пресса: выравнивающие, выпарной головки, контр­ ножей, уплотняющая и собирательные участки.

Скорость движения глиняного бруса 7—7,5 м/мин и может быть, доведена до 17—21 м/мин у прессов производительностью 15— 18 тыс. шт. условного кирпича в час. Рабочая длина шнека, обеспечивающая нор­ мальную работу пресса, должна быть равной 5—6 виткам шнека. При формовании керамических камней сложного профиля применяют шнековый вал с двухзаходными лопастями. Зазор между лопастями шнека и корпусом пресса не должен превышать 3 мм, иначе возможнообратное движение массы в корпусе пресса и снижение его произво­ дительности. При формовании эффективных керамических камней зазоруменьшают до 2 мм.

Скорость вращения шнекового вала составляет 18—50 об/мин. Ско­ рость вращения вала шнека пресса, обеспечивающая максимальнуюпроизводительность его при влажности массы 18, 21 и 23%, соответ­ ственно будет 24,40 и 50 об/мин. При формовании изделий из упругих глин, значительно расширяющихся после выхода из мундштука, валу придают меньшую частоту вращения. Производительность пресса увеличивается пропорционально радиусу шнека в третьей степени.

В шнековых прессах масса частично гомогенизируется. Степеньгомогенизации распределяется следующим образом, %: в открытом смесителе — 20; двухвальном смесителе пресса — 40; ножевом уст­ ройстве и вакуум-прессе — 20, в мундштуке — 20.

~ Особенностью пластического формования кирпича и керамических камней на ленточных шнековых прессах, кроме нарушения сплошно­ сти в осевом направлении, является пульсирующая подача массы к. головке пресса. Характер движения глиняной массы в загрузочной, средней и выпарной частях пресса неодинаковый. В приемной част» пресса разрыхленная масса, захваченная лопастями, заполняет прос­ транство между витками шнека не более чем на 30—40%. Глина распо­ лагается в основном у фронтальной части лопастей и совершает сложное движение по спирали с одновременным вращением вокруг оси. Тыль­ ная сторона лопастей почти всегда свободна.

По мере продвижения к средней части корпуса пресса вращение вокруг спиральной оси уменьшается и далее полностью прекращает­ ся, масса уплотняется в результате заполнения объема между вит­ ками. Движение массы наибольшее у внутренней поверхности корпу­ са пресса, наименьшее — у ступицы шнека, что также вызывает рас­ слоение ее и образование текстуры (рис. 36). Масса, находящаясямежду ступицей и витком шнека, которые образуют прямой угол, оставаясь неподвижной относительно шнека, проворачивается вместе с ним, уменьшая тем самым производительность пресса. Уменьшеншо проворачивания массы способствует шлифовка ступицы и наваренных мест лопасти.

Выпорная часть шнека выдает массу в головку пресса в виде одно-, двух- и трехзаходных спиралей в зависимости от конструкции выпорной лопасти. Выпорная лопасть придает пульсирующее движение массе: однозаходная — наибольшее, трехзаходная — наименьшее.

Г о л о в к а п р е с с а , в которой уплотняется масса, бывает ко­ мической, цилиндрической или плоской, в виде плиты.У конической головки пресса площадь выходного отверстия в 2—4 раза меньше, •чем входного, что при незначительной длине создает достаточный уклон внутренних плоскостей для уплотнения массы. Считается, что длина прессовой головки должна составлять от 66 до 80% диаметра

а

Рис. 36. Распределение квазиизотропных колец для вакуумных прессов:

а — «Кема», РУ-45; 6 — «Дорст».

шнека (иногда до 150%). Поперечное сечение входа в головку пресса должно в 1,5—2 раза превышать сечение мундштука. В прессах про­ изводительностью 16 000— 18 000 штук кирпича в час (фирма «НепсНе», •ФРГ) допустимое усилие прессования составляет 8— 10 МПа. В обыч­ ных прессах при формовании изделий из пластичных (19—27% влаж­ ности), полужестких (15—20) и жестких масс (12— 16%) давление прес­ сования соответственно 0,4— 1,4, 1,4—2,2 и 2,5—4,5 МПа.

При формовании изделий из тощих глин длина прессовой головки ■бывает до 300 мм, а при использовании пластичных глин, особенно в производстве керамических камней,— до 200 мм. Для формования крупноразмерных керамических камней применяют прессовую головку, расширяющуюся в сторону мундштука. Если в производстве исполь­ зуют легкоформующиеся глины, коническую прессовую головку заме­

размеров, формы и дополнительного уплотнения глиняного бруса. Конструкция мундштука определяется свойствами сырья и видом •формуемых изделий. Мундштуки бывают металлические, реже деревян­ ные. Уклон стенок: верхней — 12— 15%, нижней — 10— 12%. Уклон боковых стенок должен быть в 2—2,3 раза больше уклона верхней й яижней стоек. При расчете размеров мундштуков учитывают общую

усадку изделий и возможность глиняного бруса увеличиваться при вы­ ходе из мундштука на 1,2— 1,8%.

Мундштуки, соответствующие структурно-механическим свойст­ вам глин, способствуют повышению производительности прессов на 7— 10% и снижению расхода электроэнергии на 12— 15%. В себестои­ мости кирпича стоимость электроэнергии составляет около 6%. При формовании на проталкивание массы через мундштук расходуется 20—50% мощности пресса.

Рис. 37. Ленточный пресс СМК-168:

дуктор привода смесителя.

При использовании в производстве глии, чувствительных к сушке, рекомендуется мундштук орошать не водой, а смесью из отработанных масел (например, автола с керосином) — 0,3 л на 1000 штук условного кирпича, нефте-известковой эмульсии (3 части нефти и 1,5 части из­ весткового молока) и др. Расход нефте-известковой эмульсии — 3 л на 1000 шт. условного кирпича. Выход бездефектного кирпича повыша­ ется в 3—4 раза, а марка кирпича — на один порядок. Длина мундшту­ ка для малопластичных глин 220—300 мм, для среднепластичных 200—260 мм, для высокопластичных 160—260 мм. Внутри мундштуки имеют наборную «чешую», что позволяет орошать их. У мундштуков для формования дырчатого кирпича и керамических камней длина 60— 100 мм с малым уклоном поверхностей. Эти мундштуки не орошают­ ся. При изготовлении мундштуков для формования многопустотных керамических камней необходимо максимально снижать лобовое сопрбтивление массы, создаваемое траверсой мундштука, так как это сопро­ тивление в 3—5 раз больше бокового трения. Для продления срока службы кернов рекомендуется изготовлять их из корунда или карбида

вольфрама, а также из высокоглиноземистой керамики, что обеспечи­ вает выпуск не менее 25—30 млн. штук кирпича (в 4—8 раз больше металлических).

Представляют интерес мундштуки с керамической облицовкой, используемые на заводе «7 November» (Румыния). Керамические плиты из спекшегося оксида алюминия изготовляют с учетом первого (биск­ витного) обжига, механической обработки до заданных размеров с уче­ том усадки и окончательного обжига. Плиты монтируются в мундшту­ ке при помощи клиньев в форме «ласточкина хвоста» и замазки. Мундштуки не орошаются. Износ обнаруживается после изготовления 30 млн. штук кирпича. Качество поверхности глиняного бруса хоро­ шее, расход глины сокращается на 5—8%.

В настоящее время изготавливаются нейлоновые мундштуки, обладающие высокой устойчивостью к истиранию. Масса такого мундштука около 7 кг, в то время как металлического — 50 кг. Мунд­ штуки имеют гладкую поверхность и не требуют орошения.

За последние годы проведены большие работы у нас и за рубе­ жом по созданию более совершенных и производительных шнековых

самостоятельных агрегатов — безвакуумного пресса и смесителя. Каждый агрегат имеет самостоятельный привод. При установке сме­ сителя на безвакуумный пресс образуется закрытая вакуум-камера, что создает условия для вакуумирования перерабатываемой массы. Смеситель может быть установлен параллельно оси шнекового вала или

шнековый участки. На лопастной ветке закреплены лопатки, располо­ женные по винтовой линии, на шнековом — конический шнек с гори­ зонтальным разъемом. При помощи фланца смеситель соединяется с корпусом пресса для получения вакуум-пресса. Смеситель оборудован устройством для пароувлажнения массы.

Безвакуумный пресс (без смесителя) может эксплуатироваться как самостоятельный агрегат, если глина не требует вакуумной обра­ ботки. В этом случае над прессом устанавливается обычная глиноме­ шалка.

Благодаря увеличенной мощности привода пресс СМК-168 можно использовать для формования как полнотелых, так и пустотелых кирпичей и крупногабаритных камней из масс с пониженной (до 16%) формовочной влажностью. В отличие от ручного управления муфтой в серийных прессах СМК-443А и СМ-294 в прессе СМК-168 управле­ ние — дистанционное, при помощи специального механизма «электро­ винт». Пресс оборудован датчиком давления массы, установленным в головке цилиндра пресса.

В вакуум-камере пресса установлен специальный уровнемер, исключающий возможность переполнения вакуум-камеры глиномассой. Электронный вакуумметр автоматически отключает привод прес­ са, если вакуум снижается ниже заданного.

Техническая характеристика ленточных шнековых прессов, наибо­ лее широко применяемых на заводах, приведена в табл. 6.

Пресс СМК-133 имеет двухвальный смеситель с паропрогревом, два питательных валка, датчик давления массы в головке пресса, элек-

Таблица 6. Техническая характеристика ленточных шнековых прессов

систему регулирования влажности массы, дистанционное управление и другие усовершенствования.

Итальянская фирма «Бонджиани» создала ленточный комбиниро­ ванный вакуум-пресс. Он может работать на массах с влажностью 13%; высоко производительный (15—20 тыс. шт. кирпича в час); имеет две поворотные прессовые головки, из которых одна рабочая, а дру­ гая резервная, что дает возможность быстро перестраивать его на фор­ мование других изделий, а также быстро вводить в работу резервный мундштук. Пресс снабжен устройствами для контроля давления, раз­ виваемого прессом, контроля н регулирования температуры бруса.

двухвальная глиномялка пресса может располагаться соосно или перпендикулярно к нему. Диаметр корпуса пресса 500 и 600 мм. Мощ­ ность приводов пресса около 370—440 кВт (без вакуум-насоса). При пониженной влажности давление формования достигает до 20 МПа» Другой комбинированный вакуум-пресс для горизонтального лен­ точного формования керамических изделий (труб и керамических камней) разработан английской фирмой «Фоссет». Этот пресс также

предназначен для формования изделий из «жестких» масс с влажностью 12— 13%. Производительность пресса 10— 12 тыс. шт. кирпича в час. Мощность приводов — около 240 кВт.

Пресс фирмы «Фоссет» имеет две поворотных прессовых головки. В отличие от обычного способа крепления прессовой головки к корпу­ су пресса (болты проходят через отверстия во фланце пресса и во фланце головки), в прессе «Фоссет», как и в прессе «Бонджиани», две головки с каждой стороны корпуса укреплены на боковых вертикаль­ ных шарнирах и могут вращаться вокруг вертикальной оси. Вся опе­ рация по смене головки занимает 2—3 мин.

В Англии создан вакуум-пресс типа PZVM, развивающий давле­ ние прессования до 10 МПа. Основным составным элементом машины является двухвальный смеситель со специальной конструкцией режу­ щих ножей. В нем достигаются удаление воздуха и гомогенизация мате­ риала. Производительность пресса до 20 тыс. шт. кирпича в час. Особен­ ность вакуум-пресса — формование изделий из масс с пониженной влаж­ ностью, что позволяет снизить до минимума структурообразование.

Американская фирма «Ram» разработала технологию и создала гидравлический пресс для прессования широкой номенклатуры из­ делий из пластичной массы. Пресс имеет мощность 90 т и развивает удельное давление до 211 МПа. Скорость прессования — 0,02 м/с при 5—6 циклах прессования в минуту.

Брак и его причины при формовании. Наличие в изломе сырца от­ дельных п р о с л о е к или включений непроработанной глины, а также мелких камней и других примесей свидетельствует о недостаточной переработке глины (выработка валков вальцов тонкого помола).

Н а д р ы в ы на углах и на поверхности глиняного бруса на выхо­ де из мундштука указывают на неудовлетворительное орошение и за­ сорение мундштука, на его износ.

Частые обрывы режущей проволоки и ш е р о х о в а т ы й срез указывают на засорение массы корнями растений и на необходимость

при большом проворачивании массы в корпусе и недостаточном увлаж­ нении ее.

Нарушение п р а в и л ь н о й ф о р м ы сырца (косой срез, вол­ нистость) объясняется неправильной резкой или смещением резатель­ ного станка относительно оси пресса или ослаблением резательной проволоки.

С т р у к т у р н ы е трещины в сырце в виде S-образных или круго­ вых наслоений («свили») являются результатом неправильного режи­ ма формования и несоблюдения оптимальных параметров массы. Важ­ нейшими мероприятиями для устранения дефектов формования явля­ ются: совершенствование головки пресса и мундштука изменением их длины и сечения, установкой тормозных устройств и др. После замены

применения вибрирующих решеток, головок, стенок мундштука умень­ шает образование свилеватости в глиняном брусе, хотя полностью и не устраняет ее, повышает текучесть массы при формовании за счет уменьшения сил внутреннего трения (в результате ослабления связи воды с твердыми частичками) при одновременном снижении влажности массы. Разжиженная масса при проходе через мундштук лучше уплот­ няется.

Как показали исследования ВНИИСтрома, наиболее интенсивно структура разрушается в первые 10— 11 с и практически совпадает с временем пребывания массы в головке и мундштуке. Процесс разру­ шения структуры под действием вибрационных нагрузок протекает различно для глин, отличающихся по числу пластичности. Для глин малопластичных этот процесс происходит более интенсивно, чем для глии умеренно- и среднепластичных. С увеличением интенсивности вибрации процесс разрушения структуры усиливается. При частотах 3000—5000 кол/мин и амплитуде >• 0,6—0,8 мм наблюдается наиболь­ шее разрушение структуры. Для глин повышенной пластичности ви­ брация мало снижает влажность. Для глин умеренно пластичных эффект вибрации усиливается, и наибольший эффект наблюдается при влаж­ ности на 2—3% ниже формовочной. Для глин малопластичных (лес­ совидный суглинок) снижение влажности влияет на эффект вибрации также, как и при формовочной влажности.

Паровое увлажнение глины увеличивает способность массы вос­ станавливать прежнюю структуру и уменьшает образование свиле­ ватости.

§ 5. ПОЛУСУХОЕ ПРЕССОВАНИЕ

Особенности полусухого прессования. Полусухое прессование изде­ лий имеет ряд преимуществ перед пластическим формованием: устра­ няется длительный и сложный процесс сушки сырца, длительность про­ изводственного цикла сокращается почти в 2 раза, изделия имеют правильную форму и более точные размеры; они дают значительно меньшую усадку при обжиге. В производстве используются тощие глины, а также в больших количествах добавки — зола, шлак и др. Структурно-механические свойства изделий формируются в период уплотнения пресс-порошка и закрепляются при обжиге. Уплотнение порошкообразной массы при прессовании сопряжено с преодолением сил внутреннего трения между частицами и необходимостью удаления воздуха, который препятствует уплотнению и связыванию части при относительно малой влажности массы.

Уплотнение пресс-порошков сопровождается физико-химическими процессами, в которых участвует вся система: твердая фаза (минераль­ ные частицы), жидкая (вода) и газообразная (воздух). В начальной стадии прессования твердые частицы перемещаются в разных направ­ лениях, разрушаются крупные поры и арки (мостики), образовавшиеся из зерен в момент заполнения формы, частично удаляется воздух. Уве­ личивается контактная поверхность между зернами порошка.

С повышением давления происходит дальнейшее уплотнение частин и деформация их (пластическая, хрупкая, упругая). Влага с гли­ нистыми коллоидами с глубинных слоев выжимается на контактную поверхность частиц, цементируя их. В местах контакта зерен проис­ ходят необратимые деформации. При этом воздух, не успевший уда­ литься, защемляется между зернами порошка и сжимается. При даль­ нейшем уплотнении порошка перемещение зерен происходит по их увеличенным контактным поверхностям, имеющим водные пленки; возможно частичное разрушение поверхности зерен в местах выступов (неровностей на углах). Упругое сжатие воздуха нарастает, и наступает упругая деформация тонких удлиненных частиц, пропорциональная действующим напряжениям. На последней стадии прессования изде­ лие наиболее уплотняется вследствие дальнейшего развития контакт­ ных поверхностей. При уплотнении порошков эти процессы протека­ ют быстро, они как бы накладываются друг на друга, что существенно затрудняет их регулирование. Качество прессования изделий зависит от свойства порошка, режима прессования, условий приложения дав­ ления и его величины.

Зерна порошков представляют собой агрегаты из первичных частиц глинистых минералов. От их формы, размера и соотношения зерен раз­ личных фракций зависит плотность упаковки, определяющая важнейшие свойства готорых изделий — пористость, прочность, морозостойкость.

Правильный подбор зернового состава обеспечивает минимальное содержание воздуха в порошке (обычно до 30%), наименьшую объем­ ную массу изделий при наивысшей их прочности и достаточной моро­ зостойкости. Поверхностно-активные добавки повышают плотность изделий в момент максимального сжатия и уменьшают упругое рас­ ширение после снятия давления.

Сыпучесть (подвижность) порошков определяет способность их быстро заполнять формы различной конфигурации. Она зависит от зернового состава, формы зерен, объемной массы, наличия в порошке пластифицирующих добавок, влажности, содержания пыли, шерохо­ ватости поверхности зерен и сил сцепления.

При повышенном содержании крупных зерен, наличии зерен ша­ мота или песка порошок становится более сыпучим, из него легче уда­ ляется воздух при прессовании, порошок уплотняется более равно­ мерно, но при этом требуется повышенное давление. Не все фракции порошка ведут себя одинаково. Зерна размером 0,75 мм текут мед­ леннее зерен размером 0,5 или 0,2 мм. Зерна размером меньше 0,2 мм

вязкость и уменьшает подвижность порошков, затрудняет прессование ввиду медленного удаления воздуха, увеличивает неравномерность уплотнения и объемную массу, а также возможность расслоения изде­ лий (появляются трещины). Окатанные зерна подвижнее острогранных. Влага снижает подвижность порошка. С повышением плотности зерен подвижность порошка увеличивается. Угол естественного откоса для керамических порошков — 25—45° (чаще 30—40°).