Приготовление порошкообразной массы

Порошкообразные керамические массы представляют собой высококонцентрированные дисперсные системы, состоящие из твердой, жидкой и газообразной фаз. Ха­рактерные особенности таких масс — незначительное со­держание жидкой фазы, влажность всего 6—12%, м'а­лая связность и высокая сыпучесть. Используют порош­кообразные массы для изготовления изделий способом полусухого и гидростатического прессования или приго­товления пластичной массьг при централизованном при­готовлении массы.

Пресс-порошки должны удовлетворять требованиям, определяемым особенностями полусухого способа изго­товления изделий.

Зерна порошков представляют собой агрегаты из ча­стиц глинистых минералов или компонентов массы. От их формы, размера и соотношения зерен различных фракций зависит плотность упаковки при прессовании, определяющая важнейшие свойства готовых изделий — пористость, прочность, морозостойкость.

Правильный подбор зернового состава обеспечивает минимальное содержание воздуха в порошке — обычно до 30%, наименьшую среднюю плотность изделий при наивысшей их прочности и достаточной морозостой­кости.

Сыпучесть (подвижность) порошков определяет спо­собность их быстро заполнять формы различной конфи­гурации. Она зависит от зернового состава, формы зер­на, средней плотности, наличия в порошке пластифици­рующих добавок, влажности, содержания пыли, шеро­ховатости поверхности зерен и сил сцепления. При по­вышенном содержании крупных зерен, наличии зерен шамота или песка порошок становится более сыпучим, из него легче удаляется воздух при прессовании, поро-, шок уплотняется более равномерно, но при этом тре­буется повышенное давление. Тонкие фракции увеличи­вают вязкость и уменьшают подвижность порошков, за­трудняют прессование ввиду медленного удаления воз­духа, увеличивают неравномерность уплотнения и сред­нюю плотность, а также возможность расслоения изде­лий — появление трещин. Окатанные зерна подвижнее острогранных. С повышением плотности зерен подвиж­ность порошка увеличивается. Угол естественного отко­са для керамических порошков 25—45°, но он достига­ет чаще 30—40°.

Влага снижает подвижность порошка. Влажность порошка обычно варьируется от 6 до 12%. Создавая водные пленки на поверхности зерен, влага в наиболь­шей мере проявляет роль связки при условии равно­мерного распределения ее в массе порошка. Влага уменьшает силы внутреннего трения при прессований, способствует большему сцеплению частиц и уплотнению порошка, снижает прессовое давление, повышает каче-ство прессовок и готовых изделий.

При прессовании изделий из неравномерно увлаж­ненного порошка создается рыхлая, неоднородная структура и на поверхности изделий возникают мелкие трещины. 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 отпрессованных изделиях, что приводит к возникновению внутренних напряжений, образованию трещин и рыхлой структуры. Завершению процессов набухания способствует прогрев пресс-порошка паром до 70—90° С. Считается, что на­грев массы при прессовании на каждые 10° С равноце­нен повышению её влажности на 1%. Каждому значе­нию оптимальной влажности пресс-порошка должна соответствовать определенная величина прессового дав­ления.

При шликерной подготовке массы пресс-порошок получают путем обезвоживания суспензии в распыли­тельной сушилке (рис. 28).

В зависимости от конструкции распыляющих уст­ройств распылительные сушилки разделяются на три типа: с центробежной форсункой (диском), струйно-распылительные (с соплами) и фонтанные. По направ­лению движения теплоносителя и высушиваемого ма­териала сушилки бывают прямоточные, противоточные и комбинированные.

В сушилках первого типа суспензия распыляется бы-стровращающимся распылительным диском. Теплоноси­тель— горячий воздух подается в башню сверху или снизу, или и сверху и снизу. Порошок скапливается в нижней конусной части башни. В сушилках второго ти­па суспензия распыляется в верхней части башни гид­равлической форсункой, работающей под давлением. Теплоноситель проходит через сушилку сверху вниз в одном направлении с высушенным материалом. В су­шилках третьего типа суспензия распыляется гидравли­ческой форсункой в нижней части башни, образуя «фон­тан». Теплоноситель подается сверху.

В противоточных сушилках получают более крупно­зернистые порошки, чем в прямоточных, и с меньшим

содержанием пыли. Наиболее крупнозернистый порошок получают в фонтанных сушилках.

На заводах строительной керамики используют рас­пылительные сушилки с нижней подачей шликера кон­струкции Минского комбината строительных материа­лов (рис. Ц9), ПКБ НИИСтройкерамики и Гипроетрой-материалов. Высота и диаметр башии распылительной сушилки Минского стройкомбината составляют 16 и

и, сушилки ПКБ НИИСтройкерамики 8 и 4, 5 м. В су­шилке Минского етройкомбината суспензия распыляет­ся при помощи одной механической форсунки диамет­ром 7, 5 мм, в сушилке ПКБ НИИСтройкерамики — 6—

форсунок диаметром 2—3 мм, расположенных в пере­крытии башни.

Влажность суспензии, подаваемой на сушку, обычно 43—48%. Давление распыления в сушилке Минского

комбината достигает 2, 8 МПа, в сушилке ПКБ НИИ­Стройкерамики 1—1, 5 МПа, в сушилке Гипростройма-териалов 1, 2—1, 4 МПа.

Удельная затрата электроэнергии при пневматиче-сквм способе распыления суспензии в 2, 5—3 раза боль­ше, чем при распылении диском, однако он обеспечи­вает более узкий регулируемый факел распыления по сравнению с распылением диском, что является его несомненным достоинством. При распылении суспензии в рабочей камере сушилки осаждается 98—99, 5% вы­сушенного порошка и лишь 2—0, 5% частиц размером менее 60 мкм уносится и улавливается в пылеуловите­лях. Температура теплоносителя, подаваемого в камеру, 400—800° С, продолжительность сушки до 30 с. Произ­водительность распылительных сушилок колеблется от 1, 5 до 12 т/ч порошка. Температура порошка на выходе из сушилки равна 50—60° С, влажность 6—8, 5%.

Экономичность работы распылительных сушилок за­висит главным образом-от содержания сухого вещества в водной суспензии. Зависимость количества испарен­ной воды от содержания сухого вещества в суспензии показана на рис. 30.

Расход воздуха на сушку зависит от его температу­ры и относительной влажности на выходе из сушилки. Зависимость удельного расхода воздуха (кг) на 1 кг испаренной воды от температуры воздуха, подаваемого в сушилку, и удельный расход теплоты показаны на рис. 31. Расход условного топлива равен 3—3, 3 кг/кг испаренной влаги, электроэнергии 10—20 кВт-ч на 1 кг порошка при конечной влажности порошка 6%.

. Успешное использование распылительных сушилок в производстве строительной керамики создало условия для организации централизованного приготовления фар­форовых масс в производстве изделий бытового назна­чения.

Централизованное приготовление массы возможно двумя путями. Пластичную массу и шликер готовят на заводе и поставляют их расположенным вблизи фарфо­ровым заводам или же пластичную массу и литьевой шликер готовят на заводах —> изготовителях изделий (независимо от места их расположения) из пресс-по­рошка.

Централизованное приготовление массы позволяет стабилизировать химический и гранулометрический со­

стай массы, ее влажность и технологические свойства, снизить в 3—4 раза стоимость приготовления массы, высвободить производственные площади цехов заводов и создать условия для автоматизированного производ­ства фарфоровых и фаянсовых изделий по всему техно­логическому циклу. Централизованное приготовление массы и шликеров способствует экономии сырья, позво­ляет унифицировать составы масс и шликеров на мно­гих заводах, снизить отходы и повысить качество изде­лий. Высокая однородность и стабильность свойств по­рошков, сохраняющиеся при транспортировании и дли­тельном хранении, облегчают их использование для приготовления пластичных масс и шликеров в центра­лизованном порядке для крупных экономических райо­нов страны.

Впервые централизованное приготовление фарфоро­вой массы из тонкомолотого сырья осуществлено на фабрике фирмы «Лоренц Хюттенрейтер» (г. Зельб, ФРГ, рис. 32).

Предварительно подготовленные каолин, полевой шпат и бой изделий с размером частиц 60—90 мкм по­ступают на фабрику в силосных тележках 3, рельсовых вагонетках 2, вагонах 4 и самосвалах 5. Каолин по­дается непосредственно через бункер 7 и элеватор 8 в силос 9 или ячеистоколесный питатель 10. Тонкомоло­тый пегматит и бой изделий поступают соответственно в бункеры 12 и 13. Вся система герметична. Над бун­керами установлены фильтры с моторным отсосом 6.

Каолин из силоса 9 пневмоподатчиком // толчкового типа с встроенными в него весами подается в приемный силос 26. Сжатый воздух поступает от компрессорной установки /, отработанный воздух удаляется через пы-лесборник 28. Давление воздуха в трубопроводе состав­ляет примерно 0, 6 МПа, скорость воздуха —10 м/с. Бой изделий из бункера 12 по конвейеру 14 и пегматит из бункера 13 через затвор 15 поступают попеременно в пневмоподатчики // и далее в силосы. Каолин из при­емного силоса 26 через поворотный распределитель 27, оборудованный весами, подается в секторные силосы 30 для хранения. Двенадцать секторных силосов для кар. лина, пегматита, боя изделий и других материалов вме­стимостью 180 т каждый расположены в центральной башне секторообразно вокруг центрального силоса 29, основного силоса для пегматита вместимостью 1000 т, поднятого над уровнем пола на 45 м. Два силоса из двенадцати используются для пегматита особой грану­лометрии и для боя изделий. Спускные конусы каоли­новых силосов оборудованы вибраторами 31.

Конусы пегматитового и шамотного (бой изделий) силосов оборудованы воздушными рыхлителями. Мате­риалы из секторных силосов 25 и 30 по дозировочным ленточным волнисто-пластинчатым. герметизированным конвейерам 24 и 32 подаются на центральные весы 23. Из центрального силоса 29 пегматит поступает непо­средственно на весы. Центральные весы вместимостью 3 т помимо вибрационного механизма оборудованы ней­тронным измерителем влажности 22. На выходе из весо­вого резервуара расположен электронный распредели­тельный механизм — питатель 21, который направляет материал в одну из двенадцати спускных труб, веду­щих в шестигранные сотообразные камеры 20 вмести­мостью 180 т для роспуска каолина или находящиеся под ними шестигранные сотообразные смесительные ме­шалки 17 вместимостью 42 м3 каждая. Для каждой массы каолин подается через весы в, распускатель, обо­рудованный вибрационными взбалтывателями. Поршне­вой счетчик — водомер 19 подает в распускатель необ­ходимое количество воды. Продолжительность диспер­гирования каолина составляет 45 мин.

Суспензия каолина через вибрационное сито 36 и постоянные магниты 18 поступает в смесительные, ме­шалки 17, куда через другую систему труб от весов поступают каменистые компоненты массы. Через 45 мин готовая суспензия подается в насосные приямки-зумп-феры 37. Восемнадцать таких приямков, расположен­ных сотообразио, общей вместимостью 100 м3 позво­ляют подготавливать одновременно восемнадцать раз­личных масс. Между смесительными мешалками ц, шри-ямками насосов помещены затворы и размагничиваю­щие катушки 16.

При вводе в массу электролитов или других доба­вок в технологической схеме предусмотрена дополни­тельная установка резервуара 33, весов 34 и повторно­го распределителя. 35. Предусмотрена также выдача части каолина и пегматита после взвешивания через конвейер 40 из башни мокрого обогащения в отпра­вочный силос 41 вместимостью 30 м3 и далее в транс­портирующие устройства 42. Если влажность материала не соответствует кондиции, его выбирают из башни с помощью конвейера 40.

В центре смесительной башни размещены два мем­бранных насоса 39 высокого давления (до 2, 7 МПа), которые подают суспензию из зумпферов в распыли­тельную сушилку 44. Из смесительных мешалок суспен­зию можно выбирать нагнетательным насосом 38

Распылительная сушилка высотой 24 и диаметром 8 м выдает в сутки 105 т фарфоровой массы влаж­ностью около 5%. За 1 ч испаряется 3 м3 воды при распылении 7, 5 т суспензии. Средняя плотность суспен­зии, подаваемой на распыление, равна 1, 59 г/см3, влаж­ность 40%. Сушка суспензии в первой фазе происходит по принципу противотока (в момент фонтанирования), а в последующей — прямотоком в потоке горячего воз­духа, поступающего от масляного воздухонагревате­ля 45.

Отработанный теплоноситель очищается в цикло­нах 43. Контроль влажности порошка осуществляется нейтронным влагомером 46. Перед пневматической по­дачей порошка в восемь силосов 48 вместимостью 120 м3 каждый его взвешивают на весах 47. Готовый порошок поступает в цистерны 49 после взвешивания на весах 50 и отпускается потребителям или поступает в отделение приготовления пластичной массы и литей­ного шликера.

В технологической схеме централизованного приго­товления фарфоровой массы важную роль выполняет ЭВМ, которая регистрирует сортность и количество по­ступающего сырья и его влажность, составляет массы по заданным рецептам с учетом влажности сырья, опре­деляет потоки каждого вида сырья по транспортным системам и закладку его в силосы, следит за уровнем заполнения емкостей, силосов и резервуаров, управляет работой шиберов и затворов, весов, контролирует и ре­гулирует все процессы, фиксирует помехи и отклонения от заданного режима.

Вопросы для самопроверки

Характеристика пресс-порошка.

Способы подготовки пресс-порошков.

В чем преимущества централизованного приготовлении пластич­ной массы и шликеров?