Сушка керамических изделий

ПОИСК

Сушка керамических изделий
    Сушка керамических изделий [c.206]

    Плавка серной руды Сушка керамических изделий [c.183]

    Нередко применяют прямоток при сушке горячими газами твердых материалов, если соприкосновение высушенного материала с горячими тазами может вызывать его воспламенение (сушка селитры) или порчу (сушка керамических изделий). [c.92]

    Сушка с рециркуляцией части отработанного воздуха (линия 0—0 соответствует процессу смешения воздуха) — вариант, используемый при необходимости создания мягких условий, например при сушке керамических изделий, дерева и т. п. (рис. 1.3, с).  [c.523]

    Для сушки большинства продуктов основной химии (селитра, бикарбонат натрия, хлористый барий, преципитат, сульфат аммония и т. д.) широко применяются барабанные сушилки (фиг. 139,а). Для сушки керамических изделий и кирпича применяются камерные (фиг. 139, б), туннельные (фиг. 139, в) и коридорные (фиг. 139, г) сушилки. Эти же сушилки используются для сушки целлюлозы, пило.материалов, крашеной бумаги, мелкокусковых материалов и т. д. Перемещение материала в сушилках осуществляется как вращением самой сушилки (сушилки барабанного типа), [c.319]

    Для сушки керамических изделий и кирпича применяют камерные (фиг. 75, б), туннельные (фиг. 75, б) и коридорные (фиг. 75, г) сушилки. Эти же сушилки используют для сушки листов целлюлозы, пиломатериалов, крашеной бумаги, мелкокусковых материалов и т. д. [c.286]

    На рис. 46 показаны типичные кривые влагоотдачи и скорости сушки керамических изделий, характеризующие изменение температуры изделия и процесс влагоотдачи в различные периоды сушки. [c.115]

    М. С. Белопольский показал, что с точки зрения объемно-напряженного состояния и характера образующихся трещин процесс сушки керамических изделий пластического формования необходимо разбить на два периода  [c.115]

    При сушке керамических изделий, например глиняного кирпича, происходит увеличение его прочности, что необходимо для дальнейшей обработки путем обжига. При этом важно высушить кирпич таким образом, чтобы он не имел трещин и других дефектов в структуре. Таким образом, процесс сушки сопровождается улучшением его структурно-механических характеристик. [c.184]

    Увеличение скорости движения воздуха уменьшает область допустимых режимных параметров 4 и ф [семейство кривых Kim = = / (4) на рис. 4-24 смещается вверх]. Поэтому в начале процесса сушки керамических изделий скорости движения воздуха должны быть обычно небольшими. [c.219]

    Периоды Схема сушки керамических изделий. [c.224]

    При сушке керамических изделий трещинообразование происходит в первом периоде. В качестве критерия трещинообразования может быть принят критерий Кирпичева для переноса влаги. Предельно допустимый критерий зависит от влаго- [c.127]

    На рис. 4-11 показан чертеж одного из туннелей для сушки керамических изделий (глины-сырца). В зависимости от производительности сушильный цех может иметь несколько туннелей, которые также компонуются аналогично сушилке Оптимум со всеми недостатками, присущими этой схеме. В некоторых случаях с целью улучшения равномерности сушки материалов делают рассредоточенную подачу горячих газов по длине сушилки. [c.76]

    XXV. СУШКА КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ [c.310]

    Большие достижения в теории и практике процессов сушки керамических изделий и материалов обусловлены в первую очередь работами наших отечественных ученых и исследователей — П. С. Коссовича, Н. Н. Доброхотова, [c.4]

    Из практики сушки керамических изделий известно, что трещины в изделиях обычно возникают в начальный период сушки при установлении регулярного режима (установления параболического распределения влаги по толщине тела).

После этого трещины обычно не возникают, хотя перепад влагосодержаний по толщине изделия остается тот же и даже несколько увеличивается на определенном этапе сушки (в зависимости от принятого режима), а средняя влажность изделий уменьшается.

Известно также, что снижение формовочной влажности [c.34]

    В связи с этим разработка прямых методов определения чувствительности глин к сушке, учитывающих также факторы, связанные с теплофизическими свойствами глины, динамикой сушки керамических изделий и дающих количественную характеристику, существенно необходима. [c.65]

    Методика построения оптимального режима сушки керамических изделий [c.73]

    Под оптимальным режимом сушки керамических изделий следует понимать такой, при котором изделие высыхает в минимальные сроки без трещин и обладает высоким качеством. [c.73]

    Для определения оптимальных режимов сушки керамических изделий (кирпича) в первом периоде сушки [c.80]

    Анализируя связь режимных параметров сушки с качеством высушенных изделий, М. А. Буз предложил уравнение, которое в определенной мере позволяет определять по эксплуатационным данным оптимальные режимы сушки керамических изделий, соответствующие [c.117]

    Разработаны теоретические положения и впервые даны критерии трещинообразования при сушке керамических изделий. Предложен способ ускорения сушки керамических изделий, на который получено авторское свидетельство. Результаты этих работ, получивших широкое применение в промышленности, опубликованы в монографии Сушка керамических изделий и материалов (А. Ф. Чижский). [c.76]

    ТепловБвш процессами на предприятиях промышленности строительных материалов являются сушка керамических изделий обжиг кирпича, керамических йзделий, клинкера, извести плавка стекла, шлака, мергелей вспучивание керамзита, пропаривание железобетона и силикатных изделий и другие. [c.167]

    При сушке керамических изделий трещинообразование в основном происходит в первый период. В качестве первого приближения критерием поверхностного трещинообразования может служить влагообменный критерий Кирпичева. Предельно допустимый критерий Kim акс зависит ОТ влагосодержания тела с уменьшением [c.218]

    А. С. м о л я к о в а. Выбор оптимального реж има сушки керамических изделий по их структурно-механическим параметрам (диссертация),, ВНИИС, 1955. [c.460]

    На фиг. 210 — 220 мы приводим несколько схем камерных сушилок, работаюн1их по различным вариантам сушильного процесса.

Некоторые схемы мы взяли из области сушки дерева, поскольку здесь имеются особые требования, предъявляемые к режиму сушки, и здесь много было приложено усилий для создания рациональных схем подобные сушилки применяются и при сушке керамических изделий. [c.230]

    В связи с этим при написании книги особое внимание было уделено тexнo эгии сушки керамических изделий пластического формования, усл . ИЯМ возникновения трещин и их характеру, способам их устраи ния, вопросам контроля чувствительности глин к сушке и разработке оптимальных режимов сушки.

Приведены обобщенные экспериментальные и производственные данные по режимным параметрам сушки различных керамических изделий и материалов, рассмотрены новые высокопроизводительные сушильные установки и автоматизированные скоростные пресс-сушильные линии, а также даны примеры расчетов типовых сушильных установок.

Следует отметить, что до настоящего времени еще нет достаточно надежных инженерных методов расчета и определения режимных параметров для некоторых процессов сушки, особенно при сушке изделий пластического формования. Приведенные в книге методы расчета являются приближенными и требуют дальнейшего совершенствования.

[c.2]

    Интенсивность или скорость сушки керамических изделий пластического формования можно рассматривать в двух направлениях во-первых, как скорость сушки изделий, обусловленную воздействием внешних факторов, параметрами внешней среды, параметрами сушильного агента (его температурой, влажностью и скоростью), типом и конструкцией сушилок и др. во-вторых, как максимально допускаемую интенсивность (скорость) сушки изделий, зависящую от неравномерного распределения влаги в теле изделия, вызывающую недопу-щенную усадку, напряжения и возможность появления трещин в нем последнее связано с технологическими свойствами и поведением изделия в процессе сушки, его теплофизическими характеристиками, размерами и структурно-механическими свойствами. Безусловно, что первые факторы находятся в определенной взаимосвязи со вторыми и во многом определяются ими. [c.45]

    Первый период сушки керамических изделий пластического формования является наиболее ответственным, так как он сопроволусадкой изделий, неравномерность которой может вызвать деформации и трещины. Допускаемая скорость и длительность сушки и подчиненные им режимные параметры сушки, т. е.

температура сушильного агента / с, его относительная влажность ср и скорость V м1сек, устанавливаются в зависимости от вида изделий, их характерных размеров и формы, чувствительности глиняной массы к сушке, влажности изделий, типа сушилки, равномерности сушки, способа сушки и др. [c.

75]

    При сушке керамических изделий влага перемещается от внутренних слоев к периферийным за счет влагопроводности, вызванной возникающим перепадом влажности по толщине изделия. Как видно из распределения температуры и влажности по толщине изделия (рис.

38, а) [4], температура на поверхности выше, чем в центре, особенно при прогреве материала. Это вызывает частичное перемещение влаги под действием термо-влагопроводности внутрь тела, что затормаживает перемещение ее к поверхности изделия и создает значительный перепад влаги.

Сказанное следует отнести к недостаткам конвективного способа сушки керамических изделий. Паропрогрев массы является весьма эффективным методом, устраняющим эти недостатки и интенсифицирующим конвективный способ сушки керамических изделий. [c.85]

    В зарубежной практике широко используется новы цикличный способ сушки керамических изделий, осуще ствляемый с помощью ротомиксер-аппаратов и именуе мый ротомиксер-методом [57, 58]. Наибольшее распрос ранение он нашел для сушки строительной керамик (кирпича, черепицы и других изделий). [c.134]

Источник: https://www.chem21.info/info/1087170/

Сушка и обжиг керамических изделий

Сушка керамических изделий

Сушка – процесс удаления влаги из изделия путем испарения.

Условия сушки – температура и влажность окружающего воздуха должны быть одинаковыми вдоль всей поверхности изделия, т.е. нежелательно высушивать керамику на солнце или сквозняке, т.к. из-за неравномерного просушивания изделие может растрескаться.

Скорость сушки зависит от температуры и влажности окружающей среды, а также от формы и габаритов изделия. Время сушки в естественных условиях – 3-10 дней, в сушильных устройствах – 6 ч и менее. Если изделие недостаточно просушено, то при  обжиге  оно может разорваться.

Воздушная усадка – сокращение размеров глинистых материалов в связи с испарением воды, находящейся в капиллярах между частицами, и отдачей воды из гидратных оболочек глинистых материалов (испарение механически и физически связанной воды).

Для определения усадки изготавливают глиняные плитки размером 50 * 50 * 8 мм с метками по диагоналям на расстоянии 50 мм. Воздушная усадка (%) L = l1 — l2 * 100, 11 где 11 – линейные размеры влажного образца, 12 – линейные размеры образца после сушки.

Наибольшая воздушная усадка наблюдается у высокопластичных глин и достигает 12…15%.

Огневая усадка – сокращение размеров абсолютно сухого глиняного изделия при его  обжиге  вследствие происходящих в глине химических превращений (дегидратации, перекристаллизации глиняных материалов) и плавления наиболее легкоплавких примесей с образованием стекла, заполняющего промежутки между частицами (? 1%). У высокопластичных глин усадка при сушке и  обжиге  может достигать 20-25%.

 Обжиг  – конечная и важная стадия любого керамического производства. При  обжиге  керамических изделий происходят сложнейшие физико-химические процессы, в результате которых керамическая масса – механическая смесь минеральных частиц – становится камнеподобным материалом – прочным, твердым, химически стойким, с присущими только ему эстетическими свойствами.

Периоды  обжига :

  • подъем температуры, нагревание (наиболее ответственный);
  • выдержка при постоянной температуре;
  • снижение температуры, охлаждение.

Составляющие режима  обжига :

  • скорость нагрева и охлаждения,
  • время выдержки при постоянной температуре,
  • температура  обжига ,
  • среда  обжига  (окислительная, в условиях свободного доступа воздуха; восстановительная, в условиях прекращения доступа воздуха и избытка угарного газа; нейтральная).

Физико-химические процессы, происходящие при  обжиге :

  1. Удаление свободной (гигроскопической) влаги – 100–250? С.
    После сушки изделия имеют остаточную влажность около 2–4 %, и эта влага удаляется в начальный период  обжига  в интервале температур 100–250? С. Подъем температуры в этом периоде  обжига  следует вести осторожно со скоростью 30–50? С в час.
  2. Окисление (выгорание) органических примесей – 300–800? С. 
    При быстром подъеме температуры и недостаточном притоке кислорода воздуха часть этих примесей может не выгореть, что обнаруживается по темной сердцевине черепка.
  3. Дегидратация глинистых материалов – удаление химически связанной воды – 450–850? С.
    Особенно активно этот процесс происходит в интервале температур 580–600? С. Al2О3? 2SiO2? 2Н2О> Al2О3? 2SiO2 + 2Н2О Удаление химически связанной, или конституционной, воды в составе основного глинообразующего минерала – каолинита – сопровождается разложением молекулы этого минерала и переходом его в метакаолинит Al2О3? 2SiO2, имеющий скрытокристаллическое строение. В интервале температур 550–830? С метакаолинит распадается на первичные оксиды Al2О3? 2SiO2 > Al2О3+2SiO2, а при температуре свыше 920? С начинает образовываться муллит 3Al2О3? 2SiO2, содержание которого во многом определяет высокую механическую прочность, термостойкость и химическую стойкость керамических изделий. С повышением температуры кристаллизация муллита ускоряется и достигает своего максимума при 1200–1300? С.
  4. Полиморфные превращения кварца – 575? С.
    Данный процесс сопровождается увеличением объема кварца почти на 2%, однако большая пористость керамики при этой температуре не препятствует росту кварцевых зерен и в черепке не возникает значительных напряжений. При охлаждении печи при той же температуре происходит обратный процесс, сопровождаемый сокращением объема черепка на приблизительно 5 %.
  5. Выделение оксидов железа – от 500? С. 
    В составе керамических масс железо может находиться в виде оксидов, карбонатов, сульфатов и силикатов. При температуре  обжига  выше 500? С оксид железа Fe2O3, частично замещающий Al2О3 в глинистых минералах, выделяется в свободном виде и окрашивает керамику в красный цвет, интенсивность которого зависит от содержания Fe2O3 в керамической массе.Углекислое железо – сидерит – Fe2СO3 разлагается в интервале температур 400–500? С. Разложение сульфата железа FeSO4 происходит при температуре 560–780? С.
  6. Декарбонизация – 500–1000? С.
    Данный процесс происходит в фаянсовых и майоликовых массах, в состав которых входят карбонатные породы: мел, известняк, доломит: СаСО3>СаО+СО2. Выделяющийся СО2 не дает каких-либо дефектов на изделиях, если керамические массы в этот период еще не отфлюсовались. В противном случае на поверхности изделий могут появиться характерные вздутия – «пузыри».
  7. Образование стеклофазы – от 1000? С.
    Глинистые минералы при нагреве до 1000? С не плавятся, но ввод в состав керамических масс силикатов с высоким содержанием щелочных металлов способствует образованию смесей с температурой плавления от 950? С. Жидкая фаза, даже в небольшом количестве, играет очень важную роль в повышении спекания черепка, как бы «склеивая» минеральные частицы керамической массы в единое целое.
  8.  Восстановительный   обжиг  (для фарфора – 1000–1250? С, Для гончарной керамики и майолики – 500–950? С).
    Восстановительная среда создается путем увеличения концентрации окиси углерода в печных газах и способствует изменению цвета керамических масс и декоративных покрытий за счет стремления СО «отнять» кислород у химических элементов, входящих в состав керамических изделий. Цель создания восстановительной среды при производстве фарфора – перевод оксида железа, содержащегося в фарфоровой массе и придающего нежелательную желтую или желто-серую окраску фарфору, в силикат-фаялит FeO?SiO2 – слабоокрашенное соединение голубовато-белого цвета, в результате чего значительно повышается белизна фарфора. Если в топку печи будет подано избыточное количество топлива по отношению к подаваемому с воздухом кислороду, то реакция горения будет происходить не до конца и в результате неполного сгорания будет образовываться не углекислый газ (СО2), а угарный газ (СО) и оставаться не прореагировавшее с кислородом топливо © в виде копоти и дыма. 3С + О2 > 2СО + С. Угарный газ, являясь в данных условиях особо активным восстановителем, будет реагировать с окисью железа (Fe2O3) в составе керамической массы, восстанавливая ее в закись железа (FeO), присоединяя к себе кислород и образуя за счет присоединенного кислорода углекислый газ СО2. Fe2O3 + СО>2 FeO + СО2. Превращение в результате  восстановительного   обжига  окиси железа в его закись придает черепку в зависимости от содержания в нем Fe2O3 и в зависимости от температурного режима  обжига  оттенок от зеленовато-голубого до иссиня-черного. Реагируя с оксидами в составе глазурей, угарный газ восстанавливает оксиды до металлов, в результате чего на поверхности глазурей появляется металлический блеск.
  9. Расплавление полевошпатных материалов – 1100–1360? С. 
    В расплавленном полевошпатном стекле растворяются метакаолинит Al2О3? 2SiO2 и мелкие зерна кварца. В этом температурном интервале происходит образование (кристаллизация) муллита 3Al2О3?2SiO2, который вместе с нерастворившимися частицами кварца образует каркас керамического черепка.

 Обжиг  обычно контролируют термопарой или милливольтметром. Но при наличии определенного опыта не составляет труда определить визуально температуру  обжига  на том или ином его этапе по цвету раскаленного черепка внутри печи:

  • темно-красный – 600 – 700? С;
  • вишнево-красный – 800 – 900? С;
  • яркий вишнево-красный – 1000? С;
  • светло-оранжевый – 1200? С;
  • начинает белеть – 1300? С;
  • белый – 1400? С;
  • яркий белый – 1500? С.

Продолжительность  обжига  керамических тонкокерамических изделий колеблется в больших пределах и зависит от конструкции и размеров обжигательных печей, вида топлива, конечной температуры  обжига , химического и гранулометрического состава керамических масс, размеров и формы изделий и др.

 Обжиг  некоторых видов крупногабаритных фарфоровых электроизоляторов длится 5–6 суток, а охлаждение – 10–12 суток,  обжиг  и охлаждение облицовочных керамических плиток в роликовых печах осуществляется всего за 15 минут.

Продолжительность  обжига  и охлаждения фарфоровых изделий (посуды) составляет в горнах 40–48 часов, в туннельных печах – 26–32 ч, в скоростных конвейерных печах – 18–20 ч.

Обычно тонкокерамические изделия обжигаются дважды: цель первого (утильного)  обжига  – придать изделиям достаточную механическую прочность, необходимую для выполнения следующей операции технологического процесса – глазурования.

В производстве фаянса и фаянсовой майолики в процессе первого  обжига , проводимого при высоких температурах (1200–1230? С), черепок доводится до требуемой степени спекания, а задачей второго, или «политого»,  обжига  является лишь наплавление глазури на изделия.

Температура утильного  обжига  гончарных изделий – 800–900? С, «политого» – 900–1000? С.

В условиях производства процесс приготовления керамических масс состоит из следующих основных операций: грубое дробление, рассев, тонкий помол, смешивание, ситовая очистка, магнитная очистка, приготовление пластичной (формовочной) массы, приготовление литейного шликера, транспортировка керамических масс к формовочным и литейным участкам.

В условиях небольших мастерских подготовка формовочной массы происходит по-другому.

Пластичные сырьевые материалы – глины и каолины – имеют непостоянную влажность, зависящую от сезона. Для выравнивания влажности и повышения однородности глины применяют длительное (не менее трех месяцев) вылеживание ее в специальных ямах – глинниках.

Воздействие атмосферных явлений, перепады температуры (особенно промораживание) способствуют перераспределению воды в массе, ее саморазрыхлению, при этом окисляются вредные органические примеси, вымываются растворимые соли.

Масса в таких условиях как бы «зреет» для формования.

Основная задача первых стадий обработки сырья – получение однородной массы определенной влажности. Из глины необходимо удалить посторонние включения – камни, корни деревьев, куски угля и известняка, другие примеси, которые могут усложнить процесс формования и  обжига  изделий.

Для достижения этих целей применяют отмучивание – один из элементарных способов подготовки формовочной массы. Он заключается в осаждении частиц кварцевого песка, полевого шпата и других из глины, распущенной в воде.

При отмучивании глина не только очищается, но и становится более жирной и пластичной.

Источник: https://artkeramica.ru/obg14.php/

Типы сушилок

Сушка керамических изделий

Сушка керамических изделий (полуфабрикатов) может быть естественной на открытом воздухе (под навесами, в сараях и т. д.) и искусственной (в специальных устройствах, сушилках). Процесс естественной сушки очень длителен  (до 20 суток).  В нашей стране естественным путем сушат всего, около 6% выпускаемого керамического кирпича.

Для искусственной сушки в керамической промышленности чаще всего применяют туннельные и камерные сушилки, работающие по принципу противотока: навстречу сырцу движется теплоноситель (горячий воздух, топочные газы и т. д.), поступающий в туннель со стороны выгрузочного отверстия.

Туннельная сушилка непрерывного действия представляет собой камеру длиной 24—36 м, высотой 1,4—1,8 м, шириной 1 —1,2 м (рис. 9). Сырец поступает в сушилку на вагонетках, которые перемещаются в туннелях по рельсовым путям с помощью передвижных или канатных толкателей.

Отдельные туннели объединяют в блоки по 4—20 туннелей, имеющих общие каналы для подачи и забора теплоносителя. Основные преимущества туннельных сушилок: поточность производства, высокий уровень механизации, высокая производительность труда.

К недостаткам туннельных сушилок относятся: большое количество вагонеток и необходимость их пополнения, подверженность металлических изделий вагонеток коррозии, неравномерность сушки изделий по поперечному сечению туннеля (вверху температура теплоносителя выше, чем внизу) и необходимость круглосуточной загрузки и разгрузки вагонеток.

Параметры режима сушки кирпича в туннельных сушилках: срок сушки 12—50 ч, температура теплоносителя 50—80 °С, температура отработанных газов 25—40 °С, относительная влажность 75—95%, расход теплоносителя на один туннель 3000—10 000 м3/ч, скорость движения теплоносителя в туннеле 0,8—2 м/с. Начальная влажность массы 18—25%, конечная — 5—7%.

Использование отработанного теплоносителя (до 70—80%) Для сушки позволяет повысить влагосодержание свежего теплоносителя, смягчить режим сушки и сократить его срок.

Рис. 9. Туннельная сушилка 1 — рельсовые пути; 2 — канал для подачи теплоносители; 3 — вагонетка; 4 — канал для отвода теплоносителя
Рис. 10. Схема камерной сушилки Гипрострома: 1— подводящие каналы; 2, 4 — щели; 3 — отводящий канал; 5 — рельс; 6 — выступ; 7 — сушильная рамка; 8 — изделие

Камерные сушилки относятся к сушилкам периодического действия (рис. 10). Камеры длиной 10—18, шириной 1,3—1,5 м объединены в блоки по 24—48 шт.

Внутренние стены камеры имеют выступы, на которые с помощью десятиполочных вагонеток укладывают рамки с сырцом. Теплоноситель поступает в камеру через нижние подводящие каналы.

Охлаждаясь и насыщаясь влагой, он опускается и отводится через вытяжной канал.

Параметры режима сушки кирпича в камерных сушилках: срок сушки 32—72 ч, температура теплоносителя 130—170 °С, температура отработанного теплоносителя 40—50 °С, расход теплоносителя 1000— 4000  м3/ч.  Всего  загружают  2800—4000  шт.  сырца.

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

Современные камерные и туннельные сушилки оборудованы вентиляторами, создающими внутреннюю принудительную интенсивную циркуляцию теплоносителя, что позволяет выровнять температурное поле по вертикальному сечению туннеля или камеры, значительно уменьшить неравномерность сушки и повысить ее скорость.

Новейшие методы сушки и конструкции сушилок позволяют производить процесс сушки более эффективно.

Методы кондуктивного, диэлектрического, сверхвысокочастотного, плазменного и высокотемпературного нагрева, инфракрасного излучения основаны на повышении температуры изделий без участия газовой (воздушной) среды как передатчика теплоты.

Например, при нагреве сырца инфракрасными лучами происходит поглощение материалом лучистой энергии, которая, преобразуясь в тепловую, быстро проникает в тело изделий, способствуя диффузии.

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

Выбор типа сушилки и режима сушки зависит от состава массы, формы и размеров изделий. Например, фаянсовые и полуфарфоровые изделия (умывальники, унитазы, смывные бачки и т. д.) сушат в туннельных сушилках или конвейерных противоточных и радиационных сушилках.

Крупноразмерные и толстостенные изделия (ванны, мойки и т. д.) сушат в камерных или радиационных сушилках, а иногда комбинированным способом.

Керамические плитки сушат на конвейерных ленточно-сетчатых сушилках, оборудованных панельными или микрофакельными газовыми горелками, или на роликовых щелевых сушилках.

Во время работы сушильщик должен контролировать: температуру теплоносителя и разрежения на входе в сушилку; температуру в отдельных ее зонах; влажность теплоносителя; разрежение на выходе из сушилки перед вентиляторами и в подводящих каналах.

При работе конвейерных сушилок проверяют: состояние горелок, плавность хода и натяжения сетки вентилятора, свободное вращение роликов. Следят за работой горелок (пламя должно быть устойчивым, спокойным и иметь голубой цвет), режимом сушки, показаниями контрольно-измерительных   приборов,  давлением   газа.

Интересно предложение П. И. Воженова и др. о замене передела сушки сырца на обработку его паром под давлением. При этом в сырце образуется прочный каркас из гидросиликатов кальция и удаляется свободная вода.

Автоклавный метод подготовки сырца к обжигу вместо обычной сушки практически ликвидирует воздушную усадку изделий, снижает на 100—200 °С температуру и продолжительность обжига при увеличении прочности, морозостойкости изделий. Экономия теплозатрат при этом составляет около 30%. Целесообразен при производстве крупноразмерных керамических изделий.

Приведенные данные подтверждены выпуском опытных партий в заводских условиях Гродненского и Ульяновского комбинатов строительных материалов, опытного завода ВНИИстрома и др.

Источник: http://www.stroitelstvo-new.ru/keramika/sushilki.shtml

Лекция 4. СУШКА КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Сушка керамических изделий

Сушка – один из основных процессов, применяемых для всех керамических изделий. От нее зависит их качество, экономика производства (10…12% от стоимости). Капитальные вложения на установку сушильного агрегата увеличиваются с увеличением продолжительности сушки. Удлиняется весь технологический цикл (узкое место). Следует ускорять сушку, не допуская трещин.

Теоретические основы сушки. При сушке глины происходит не только снижение влажности, но и изменение ее физико-механических свойств. Пересушенная до потери химически связанной воды глина теряет связующую способность.

Неравномерная влажность вызывает растрескивание в сушке и в обжиге. Скрытые дефекты формования (например, свиль) могут быть причиной трещин в сушке, а при правильном режиме сушки могут не влиять на качество изделий.

Пересушенные изделия не выдерживают легких ударов из-за хрупкости.

Изменение влагосодержания и температуры материала при сушке. В начале сушки из-за разности парциальных давлений водяных паров на поверхности изделия и в окружающем воздухе влага начинает испаряться с поверхности материала. Из-за перепада влагосодержания в нем появляется поток влаги от центра к периферии.

Если пары внутри изделия не успевают удаляться, происходит его разрыв от избыточного давления (может быть уже при 70°C). Поэтому скорость сушки должна обеспечивать выход влаги, которая распределяется в изделии параболически.

Сушку прекращают, когда во всех изделиях влагосодержание станет равновесным с влагосодержанием окружающей среды, до которого они могут быть высушены. Влагосодержание зависит от свойств материала: с увеличением количества глины оно возрастает и сушка удлиняется. Добавка отощителя ускоряет ее.

Нельзя выгружать материал с остаточным влагосодержанием ниже равновесной влаги в цехе. Это способствует образованию трещин за счет поглощения влаги из воздуха и неравномерного распределения ее в изделиях.

Усадочные деформации и трещины. Усадка глин при сушке – причина образования трещин. Вначале высушиваются кромки и наружные слои изделия.

При этом поверхностные силы, стремящиеся сократить размеры изделия, создают на внутренние слои сжимающее действие, а на наружные – растягивающее, они растрескиваются. Трещины могут быть наружные и внутренние. Механизм их возникновения следующий.

Наружные слои, достигнув равномерного влагосодержания, не дают усадки. А внутренние слои, продолжая снижение влагосодержания, дают усадку.

Поскольку между наружным и внутренним слоями существует жесткая связь, это вызывает растягивающие напряжения в центральных слоях изделия (трещины внутри изделия или видимые, не доходящие до краев). Если изделие с одной стороны сохнет быстрее, чем с другой, появляются изгибы (деформации) в сторону максимальной скорости удаления влаги. Это происходит даже у глиняного кирпича с толстыми стенками.

Определение длительности и режима сушки. Длительность сушки зависит от температуры, относительной влажности, влагосодержания, скорости движения теплоносителя. Сочетание этих показателей и их динамику называют режимом сушки. Оптимальный режим должен обеспечить быстрое высушивание изделий до требуемой влажности без деформаций и трещин при наименьших затратах энергии.

Существуют три метода подбора режимов сушки:

  1. Экспериментальный (метод «проб»). Пробуют несколько режимов (не вдаваясь в сущность причин образования дефектов) и считают оптимальным режим, обеспечивающий минимальный срок сушки данных изделий без дефектов. Это длительный и дорогостоящий метод, не всегда наилучший.
  2. По данным о физической сущности образования дефектов составляют уравнения, описывающие процесс. Находят экспериментально свойства, входящие в уравнение, и по ним рассчитывают оптимальный режим.
  3. По уравнениям, описывающим процесс образования дефектов, составляют критерии подобия, которые затем находят экспериментально и по ним рассчитывают параметры сушки.

причина возникновения трещин – достижение предельных перепадов влагосодержания между центром изделия и поверхностью, при которых напряжения превосходят предел прочности материала. Следовательно, задача расчета сводится к определению минимальной длительности сушки, при которой перепады влагосодержания не будут достигать критических величин.

Расчеты ведут по критерию Кирпичева Кi:

, (1)

где Uц иUп – влагосодержание центральной и периферийной части изделия; – среднее значение начальной влажности.

Экспериментально определяют, при каком минимальном перепаде влагосодержания Uц – Uп появляется первая трещина, и вычисляют интенсивность сушки (минимум ее длительности) по формуле:

, (2)

где U0 и Uк – начальное и конечное влагосодержание, Vм – объем изделия, м3, q' – допустимая интенсивность сушки, Fм – площадь его поверхности.

Для штабельной сушки ВНИИстромом разработан метод определения режима сушки, основанный на теории вероятности. Его порядок следующий:

  1. Замеряют производительность вытяжных вентиляторов (V2), среднюю температуру теплоносителя на входе в сушилку t1, на выходе t2 и температуру воздуха t0, подсасываемого на загрузочных торцах туннеля.
  2. Вычисляют коэффициент разбавления отработанных газов

(3)

и часовой расход теплоносителя, проходящего через садку изделий:

(4)

  1. Определяют влагоотдачу ΔY по разности начальной Yн и конечной Yк массы сырца: ΔY = Yн – Yк.
  2. Вычисляют прирост влагосодержания теплоносителя по формуле:

, (5)

где N – часовая производительность сушилки, шт./ч; γ0 – средняя плотность воздуха, в нормальных условиях γ0 = 1,293 кг/м3.

  1. Производят многократную разбраковку сухих изделий и находят выход бездефектной продукции в % при данном приросте влагосодержания Δd.
  2. По номограмме зависимости выхода бездефектной продукции от изменения влагосодержания теплоносителя находят точку А, соответствующую выходу годной продукции Р при замеренном росте влагосодержания Δd.
  3. Задаются желаемым выходом бездефектной продукции в %, обозначая Р*.
  4. Двигаясь по одной из кривых номограммы, находят точку В, соответствующую заданному Р*, и по ней находят прирост влагосодержания Δd*.
  5. Находят расход теплоносителя в новом режиме сушки: .
  6. Определяют также влагосодержание и температуру теплоносителя, подаваемого в сушилку. Иногда его увеличивают для ускорения сушки.

Меры предотвращения пороков сушки. Зависимость трещиностойкости от факторов, влияющих на нее, можно выразить в виде:

, (6)

где R и ε – прочность и растяжимость материала; а – коэффициент потенциалопроводимости; Рс и Рп – упругость пара в окружающей среде и на поверхности изделия, α и αy – коэффициенты внешнего влагообмена и усадки.

Таким образом, увеличивая характеристики числителя и снижая – знаменателя, можно повысить трещиностойкость следующими мероприятиями.

Паровое увлажнение глины увеличивает начальную температуру глины и ее потенциалопроводимость, ускоряет сушку вследствие совпадения направлений потока тепла и влаги в материале.

При отсутствии пароувлажнения вначале идет не сушка, а доувлажнение изделий за счет конденсации влаги из теплоносителя (скорость сушки отрицательна).

Изделия, сформованные из пароувлажненной глины, начинают сохнуть сразу, с первого момента сушки.

Подогрев глины в сушильном барабане ускоряет сушку аналогично пароувлажнению. Это целесообразно при влажности материала выше формовочной.

Отощение глин снижает усадку и позволяет ускорить сушку без трещинообразования, увеличить потенциалопроводимость материала. Добавка опилок – наиболее эффективный способ повышения трещиностойкости кирпича, что объясняется их армирующим действием (длина опилок больше длины глинистых частиц), ростом прочности изделия и увеличением потенциалопроводимости.

Вакуумирование глин увеличивает их пластичность, растяжимость и прочность сырца, позволяет применять более жесткие режимы сушки.

Добавка гипса в глину тоже повышает прочность предельного напряжения сдвига. Добавки керосина (0,5% от массы сухой глины) действуют как ПАВ и увеличивают влагопроводимость, ускоряя сушку.

Добавки высокопластичных глин повышают прочность, что важно для плоских тонкостенных изделий (черепицы). При добавке в шликер устраняют трещины в отливках. Рециркуляция теплоносителя повышает давление водяных паров (Рс), замедляя влагообмен и перепад влагосодержания по толщине изделия.

ОБЖИГ КЕРАМИКИ

Обжиг керамических изделий ведется по специальному режиму: прогрев сырца, собственно обжиг и охлаждение готового изделия.

Печи для обжига: муфельные, кольцевые, туннельные, многоканальные.

Кольцевая печь представляет собой замкнутый обжигательный канал длиной до 200 м и высотой до 3 м и объемом от 300 до 2500 м3 (см. рис. 1).

В наружной стене печи устроены проемы 6 – ходки для загрузки сырца и выгрузки кирпича. Ходки устраивают через 5-6 м, количество ходков зависит от количества условных камер печи, отделенных друг от друга бумажными щитами, устанавливаемыми при загрузке сырца. Число таких камер в печи от 12 до 36 шт.

Сверху через топливные трубочки в своде камер загружают кусковое или пылевидное топливо; внизу камер имеются отверстия, соединенные с центральным дымовым каналом 5 для отвода дымовых газов.

В кольцевой печи садка сырца (2) остается неподвижной до момента выгрузки готовых изделий, а зоны подогрева, обжига и охлаждения перемещаются по обжигательному каналу по мере продвижения подачи топлива от одной условной камеры к другой. При приближении зоны обжига бумажные щиты сгорают.

Недостатки печи: трудность загрузки-выгрузки при высоких температурах (до 80 º), неравномерное распределение температуры по высоте печи, которое приводит к недожогу и пережогу, поэтому кольцевые печи вытеснены туннельными.

Туннельная печь представляет собой обжигательный канал длиной до 160, высотой 1,7 и шириной до 3,1 м (см. рис. 2).

Внутри этого канала по рельсам продвигаются вагонетки с обжигаемым сырцом. По длине канала печь разделяется на зоны подогрева, обжига и охлаждения. Вагонетки с сырцом движутся навстречу горячим газам, а затем поступают в зону холодного воздуха, нагнетаемого газовым вентилятором.

В свою очередь, дымосос, устанавливаемый в начале зоны подогрева, обеспечивает поступление горячего воздуха в зону обжига. В печах применяют твердое, жидкое или газообразное топливо. Обжиг в этих печах идет значительно быстрее, чем кольцевых.

Трудоемкие процессы садки сырца на вагонетки и выгрузки изделий механизированы, режим обжига автоматизирован, качество изделий выше.

Процессы в обжиге: сложные физико-химические изменения приводят к образованию камневидного состояния, увеличению прочности, химической и морозостойкости, в том числе взаимодействию глин и добавок с образованием новых соединений. Изменения массы в каолине обнаруживаются на кривых ДТА, характеризующих изменения влагосодержания при нагревании.

Горизонтальные участки свидетельствуют об отсутствии изменений. Положительные пики – экзотермический эффект, отрицательные – эндотермический с поглощением тепла. Эндотермический эффект при 130°C способствует удалению диффузионной влаги, а при 590°С – химически связанной, о чем свидетельствует резкое увеличение потери массы.

После потери воды образуется метакаолинит Al2O3·2SiO2. При более высокой температуре происходит распад его на Al2O3 и 2SiO2 , а экзотермия при 920…980°C свидетельствует о кристаллизации муллита 3Al2O3·2SiO2 , содержание которого увеличивается с повышением температуры и придает изделию прочность, термостойкость, ударную вязкость.

При 1206°С увеличивается усадка и резкий ее рост – перекристаллизация кварца на кристобалит.

Дегидратация монтмориллонитовых глин происходит при более высоких температурах, чем каолинитовых, а у гидрослюдистых при 850…1200°C идет образование шпинелей, которые при 1300°C растворяются в стекле.

При повышении скорости нагрева все превращения сдвигаются в сторону более высоких температур. Кварц, как было указано выше, при нагревании тоже претерпевает изменения. Al2O3 расширяет интервал спекания, особенно с увеличением Al2O3· SiO2.

Карбонаты кальция и магния интенсивно разлагаются при 900°С. Если керамика пористая – не страшно, а если спекшаяся – образуются пузыри, вспучивания. Соединения железа дают оксид FeO, активно реагирующий с образованием эвтектик, которые снижают температуру плавления.

Выделяются газы, вспучивающие керамику. В фарфоровых и фаянсовых массах – выплавки FeS.

Полевые шпаты дают при 1150…1170°C расплав, способствующий уплотнению и упрочнению, снижению температуры спекания масс. Органические добавки (уголь, кокс, опилки) выгорают при температуре 350…400°C. Кокс при 700…800°C должен выгореть до начала спекания во избежание деформаций. Если не выгорает – происходит науглероживание, растет поверхностная пористость.

Спекание – уплотнение керамики за счет образования расплава (жидкостное с кристаллизацией новообразований). Жидкость появляется при 700°C (эвтектика) и увеличивается с повышением температуры. Силы поверхностного натяжения расплава сближают зерна, идет усадка и уплотнение.

Одновременно растворяются новые компоненты, увеличивая объем расплава, керамика начинает размягчаться (пиропластично – с сохранением формы). Если расплава много – начинается деформация изделий за счет размягчения и снижения прочности. Образуется пережог (оплавление, остеклование).

Уплотнение и упрочнение керамики в обжиге происходит и за счет твердофазовых реакций с образованием муллита 3Al2O3·2SiO2 (наибольшая интенсивность при 1000…1200°C).

Но при высоком содержании Al2O3 образуется много игольчатых кристаллов, которые при повторном нагревании растут, разрыхляя керамику и снижая прочность. На интенсивность обжига влияет газовая среда.

В восстановительной среде можно снизить температуру обжига (на 100…120°C).

Охлаждение изделий после обжига вызывает напряжения при переходе из пиропластического состояния в хрупкое, при модификационных превращениях кварца, при перепадах температур (опасные – 600…550°C и 240…180°C, а также 1200…1000°C).

Влияние структуры сырца на формирование керамики в обжиге. Зависит от способа формования изделий из легкоплавких глин. При пластическом формовании зерна кварца обволакиваются коллоидной пленкой глин, содержащих растворы солей.

При сушке коллоидные частицы сближают зерна и остаются на них в виде оболочки из аморфного кварца, глинистых частиц и солей (обмазка из коллоидной глины). Она является наиболее легкоплавкой частью, так как включает эвтектические смеси солей соединений железа, кремния, которые первыми плавятся.

При незначительном общем содержании солей, здесь их концентрация может возрастать. Расплав, образующийся на поверхности зерен кварца, сближает их силами поверхностного натяжения, частично растворяя их поверхность.

При охлаждении образуется стекло, из него кристаллизуются новообразования, скрепляющие зерна кварца, которые приобретают шероховатую поверхность за счет взаимодействия с расплавом коллоидной пленки.

У изделий полусухого прессования, неоднородных по составу, твердости и влажности (глинистые частицы более влажные, чем отощители), при сдавливании мягкие частицы сближаются и в них вдавливаются более твердые – кварц, поверхности раздела сохраняются, но нет сплошной коллоидной массы.

Она действует не на контакте, а внутри частиц агрегатов, соединенных давлением и выдавливанием влаги из глинистых частиц. Коллоидная фаза не соединяет отдельные частицы, а агрегирует первичные зерна минералов. Жидкая фаза образуется не на контакте, а внутри частиц, которые, давая усадку, разъединяются.

Так как жидкой фазы мало, она не обеспечивает сплошной цементации контактов (подобно точечной сварке). Изделия имеют невысокую прочность при изгибе. Общая усадка их меньше, так как в отдельных зернах происходит образование микротрещин. Для их заполнения надо повышать температуру обжига, увеличивать его длительность.

Изделия имеют повышенную влажность, газо- и паропроницаемость, требуется сырье с повышенным интервалом спекания.

Режимы обжига представляют собой зависимость между температурой и временем обжига (температурный режим); временем и характером газовой среды (газовый режим). При избытке кислорода до 1% среда восстановительная; до 2% – нейтральная; до 5% – окислительная, до 10% – сильно окислительная.

Давление не является режимом, так как это лишь средство для обеспечения требуемого температурного или газового режима. Обжиг делят на три периода: нагрев до максимальной температуры, выдержка и охлаждение.

Для каждого периода установлен свой режим, найденный экспериментально, так как расчетом определить трудно из-за сложности процессов.

Есть полуэмпирические зависимости: коэффициент температуропроводности, допустимый перепад температур по сечению изделия. Определяют скорость нагрева по формуле:

, (7)

где Кф – коэффициент формы изделия, для цилиндра равный 4; Δt – допустимый перепад температур между поверхностью и центром изделия; R – размер изделия (для цилиндра – радиус, для пластины – ½ толщины).

Тогда время нагрева изделий, ч:

, (8)

где Δt2 – разность начальной и конечной температуры нагрева.

Эти параметры определяют на пробных обжигах изделий, а расчетные ориентировочны. При определении режимов обжига рекомендуется:

  1. Замедлять обжиг для влажного сырца, так как давление водяных паров максимально при 70°C, а не при 100°C, и возрастает с увеличением температуры. Если скорость парообразования превысит скорость фильтрации, это приведет к возникновению давления паров внутри изделия, возникновению трещин и даже взрыву изделия. Опасно до 250°C.
  2. В период дегидратации глины черепок пористый и не препятствует удалению паров и газов. Выгорание органических примесей и разложение карбонатов должно закончиться до начала спекания керамики во избежание вспучивания. В период интенсивной усадки скорость подъема температуры должна быть оптимальной, не вызывать появления трещин.
  3. Конечную температуру обжига определяют по результатам испытания изделий на прочность, пористость, водопоглощение, морозостойкость.
  4. Длительность выдержки зависит от размеров изделия, объема садки, требуемого водопоглощения. Однорядная садка быстрее обжигается.
  5. При охлаждении рекомендуется замедлять скорость при температурах перехода из пиропластичного состояния в хрупкое и при модификационных превращенях кварца (575°C) во избежание образования холодного треска.
  6. Газовый режим должен обеспечивать полное выгорание органических добавок, диссоциацию карбонатов – среда должна быть окислительной, а в конце – восстановительной для обеспечения полного спекания и упрочнения изделия (можно также создавать пароводяную среду в зоне обжига).

При обжиге фарфора выше 1000°C необходима восстановительная среда для полного спекания и перевода красящего Fe2O3 в FeO (отбеливание).

Эффективные технологии в производстве керамики: радиационно-химические, ультразвуковые и акустические, плазмохимические, биохимические, методы высокотемпературного синтеза.

При радиационно-химическом способе, используя линейные ускорители электронов, можно ускорить обжиг в 10 тысяч раз. Обжиг в ускорителе электронов длится 5 с вместо 2 часов и при температуре +250°C вместо 1400°C.

Прочность изделий на 20…40% выше.

Дата добавления: 2017-01-26; просмотров: 7960;

:

Источник: https://poznayka.org/s83445t1.html

Book for ucheba
Добавить комментарий