5. Виробництво хімічно стійкої кераміки

До хімічно стійких належать вироби, здатні тривалий час протистояти дії кис­лот, а також витримувати різкі коливан­ня температури навколишнього середови­ща. Хімічно стійкі керамічні вироби час­то називають кислототривкими.

За призначенням їх поділяють на три групи: футерувальні, насадні вироби і хі­мічна апаратура. До футерувальних ви­робів (із грубозернистим черепком) нале­жать цегла, плитка і фасонні вироби, які застосовують для захисту різного устат­кування, димарів і будівельних конструк­цій від впливу агресивних рідких і газо­подібних середовищ. Насадні вироби — це порожнисті циліндри — кільця Рашіга, виготовлені з керамічних, напівфарфорових і фарфорових мас, а також пів­кільця типу інталокс. До хімічної апа­ратури належить велика група виробів складної форми й різних розмірів, зокре­ма керамічні відцентрові насоси, реакто­ри, посудини, чаші. їх виготовляють з фарфорових мас, вони відрізняються май­же абсолютною непроникністю для рідин і газів.

Залежно від виду виробів і методу їх­нього формування застосовують три спо­соби приготування мас: пластичний, на­півсухий і шлікерний.

За пластичного способу змішані й под­рібнені компоненти зволожують до отри­мання пластичних мас, придатних для формування з них виробів. Часто до гли­ни після грубого її дроблення додають шамот, усе змішують і зволожують у дір­частих бігунах.

За напівсухого способу спочатку змішу­ють подрібнені компоненти, а потім зво­ложують суміш до отримання напівсухих мас для пресування з них виробів.

Шлікерний спосіб передбачає помел по­дрібнених матеріалів у водяному середо­вищі з наступним формуванням виробів методом лиття в гіпсових формах. Якщо у фільтр-пресах шлікер зневоднювати до пластичного стану, то вироби можна фор­мувати на пресах, вручну в гіпсових чи дерев'яних формах, а також на гончарно­му крузі.

Основним сировинним матеріалом для виготовлення кислототривких виробів є випалені тугоплавкі та вогнетривкі глини помірної й високої пластичності. Для отри­мання кислототривких виробів з визна­ченими властивостями використовують плавкі, стиснені та деякі інші матеріали. Плавкими матеріалами є пегматит, нефелін-сієніт і польовий шпат. До спіснених матеріалів належить випалена глина — шамот, а також кварцовий пісок і бій пор­целянових виробів. Механічну міцність і теплопровідність виробів підвищують уве­денням у масу глинозему, карборунду, термічну стійкість — уведенням тальку, дуніту та ін.

У виробництві кислототривких виробів найпоширенішим є пластичний спосіб приготування мас (рис. 9.87). Матеріа­ли, що входять до складу маси, поперед­ньо змелені й просіяні, надходять у змішу­вальні машини через об'ємні дозатори різних конструкцій. Найчастіше для цього використовують тарілчастий дозатор.

На багатьох заводах при безупинному способі приготування пластичної маси використовують горизонтальні лопатеві мішалки, кращі з яких — двовалкові. Су­хе перемішування дозованих матеріалів здійснюють у першій мішалці, а зволожен­ня і приготування пластичної маси — у другій. Тривалість перемішування у кож­ному агрегаті становить 4...5 хв.

Водночас для підвищення механічної міцності й інших показників, а також для зменшення відхилень від номінальних роз­мірів виробів рекомендується дозувати компоненти маси ваговими дозаторами з наступним змішуванням протягом 5 хв у бігунах із глухим подом. Потім готову су­міш транспортують у бункер, звідки таріл­частим живильником її спрямовують у дво-вальні змішувачі для перемішування і зво­ложення до пластичного стану. Двовальні змішувачі застосовують для приготуван­ня грубозернистих мас.

Рис. 9.87. Приготування у двовальних змішувачах пластичної маси з порошків

Тонкозернисті маси, до яких ставлять більш жорсткі вимоги щодо рівномірності складу і вологості, готують у змішувачах періодичної дії.

Існують різні технологічні схеми приго­тування глиняних і шамотних порошків.

За шлікерного способу приготування маси (рис. 9.88) із глини після її дроблен­ня готують суспензію вологістю 53. ..55 %, яку проціджують крізь сито з отворами діаметром 2 ...З мм і подають у розпилю­вальну сушарку для отримання порошку.Така схема рекомендована для глин, засмічених зернистими і твердими карбонатни­ми сполуками. Якщо маса містить кам'яні домішки, то їх уловлюють на ситі під час проціджування глиняної суспензії.

За напівсухого способу приготування маси (рис. 9.89) подрібнена глина надхо­дить на сушіння і помел у шахтний млин, з якого потоком теплоносія порошок ви­носиться й уловлюється за допомогою системи циклонів і мультициклонів, при­значених відповідно для грубого і тонкого очищення. У циклонах-промивачах гази остаточно очищуються.

Рис. 9.88. Шлікерна підготовка маси:

1 — ящиковий подавач; 2 — глиномішалка; З — насос; 4 — дугове сито; 5 — шлам-басейн 6 — бункер; 7 — конвеєр; 8 — елеватор; 9 — повітродувка; 10 — піч з холодильником; 11 — розпилювальна сушарка; 12 — циклон-промивач

За шлікерного і напівсухого спосо­бів приготування мас шамот готують у печі з киплячим шаром з частини глиня­ного порошку, отриманого в шахті, млині чи розпилювальній сушарці (передбаче­не теплове блокування цих агрегатів із піччю).

Шамотний порошок з деяких глин, отри­маний після розпилювальної сушарки, зберігає специфічну кулясту форму з по­вітряними вкрапленнями. Використову­ючи такий шамот, можна підвищувати вог­неву усадку мас і водопоглинання виробів (приблизно на 2...З %). З цієї причини застосовують комбіновану схему, за до­помогою якої у розпилювальній сушарці отримують глиняний порошок, а шамот — відпалюванням порошку, що надходить із шахтного млина.

Маси для виготовлення кислототривкої цегли і плиток способом напівсухого пре­сування готують у змішувачах чи бігунах-змішувачах зі складним рухом матеріалу, що перемішується. Змішувальні бігуни відрізняються від помольних меншою ма­сою котків, а також чашею із суцільним дном і високими бортами. У змішуваль­них бігунах у процесі перемішування відбувається частковий помел шамоту. Під дією котків частинки глини міцно з'єдну­ються із зернами шамоту, при цьому маса стає настільки щільною, що утворюються коржі, які розбивають на спеціальних дро­барках невеликого розміру.

Шамотні кислототривкі маси змішу­ються більш ретельно в змішувачах зі складним рухом матеріалу.

Дослідженнями встановлено, що кра­ща якість виробів, виготовлених пресу­ванням з напівсухих мас, досягається та­ким чином. У змішувальний агрегат за­вантажують потрібну кількість шамоту, протягом 1 хв перемішують і потім зво­ложують його глиняним шлікером, густи­на якого близько 1,2 г/см^{3, і} знову пере­мішують 1 хв. Після цього в бігуни виси­пають потрібну кількість глини і пере­мішують ще раз протягом 3...5 хв.

Під час зволоження шамоту шлікером зерна шамоту обволікаються глиняними частинками, що утворюють плівку. Це по­легшує зв'язок шамоту з іншою масою.

Рис.9.89. Напівсухий спосіб приготування маси:

1 — ящиковий подавач; 2 — вальці; З — шахтний млин; 4 — циклон; 5 — батарея мультицик­лонів; 6 — рукавні фільтри; 7— нтилятор; 8— бункер;

9 — конвеєр; 10 — піч з холодильником у киплячому шарі; 11 — повітродувка

Кількість шлікера, що заливається в змі­шувач, визначається складом маси. її во­логість має становити 7...9 %.

Вироби залежно від їхнього виду і при­значення формують різними способами:

1) пластичним на вакуумних стрічко­вих пресах з можливим наступним допресуванням на механічних фрикційних чи гідравлічних пресах;

2 ) напівсухим пресуванням на механіч­них пресах.

Пластичним способом на стрічкових ва­куумних пресах роблять заготовки (валю­ші), які потім допресовують для отри­мання цегли і плиток, а також формують плитки пакетним способом, насадні кільця, кислототривкі труби та інші вироби, що не потребують допресування.

Основним агрегатом для пластичного формування кислототривких виробів є горизонтальний стрічковий прес, на яко­му ущільнюють пухку масу і безперерв­но випускають через мундштук у вигляді заготовок напівфабрикати заданого пере­різу. При цьому застосовують спеціальні мундштуки, що утворюють посередині формувального бруса насічки і дрібні от­вори, по яких після випалювання плитки розколюють навпіл.

Для порожнистих виробів, наприклад насадних кілець, застосовують мундшту­ки із осердями, діаметр яких дорівнює внутрішньому діаметру кілець. Для рівномірного просування й ущільнення маси при формуванні порожнистих виробів осердя роблять у вигляді конуса, вістря якого напрямлене до головки преса. Конусність осердя залежить від властивос­тей маси, але не перевищує 18°.

Для поліпшення властивостей пластич­них мас і підвищення якості готових виро­бів застосовують преси, обладнані вакуум­ними установками, що дають можливість досягти вакууму близько 0,09 МПа. Ва­куумування, при якому з маси видаляється механічно захоплене й адсорбоване по­вітря, різко поліпшує формувальні влас­тивості маси, підвищує її пластичність і в'язкість. Це дає змогу знизити форму­вальну вологість маси на 1...2 %, спрости­ти конструкцію мундштуків. Крім того, збільшенню густини і граничного напру­ження вакуумованих мас заважає їхня здатність до деформації, що дає можли­вість застосовувати способи багаторядного укладання сформованих виробів на ва­гонетки (підвищити щільність укладання).

Для отримання цегли чи її заготовок, плиток та інших виробів стрічку напів­фабрикату, що виходить з-під преса, роз­різають різальними апаратами, які бу­вають ручними і механічними (напівавто­матичними й автоматичними).

Після відрізування різальним апаратом заготовки для цегли і плиток іноді мають недостатньо чітку форму і точні розміри, тому їх допресовують. Крім того, допре­сування кислототривких виробів найбільше вико­ристовують ексцентрикові преси. Для формування кислототривких труб і де­яких циліндричних деталей застосовують вертикальні шнекові вакуумні преси. Для формування окремих виробів простої фор­ми (невеликі кювети, плити для зціджу­вання тощо), фасонних виробів завтовш­ки понад 70...75 мм, а також капселів, у яких випалюють напівфарфорові кільця, застосовують фрикційні преси.

Пресування керамічних виробів із на­півсухих мас (вологістю 5... 10 %) є про гресивним методом, що дає змогу здійсни­ти найбільшу механізацію виробничих процесів. Цей спосіб широко застосовують у виробництві різних шамотних вогне­тривів, кислототривкої цегли та інших ви­робів.

Перевагою цього способу виробництва керамічних виробів є те, що спресований сирець має достатню міцність, а тому його можна покласти на пічну вагонетку і спря­мувати для сушіння й випалювання без додаткового перекладання. Сушіння та­кого сирцю значно полегшується і скоро­чується порівняно із сирцем пластичного формування. Крім того, вироби, виготовле­ні напівсухим пресуванням відрізняють­ся високою міцністю, підвищеною термо­стійкістю порівняно з пластично сформо­ваними виробами. Вони відрізняються також точністю форм і розмірів, що дає можливість здійснювати футерування з мінімальною товщиною шва.

Недоліком кислототривкої цегли, виго­товленої напівсухим пресуванням, є д під­вищена проникність порівняно з цеглою, виготовленою пластичним формуванням. Проникність цегли можна значно знизити при відповідній обробці маси і відпалю­ванням за максимально допустимої тем­ператури. Встановлено, що зі збільшенням вологості маси з 7 до 9 % щільність сирцю підвищується. У разі збільшення в масі вмісту шамоту, наприклад із ЗО до 50 %, щільність обпалених виробів трохи зни­жується, водопоглинання збільшується з 1 до 3 %, міцність зменшується на 15 %.

Особливістю пресування виробів із напівсухих мас є вплив спресованого повітря, що приводить до пружного розши­рення сирцю (до 4,5 % по висоті виробу), а в окремих випадках і до появи тріщин, розшаровування. Практикою встановле­но, що повітря найкраще видаляється за допомогою двоступінчастого пресування з невеликою паузою: спочатку при тиску 4...6 МПа, а потім при заданому кінцево­му тиску.

Для виготовлення напівфарфорових, фарфорових і керамічних виробів тон­козернистої будови (хімічної апаратури, труб, насадних кілець тощо), маси готу­ють за схемою, що передбачає помел ви­хідних матеріалів у водяному середовищі у дві чи три стадії (рис. 9.90).

Більшість перелічених виробів харак­теризується складною формою, багато з них мають великі розміри за відносно невеликих товщин стінок. Тому вироби виготовляють із мас з розширеним інтер­валом спікання (не менше ніж 100 °С), а

Рис. 9.90. Приготування тонкозернистих мас у водяному середовищі та виготовлення з них виробів

водопоглинання черепка не перевищує 3 % (для деяких виробів спеціального призначення до 1 %). Цю вимогу задо­вольняють маси (крім глини), що містять пластичні та інші компоненти.

За шлікерного способу підготовки маси здійснюють мокрий помел компонентів у кульових млинах періодичної дії при співвідношенні матеріалів, води і куль 1:1 — 1: 1,5. Окремі види виробів виго­товляють методом лиття. Ливарний шлікер для цих виробів відрізняється зни­женою вологістю через уведення в нього електролітів. За шлікерного способу за­стосовують вагове дозування компонен­тів. Матеріали завантажують у млин за два-три прийоми залежно від складу маси і потрібної тонкості помелу.

У деяких випадках у кульових мли­нах розмелюють спіснені матеріали і плас­тичні матеріали з 10 % глини, а іншу кіль­кість глинистих матеріалів розпушують окремо в лопатевих чи пропелерних мішалках. Із кульових млинів шлікерну масу чи масу роздільно розмелених і роз­пушених матеріалів зливають у басейни з пропелерними мішалками.

Для очищення від залізних вкраплень і великих частинок матеріалу, що подрібнюється, шлікер, а також розмелені і розпу­шені глинисті матеріали під час зливання в басейн пропускають через електромагніт і сито з отворами розміром 0,1...0,2 мм.

Для отримання маси пластичної кон­систенції шлікер зневоднюють у фільтр­пресах. Із басейну шлікер нагнітають у фільтр-преси мембранним насосом під тис­ком 1,0... 1,2 МПа. Залежно від кількості глинистих компонентів тривалість нака­чування змінюється від 1,5 до 6 год, а вологість коржів — від 20 до 24 %. Маси, що містять більшу кількість спіснених ма­теріалів і каоліну, зневоднюються швидше і коржі з них мають меншу вологість, ніж із мас з підвищеним вмістом глин. Отри­мані коржі обробляють на стрічкових пресах з перфорованими чи Гранчастими м'яльницями різних конструкцій.

Шамот готують випалюванням глин у шахтних чи обертових печах за описани­ми вище схемами.

Залежно від розмірів і форми виробу хімічну апаратуру формують такими спо­собами:

а) формування на вакуумних пресах;

б) формування на вакуумних пресах з деформуванням у гіпсових формах або обточування на токарних верстатах;

в) пластичне формування у гіпсових формах;

г) лиття у гіпсових формах.

На вакуумних пресах формують без-розтрубні і розтрубні кислототривкі тру­би діаметром понад 150 мм. Для форму­вання насадних кілець відповідного діа­метра на пресі встановлюють одно-, дво- чи багатоосердний мундштук і приймальні столики з різальним пристроєм, на яких паралельно закріплені кілька металевих струн, що розрізають сформовані труби на кільця заданої довжини.

Кислототривкі розтрубні труби діамет­ром до 150 мм і фасонні деталі до них формують з окремих частин. Стрижень чи фасонні деталі протягують на горизонталь­ному вакуумному пресі через мундштук відповідного розміру. Вологість маси для протягування заготовок становить 18... 19%; заготовка при виході з мундштука потрап­ляє в дерев'яний лотік, оббитий оцинкованим залізом, з якого її передають до роз­труба. Розтруби формують у гіпсових фор­мах на одношпиндельних формувальних верстатах і підв'ялюють на щитах. Через 16... 18 год, коли заготовки підсохнуть до вологості 17 %, насаджують порожнистий стовбур на циліндричну качалку, що має на кінцях півосі, і укладають її на рейки, прикріплені до робочого столу. Тут ка­чалка на півосях може вільно обертатися, що дає можливість вирівняти заготовку, після чого насаджують довідне гіпсове кільце з розтрубом. Стовбур труби з'єд­нують з розтрубом, оформляючи кінці його гумкою і губкою, а потім підв'ялю­ють протягом двох-трьох діб. Час від ча­су заготовки перевертають для рівномір­ного підв'ялювання. Заготовку вологістю 15... 15,5 % вирівнюють прокатуванням, а потім, насадивши її на качалку, обточують різцем на токарному верстаті. Продук­тивність токаря становить 20 — 30 труб за зміну залежно від їхніх розмірів.

Фарфорові хрестовини і трійники з ко­нічними фланцями оформляють обточу­ванням і склеюванням. Шов у місці скле­ювання зовні й усередині труби прома­щують масою й ущільнюють.

Фарфорове коліно оформляють, заги­наючи на визначений кут за допомогою дерев'яного шаблона трубу, що випус­кається з мундштука вакуумного преса. Комбінований спосіб полягає в тому, що протягнені на вертикальному вакуумно­му пресі коліна доформовують у рознімній гіпсовій формі.

Формуванням у рознімних гіпсових фор­мах виготовляють деталі веж різного діа­метра, посудини різної форми, прямокутні ванни, балони та ін. При цьому викорис­товують заготовки, отримані на стрічко­вому вакуумному пресі, які за потреби з'єднують один з одним тією самою ма­сою. Через 18...24год після початку фор­мування гіпсові форми рознімають і вруч­ну обробляють внутрішню і зовнішню по­верхні виробу за допомогою гумки } губ­ки. Штуцери, тубуси та інші виступні де­талі з'єднують тоді, коли вироби затвер­діють. Великі вироби круглої форми (царги діаметром до 1200 мм, посудини діаметром до 1000 мм тощо) формують у рознімних гіпсових формах за кілька ета­пів поступовим нарощуванням шарів до потрібних розмірів гіпсових формах. Шлікер транспортують до місця виготовлення і заливають у форму через лійку.

Для підготовки маси хімічно стійкої ке­раміки використовують технологічне устат­кування, опис і технічну характеристику якого докладно викладено в попередніх розділах.

Запитання і завдання для самоконтролю

1.Наведіть технологічну схему виробництва цегли пластичним способом і по­ясніть її роботу.

2. Наведіть схему процесу виробництва стрічкової і штампувальної черепиці. По­ясніть її роботу.

2. Що таке пластична керамічна маса?

4.Наведіть схему ущільнення керамічної маси в шнековому пресі і поясніть схе­му руху глин різних типів у головці преса.

5. Поясніть характер розподілу тиску в елементах конструкції преса.

6. Які конструкції устаткування застосовують при допоміжних операціях виго­товлення керамічних матеріалів? Опишіть їх роботу і будову.

7. Наведіть схему шнекового вакуумного преса і поясніть його роботу.

8. За якою методикою визначають основні параметри стрічкових пресів?

9. Які складові потужності преса враховують при визначенні загальної потуж­ності приводу преса?

10. Наведіть формули для визначення продуктивності пресів різної конструкції.

11. У чому сутність напівсухого способу при виробництві цегли і плитки?

12. Обґрунтуйте теоретичні основи пресування виробів за напівсухого способу.

13. Наведіть схеми і поясніть принцип дії устаткування для виготовлення кераміч­них прес-порошків.

14. Наведіть методику розрахунку основних параметрів колінчасто-важільних пресів.

15. Наведіть схему і поясніть принцип дії гіперпреса для виготовлення цегли.

16. Яке устаткування застосовують для виробництва каналізаційних труб? По­ясніть його будову і принцип дії.

17. Наведіть технологічну схему для виробництва санітарних керамічних виробів і поясніть її роботу.

18. Наведіть схеми будови устаткування для виробництва керамічних виробів.

19. Поясніть будову і принцип дії устаткування для виготовлення санітарних ви­робів методом гідростатичного пресування.

20. Наведіть технологічні схеми і поясніть будову та принцип дії устаткування для виробництва хімічно стійкої кераміки.