4. Класифікація і зберігання порошків.

Класифікацією (розсіюванням) зернистих поліфракційних матеріалів називають розділення продукту розмелювання на декілька фракцій (класів) або виділення заданої фракції. Розсіюють порошки на ситах або повітряних сепараторах. У вогнетривкій промисловості використовують сита переважно вібраційної дії.

На практиці при просіюванні меленої глини з вологістю 10-12% виникають ускладнення, так як частинки глини втримуються на стінках отвору сита капілярними силами. Уникнути цього можна електропідігрівом сит до температури 40-100 ^оС, що зменшує поверхневий натяг води і дозволяє вільне переміщення частинки через отвір сита.

Перехід частинки через отвір сита визначається розмірами частинки і отвору, формою частинки і формою отвору, товщиною сита, впливом зв'язків між частинками, швидкістю переміщення матеріалу по ситі, товщиною його шару та ін. Найбільшу імовірність проходу через сито мають частинки, розмір яких менше 0,8 розміру отвору сита. Пластинчаті частинки просіюються гірше: вони володіють здатністю виноситись у верхні шари матеріалу.

Отримання декількох фракцій досягається встановленням декількох полотен з отворами різних розмірів. Полотна розміщують в порядку зменшення розмірів їх отворів, тобто першим ставлять полотно з найбільшими отворами, останнім - з найменшими (розсіювання від великого до дрібного) або навпаки (розсіювання від дрібного до великого).

Розсіювання від великого до дрібного характеризується меншим спрацюванням сит, більш високою ефективністю розсіювання по дрібним фракціям через менше навантаження на сита з малими отворами, компактністю пристрою.

Ефективність класифікації (ступінь вилучення необхідної фракції) на механічних ситах є низькою і складає 60-70%. Для більш повного розсіювання порошків використовують повітряну сепарацію. Повітряна сепарація основана на здатності твердих частинок витати в повітрі при певній швидкості повітряного потоку і випадати з повітряного потоку при зниженні його швидкості.

Повітряні сепаратори працюють під розрідженням, що обумовлює знепилення приміщень помольних цехів. З-поміж різних конструкцій повітряних сепараторів найбільш простим і ефективним є багатокаскадний сепаратор. Сепаратори цієї конструкції дозволяють отримати будь-яку задану точність розділення.

Використання каскадних класифікаторів дозволяє виділяти високодисперсні фракції з продуктів грубого розмелювання а в деяких випадках вилучати небажані домішки.

Зберігають зернисті матеріали в бункерах, які в залежності від призначення виконують різні функції. Так, живильні бункери забезпечують рівномірну подачу порошку в різні машини. Технологічні бункери використовують з метою затримати безперервний потік матеріалів на певний час, необхідний для протікання певних технологічних процесів, наприклад охолодження, сушіння, гідратації і т. п. Бункери запасу призначені для створення запасу готових порошків на 2-3 зміни, щоби наступні технологічні операції не залежали від роботи помольних машин. Для великих кількостей порошку використовують сховища циліндричної форми великої висоти - силосні башти.

5. ПРЕСУВАННЯ І ФОРМУВАННЯ ВИРОБІВ.

В технології вогнетривів розрізняють чотири основних методи пресування і формування виробів:

1. з малопластичних або непластичних мас з вологістю 3-8% (напівсухий метод пресування);

2. з пластичних мас з вологістю 16-20% (пластичне формування);

3. литво з мас з вологістю 35-45% (шлікерний метод);

4. литво з розтопів.

Із вказаних методів найбільш широко вживаними є напівсухий. Напівсухий метод має загальне значення і ним можна пресувати вироби із всіх мас незалежно від їх хемічного і фазового складу. Більшість вогнетривких виробів пресують при великих питомих тисках (100-150 МПа). Пластичне формування має обмежене використання для виготовлення деяких видів шамотних вогнетривів.

Литвом із шлікерних мас можна отримувати найбільш щільні вироби, так як в цьому випадку використовують дуже тонко подрібнені порошки, що обумовлює найбільш повне спікання. Недолік цього методу полягає у великому зсіданні виробів при випалі, що істотно обмежує його використання.

Литвом з розтоплених мас користуються при виробництві топлених мулітових, баделеїтокорундових, циркономулітових і деяких інших виробів. Цей метод полягає в тому, що шихту розтоплюють в електродугових печах і заливають у форми де відбувається повільне охолодження розтопу.

Крім вказаних методів, використовують гідростатичне пресування; квазістатичне пресування (пресування еластичними середовищами); вібропресування (в тому числі великогабаритних блоків); пневматичне трамбування (в тому числі великогабаритних блоків); горяче пресування; пресування вибухом (щільність спресованих Al₂O₃, MgO, ZrO₂+CaO досягає 96-98%); термопластичне формування; прокочування; формування методом торкретування та ін.

У литві термопластичних шлікерів як дисперсне середовище використовують парафін, стеарин, віск, термореактивні смоли та інші речовини а також ПАР. Вміст термопластичних додатків складає 10-15%, ПАР - 3-6% і залежить від природи дисперсної фази і її питомої поверхні. При нагріванні маси, що містить вказані додатки до температури 50-60 ^оС ці речовини топляться, утворюючи термопластичний шлікер з в'язкістю в межах 0,1-0,8 Пас, тобто в'язкістю води. Отриманий шлікер заливають в металеві розбірні форми, де він охолоджується і твердне. Відливку виймають з форми, переносять в засипку з вогнетривкого порошку і нагрівають до 1100-1150 ^оС. При цьому відбувається вигоряння пластифікатора і попереднє спікання матеріалу. Отриманий напівфабрикат піддають другому кінцевому випалу.

У порівнянні із шлікерним литвом в гіпсові форми перевагою цього методу є можливість відливати вироби дуже складної форми, використовувати після тверднення механічну обробку сирівцю, використовувати довговічні металеві форми. Недоліком цього методу є необхідність операції по видаленню зв'язки, яка є екологічно шкідливою.

Гідростатичне (ізостатичне) пресування полягає в тому, що порошок (масу) засипають в гумову чи пластмасову форму і вставляють в циліндр з рідиною (водною емульсією, гліцерином, маслом), піддають вібрації і вакуумуванню. Потім системою помп створюють тиск рідини (25-700 МПа). Маса порошку з усіх боків обтискається, і вироби отримуються з рівномірним розподілом густини та ізотропною структурою. Тривалість витримки залежить від габаритів виробу і складає декілька хвилин.

Цей метод широко застосовують для отримання виробів великих розмірів. Крім того перевагою методу є більша щільність відпресованого сирівцю, що дозволяє зменшити пористість готового виробу не збільшуючи тривалості і максимальної температури випалу. У порівнянні із звичайним статичним пресуванням в жорстких формах при ізостатичному пресуванні площа контактів між окремими зернами при однаковому тиску та інших рівних умовах приблизно на 35-40% більша. Це дозволяє інтенсифікувати твердофазні реакції і зменшити зсідання виробів при випалі.

Для пресування при надвисоких тисках (20-50 ГПа) тиск в циліндрі гідростатичного пресу створюється вибухом. Пресування вибухом - гідродинамічне - принципово відрізняється тим, що під впливом надвисокого тиску миттєвої дії відбуваються глибокі зміни структури кристалічної речовини. В цьому випадку матеріал спікається при температурі на декілька сотень градусів меншій, ніж такий же матеріал, що не піддавався дії вибухової хвилі.

Горяче пресування полягає в одночасному ущільненні і зміцненні порошку в результаті тиску і спікання. Перевагою цього методу є значне зменшення тривалості спікання (від багатьох годин до хвилин), можливість використання активних і тонкодисперсних порошків без якої небуть попередньої підготовки, отримання виробів з густиною, близькою до теоретичної, що неможливо досягнути при звичайному спіканні для деяких матеріалів.

Розрізняють горяче пресування при високих температурах (вище 1400 ^оС) та низьких тисках (до 25 МПа) і низьких температурах (до 1100-1200 ^оС) та високих тисках (70-140 МПа) пресування. В першому випадку прес-форму виготовляють з графіту, в другому - з корунду, карбіду силіцію.

Методом горячого пресування виготовляють вироби з глин і каолінів, оксидів, безкисневих сполук. Для зменшення температури пресування в окремих випадках горяче пресування проводять при температурах розкладу сировини. Цей метод отримав назву реактивного горячого пресування. Він полягає у використанні підвищеної активності твердої фази при перетворенні в момент виділення. Високого ущільнення при низьких температурах пресування можна досягнути введенням легкотопких додатків, завдяки чому горяче пресування відбувається в присутності рідкої фази, яка активізує ущільнення за рахунок реологічних процесів.

Внаслідок високої щільності і тонкозернистості структури горячопресовані вироби в більшості випадків є нетермостійкими.

Вібраційне формування використовують як стадію попереднього ущільнення при ізостатичному і горячому пресуванні, а також як самостійний метод формування виробів. Вібраційна дія на порошки (маси) значно ослаблює внутрішнє тертя в них і створює сприятливі умови для рівномірного і щільного вкладання частинок при невеликих тисках (0,1-0,2 МПа).

Із зменшенням розміру частинок порошкоподібних мас рекомендують вібрування з більш високою частотою і меншою амплітудою. При вібруванні мас, що містять частинки, які різко відрізняються за розміром, використовують різні частоти вібрації - спочатку меншу для вкладання великих частинок, а потім більш високу частоту для вкладання дрібних.

Основне ущільнення відбувається в початковий період вібрації, а потім різко зменшується і припиняється. Вологість в певних межах і поверхнево активні речовини пришвидшують ущільнення при вібрації. Оптимальна тривалість вібрації встановлюється дослідом.

При вібруванні краще ущільнюються більш тверді матеріали, а при статичному пресуванні - м’які. Так як вогнетривкі матеріали (крім глини) є твердими, то їх ущільнення вібрацією більш ефективне, ніж статичним пресуванням. При однаковій пористості вібро- і статично відпресованих виробів термостійкість перших помітно вища. При вібраційному формуванні не відбувається пружного розширення сирівцю після завершення формування, відсутнє повітряне зсідання. Вібраційний метод дозволяє отримувати складнофасонні, а також великорозмірні бетонні панелі і блоки, в тому числі двошарові із значно меншими енергетичними затратами.