6.2. Рекомендации по оптимизации производственного состава керамической плитки для внутренней облицовки на основе многокомпонентной шихты вкз
Для производства керамической облицовочной плитки на Воронежском керамическом заводе (ВКЗ) используется пресс-порошок с влажностью 6–8 %. При этом отмечается снижение качества выпускаемых изделий из-за искривления их поверхности.
В лабораторных условиях было установлено, что изменения физико-механических свойств образцов керамической плитки зависит от изменения влажности шихты и температуры обжига. Результаты представлены в табл. 6.3.
На основании полученных результатов изменения физико-механических показателей установлено изменение предела прочности при изгибе керамической плитки с 12,5 до 16,5 МПа и усадочных деформаций с 2,9 до 4,5 % при изменении формовочной влажности с 6 до 8 % и температуры обжига с 950 до 1050 ºС, что может являться причиной брака.
Таблица 6.3
Изменение физико-механических свойств керамической облицовочной плитки
в зависимости от влажности формовочной шихты и температуры обжига
Рецептурные параметры |
Физико - механические показатели |
||
Формовочная влажность, % |
Температура обжига, ºС |
Предел прочности при изгибе, МПа |
Усадка общая объемная, % |
6 |
950 |
12,5 |
2,9 |
6 |
1000 |
13,9 |
3,7 |
6 |
1050 |
14,5 |
3,9 |
8 |
950 |
13,7 |
3,7 |
8 |
1000 |
14,7 |
3,9 |
8 |
1050 |
16,5 |
4,5 |
Выполненные исследования показали эффективность применения ионогенной добавки ГКЖ-11 (метилселиконата натрия) в многокомпонентной шихте, предназначенной для скоростного обжига керамических облицовочных плиток, на основании этого выполнена оптимизация производственного состава пресс-порошка ВКЗ и рецептурно-технологических факторов производства керамической плитки (формовочной влажности и температуры обжига).
Оптимизация состава проводилась с использованием д - оптимального метода планирования трехфакторного эксперимента [74, 75] (табл. 6.4).
Таблица 6.4
Уровни варьирования рецептурно-технологических факторов
Условия планирования эксперимента |
Значения на уровнях |
||
-1 |
0 |
+1 |
|
Массовая доля метилсиликоната натрия (Д), % |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
В/Т – отношение (В), % |
6 |
8 |
10 |
Температура обжига (Т), ºС |
950 |
1000 |
1050 |
На основании полученных результатов показано влияние ионогенной добавки на физико-механические свойства керамических плиток табл. 6.5.
Таблица 6.5
Матрица планирования и физико-механические свойства керамических изделий на основе пресс-порошка ВКЗ
Номер состава |
Расчетная матрица |
Предел прочности при изгибе, Rизг МПа |
Усадка общая линейная, % |
||
Д |
В |
Т |
|||
1 |
1 |
-1 |
-1 |
10,3 |
2,6 |
2 |
-1 |
1 |
-1 |
11,4 |
2,2 |
3 |
-1 |
-1 |
1 |
10,5 |
2,7 |
4 |
1 |
1 |
1 |
10,4 |
4 |
5 |
1 |
-1 |
1 |
12,7 |
2,6 |
6 |
-1 |
1 |
1 |
13,7 |
2,2 |
7 |
1 |
1 |
-1 |
12,9 |
4 |
8 |
-1 |
-1 |
-1 |
10,2 |
3 |
9 |
1 |
0 |
0 |
9,1 |
0 |
10 |
-1 |
0 |
0 |
11,7 |
1,6 |
11 |
0 |
1 |
0 |
11,1 |
0,2 |
12 |
0 |
-1 |
0 |
11,4 |
3 |
13 |
0 |
0 |
1 |
12,8 |
0 |
14 |
0 |
0 |
-1 |
11,9 |
1,7 |
15 |
0 |
0 |
0 |
12,7 |
0,1 |
16 |
0 |
0 |
0 |
12,9 |
0 |
17 |
0 |
0 |
0 |
12,6 |
0,3 |
18 |
0 |
0 |
0 |
12,8 |
0 |
Математическая взаимосвязь прочности при изгибе (1) и общей линейной усадки (2) с рецептурно-технологическими факторами выражаются уравнениями регрессии:
Y(Rизг) = 12,64 + 0,97Д-1,58Д2 +
+ 0,96В - 0,73В2 +
+ 0,34Т - 0,26Т2 - (6.1)
- 1,31ДВ + 1,88ДТ + 0,58ВТ
Y(L) = 0,45 - 0 ,28Д + 0,67 Д2 -
- 0,40В + 0,94 В2 -
- 0,08Т + 1,18 Т2 + (6.2)
+ 0,27ДВ + 0,18ДТ + 0,19ВТ
По результатам исследований установлены оптимальные значения рецептурно-технологических параметров для достижения прочности при изгибе с коэффициентом вариации 3,5–4,1 % и снижения усадочных деформаций керамических плиток:
- массовая доля добавки метилсиликоната натрия – 0,1–0,2 %;
- формовочная влажность – 6–8 %;
- максимальная температура обжига – 1000–1050 ºС.
В результате реализации применения рекомендуемых составов достигается предел прочности керамических облицовочных плиток при изгибе 17,9 – 18,2 МПа.
6.3. Разработка шихтового состава
для производства лицевого керамического кирпича
из глинистого сырья месторождения Боево-2
Воронежской области
По внешнему виду глиносодержащее сырье месторождения Боево–2 Воронежской области представляет рыхлый материал однородного светло-коричневого цвета без видимых карбонатных включений. Адсорбционная влажность составляет 5 - 8 %.
Выполненный ренгеноструктурный анализ показал наличие следующих основных минералов: каолинит d = (3,56; 7,2) х 10 -10 м, кальцит d = (3,86; 3,04) х х10 -10 м , кварц d = (3,36;4,26) х 10 -10 м.
Рис. 6.1.
Рентгенограмма глинистого сырья
месторождения Боево-2
Гранулометрический состав глиносодержащего сырья определялся методом Рутковского [47] и представлен следующими фракциями:
- глинистая фракция (менее 0,005мм) - 17,4 %;
- пылеватая фракция (0,005-0,05мм) - 62,6 %;
- песчаная фракция (более 0,05 мм) - 20 %.
По полученным данным гранулометрического анализа глиносодержащее сырье относится к пылеватой глине [47].
Определение формовочной влажности, пределов текучести и раскатываемости, числа пластичности производилось в соответствии с принятой методикой [47]. Результаты определения представлены в табл. 6.6.
Таблица 6.6
Результаты определения формовочной влажности и пластичности
Вид сырья |
Формовочная влажность, % |
Предел текучести % |
Предел раскатываемости, % |
Число пластичности |
|
абсолютная |
относительная |
||||
Глина месторождения Боево -2 |
20,23 |
16,82 |
32,18 |
17,18 |
15 |
На основании проведенного анализа установлено, что данное сырье относится по числу пластичности [47] к пластичному.
Усадочные деформации определялись в соответствии с общепринятой методикой [47]. Максимальная температура сушки образцов составляла 60 ºС, а обжига 980 ºС. Результаты исследований представлены в табл. 6.7 и 6.8.
Таблица 6.7