книги из ГПНТБ / Технология электрокерамики

лена, по-видимому, различиями в свойствах сырьевых материалов и масс, различиями в работе применяемых прессов и т. д. Поэтому перед внедрением распыли­ тельной сушки в производство необходимо осуществить предварительные опыты как в лаборатории, так и в по­ лузаводских условиях с целью выявления оптимальных технологических параметров.

Высокая текучесть .пресс-порошков из распылитель­ ных сушилок чрезвычайно облегчает их внутризавод­ скую транспортировку и заполнение ими прессовых форм; последнее обстоятельство во многих случаях уве­

изделий. Высокая текучесть и равномерность распреде­ ления пресс-порошка в формах обеспечивают гладкую поверхность изделий. Наконец, благодаря более плот­ ной упаковке зерен порошка н частично их полукруглой форме значительно облегчается обезвоздушивание мас­ сы во время прессования, что устраняет опасность рас­ слоения изделий.

При сравнении с пресс-порошком, получаемым обыч­ ным способом, наблюдалось небольшое усиление прили­ пания материала к формам и другим деталям пресса, что потребовало в ряде случаев производить более часто чистку прессов. Однако после обеспечения оптимального зернового состава и наименьшей остаточной влажности пресс-порошка эти трудности, как правило, уменьшались или устранялись совсем. Изделия, полученные из пресспорошка распылительной сушилки, отличаются совер­ шенно гладкой поверхностью, па них отсутствуют чер­ ные точки, возникающие из-за неравномерного распре­ деления влаги и менее однородного зернового состава.

При распылительной сушке все твердые вещества, содержащиеся в шликере, полностью переходят в пресс-

разжижители, применяемые для уменьшения вязкости

что существенно повышает экономичность распылитель­ ной сушки. Присутствие неорганических солей в пресспорошке может увеличить склонность массы к прилипа­ нию. Однако по мере накопления производственного

76

опыта удалось найти такие разжижнтели для шликера, которые практически устранили это затруднение.

Комбинируя непрерывно действующий гранулятор с распылительной сушилкой, можно наладить непрерыв­ ное производство гранулированной массы для прессова­ ния керамических изделий, которые обладают значительно большей прочностью в необожженном со­ стоянии, чем аналогичные изделия из пресс-порошка, получаемого обычным способом [Л. 4-12, 4-13]. Колеба­ ния объемной массы пресс-порошка, полученного путем распылительной сушки, как правило, очень невелики, что позволяет более точно рассчитывать размеры форм для прессования.

Пресс-порошки с зерновым составом, обеспечиваю­ щим получение удовлетворительного сырца путем полу­ сухого прессования, обладают более стабильными свой­ ствами в случае изготовления их в больших относительно дорогих распылительных сушилках высокой произво­ дительности, которые неэкономичны в производстве тех­ нической (специальной) керамики, когда требуется при­ готовлять, например, только 100 кг порошка в час. Та­ кая сушилка специально создана английской фирмой Боуэн. При конструировании ее было учтено, что по­ рошки с размером зерен от 100 до 250 мкм, требуемые для сухого прессования керамических изделий, могут быть получены только при условии нахождения капелек шликера в сушилке в течение относительно длительного времени. В таких сушилках процесс осуществляется по противотоку: горячий воздух поступает-сверху, навстре­ чу распыляемому высушиваемому материалу.

4-6. ПРИМЕНЕНИЕ РАСПЫЛИТЕЛЬНЫХ СУШИЛОК В КЕРАМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Первые работы по применению распылительной суш­ ки для получения пресс-порошка в керамической про­ мышленности были выполнены в 1954 г. в НИИстройкерамнки. Однако первая промышленная сушилка была освоена только в 1964 г. на Львовском керамическом заводе. В настоящее время на большинстве керамиче* ских заводов строительной индустрии производится реконструкция цехов с установкой распылительных суши­ лок [Л. 4-1]. Задержка внедрения распылительных суши­ лок в производство в значительной мере была ©буслов-

77

лена абразивными свойствами керамических суспензий (шликера) и трудностью получения сравнительно круп­

показателя для сушилок зарубежных фирм («ДорстЦаан», «Ниро-Атомайзер» и др.).

Сушилка Минского комбината позволяет использо­ вать отходящее тепло туннельных печей, что уменьшает расход топлива на 12—15%. Эта сушилка периодиче­ ского действия. Шликер в ней распыляется под давле­ нием 25—-27 кгс/см2, создаваемым мембранными насоса­ ми, площадь поршней которых уменьшена в 2,5—3 раза, а чугунные детали камер заменены литыми или сварны­ ми стальными. Огнеупорная шамотная футеровка труб­ чатых топок оказалась весьма устойчивой и успешно противостоит многочисленным теплосменам, вызываемым периодичностью работы сушилки. Минская, харьковская, кучинская и свердловская сушилки работают на при­ родном газе. На Катуаровском и Тучковском заводах сушилки работают на жидком топливе.

Если недавно для пневматических форсунок указы­ валась максимальная производительность от 0,1 до 0,5 м3/ч, то теперь известны конструкции с пропускной способностью более 1 м3/ч. Усовершенствованы также механические форсунки и центробежные распылители,

работана и испытана распылительная форсунка, в кото­ рой паста выходит через кольцевой зазор. Распыление производится паром или воздухом, причем воздух ча­ стично смешивается с пастой внутри форсунки. При этом образуются однородные частицы размером до 4 мкм. Тенденция в совершенствовании конструкции сушилок— увеличение пропускной способности, применение форсу­ нок для густых шликеров и пастообразных веществ.

На предприятиях ФРГ [Л. 4-18] предложен метод получения с помощью распылительной сушилки не толь-

7 8

ко пресс-порошка, но п пластичной массы любой влаж­ ности при добавлении к сухому порошку водного шли­ кера.

Путем компоновки распылительной сушилки, смеси­ телей и вакуум-прессов можно организовать поточную механизированную линию изготовления пластичной кера­ мической массы из сухого порошка и водного шликера (рис. 4-9).

Японские специалисты [Л. 4-19] решили проблему введения пластифицирующих веществ в пресс-порошки, применив специальные вещества (поливинилацетат, метилцеллюлозу, полиэтилеигликоль), способные не улету­ чиваться при сушке порошка в распылительной сушилке.

4-7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ

РАСПЫЛИТЕЛЬНЫХ СУШИЛОК

Технико-экономические показатели работы промышленных рас­ пылительных сушилок приведены в табл. 4-2 [Л. 4-1, 4-2].

Капиталовложения включают стоимость теплообменника, су­ шильной камеры, распылительного устройства, циклона, воздухо­ дувки, трубопроводов, контрольно-измерительных приборов, метал-

локонструкцин и обслуживания по пуску. Данные относятся к обо­ рудованию, выполненному из нержавеющей стали, и конструкциям сушильных камер, показанным на рис. 4-4,0 — в. Общие капиталь­ ные затраты с учетом монтажа распылительных сушилок достигают 200—300% закупочной стоимости оборудования.

Ежегодные эксплуатационные расходы в среднем составляют 5—10% общих капитальных затрат, расходы по обслуживанию

80

при сушке распылением. Основные статьи этих затрат определены

При применении распылительных сушилок достигает­ ся существенная экономия за счет исключения из про­ изводственного цикла ряда 'операций, а также за счет снижения трудовых и эксплуатационных затрат.

Г Л А В А П Я Т А Я

ПРОЦЕССЫ ОФОРМЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗОЛЯТОРОВ

Многообразие способов оформления заготовок кера­ мических изоляторов обеспечивает возможность выбора наиболее рациональной схемы производства любой де­ тали {Л. 5-1—5-3]. Выбор способа оформления и техно­ логической схемы производства определяется четырьмя основными группами факторов: 1) конфигурацией и размерами изделий, требованиями в отношении точности размеров и плотности структуры заготовки; 2) составом и свойствами керамического материала; 3) масштабом производства данных деталей; 4) экономичностью про­ изводства.

водствах, в мелких цехах и мастерских при заводах и институтах. При массовом производстве деталей на спе­ циализированных заводах электрокерамики создают тех­ нологические поточные линии, оснащенные автоматиче­ ским или полуавтоматическим оборудованием, которое может обеспечить минимальную трудоемкость и макси­ мальную производительность процессов. При мелкосе­ рийном и разовом производстве создание специального оборудования и инструмента нецелесообразно, и заго­ товки лучше оформлять с помощью механической обра­ ботки резанием на универсальных токарно-винторезных и фрезерных станках.

S-1. МЕТОДЫ ОФОРМЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

К важнейшим методам оформления электрокерами­ ческих изделий относится пластическое формование. Этим методом изготовляют основной тоннаж разнооб­ разных фарфоровых изоляторов и в меньших масштабах некоторые специальные изделия — стеатитовые, кордие­ ритовые, ультрафарфоровые и др. Этот метод в ограни­ ченном масштабе применяют также для изготовления изделий из масс, не содержащих глины, но пластифи­ цированных органическими веществами, например муч­ ным или крахмальным клейстером, парафином (в на­ гретом состоянии) и др. [Л. 5-4—5-7].

Массивные керамические изделия (сплошные и тол­ стостенные трубчатые) могут быть оформлены из пла­ стичной массы с помощью мощных вакуум-прессов. Окончательная конфигурация заготовок достигается пластическим формованием во вращающихся гипсовых или металлических формах, с помощью вращающихся головок в неподвижных формах и механической обра­ боткой резанием. Пластическое формование практиче­ ски незаменимо при изготовлении крупногабаритных

мования и механической обработки эта технология эко­ номически выгодна при производстве изделий сложной конфигурации, имеющих форму тел вращения. Механи­ ческая обработка вытянутых заготовок приемлема так­ же для изготовления небольших штучных и мелкосерий­ ных изделий, для оформления которых нецелесообразно изготовление специального прессовочного инструмента или форм для горячего литья.

Изделия постоянного поперечного сечения—-трубки, оси, стержни с одним или несколькими каналами и дру­ гие изделия с постоянным профилем — изготовляют из пластичной массы способом протяжки на поршневых, винтовых, гидравлических или шнековых прессах. Этот способ является основным для оформления заготовок трубчатых низковольтных конденсаторов, оснований со­ противлений, осей и т. д.

82

Л . 5-17].

Горячим прессованием совмещают в одной операции формование и спекание: оно позволяет изготовлять из тонкомолотых материалов изделия с плотностью, близ­ кой к теоретической (Л. 5-18].

5-2. ПЛАСТИЧНОЕ ФОРМОВАНИЕ

При изготовлении изделии пластическим методом массу подвергают тщательной обработке; многократной перегонке в ленточном прессе, в том числе с промежу­ точным вылеживанием, а также вакуумированием мас­ сы. Для формования изделий из пластичных масс при­ меняют также способ выдавливания массы из цилиндра через мундштук, используя для этой цели прессы (в по­ рошковой металлургии этот способ называют мунд­ штучным прессованием). При применении пластифици­ рующих материалов, приобретающих пластичность при повышенной температуре, массы формуют в нагретом состоянии (например массы, пластифицированные па-' рафином).

Формование складывается из двух последовательно протекающих процессов. Сначала происходит допрессовка массы в цилиндре (контейнере), в результате чего значительно повышается ее плотность. Последующий процесс представляет собой собственно выдавливание массы из цилиндра большого сечения через мундштук меньшего сечения. В цилиндре масса перемещается под действием поршня пресса без значительного относитель­ ного смещения отдельных элементов ее объема (в от­ личие от перемещения в шнековом лентопрессе). Вблизи же мундштука начинается значительное передвижение массы, а именно внутренние ее слон опережают пери­ ферийные слои, так как путь перемещения последних больше пути перемещения внутренних слоев. Подобное расслоение нормально, так как оно не может быть лик­ видировано в силу самой сущности процесса формова­ ния выдавливанием.

Продвижение массы через мундштук связано со сложными ее деформациями. Поршень пресса переме­ щает массу вдоль оси цилиндра; этому препятствует сопротивление, возникающее в результате трения массы о стенки и внутреннего трения массы, деформирующей­ ся в раструбе мундштука. Это сопротивление и служит причиной возникновения сжимающего напряжения, уплотняющего массу. Величина сжимающего напряже­ ния уменьшается по направлению к мундштуку вслед­ ствие внешнего трения массы о стенку цилиндра и возникновения предельного напряжения сдвига. В резуль­ тате этого плотность массы убывает в том же

84

направлении. Участок основной деформации массы рас­ положен в раструбе мундштука. При недостаточной пластичности на этом участке сплошность массы нару­ шается, в результате чего происходит разуплотнение и

структуры. В процессе перемещения массы анизометрич-

т. е. вдоль действия усилия формования, тогда как при подпрессовке в цилиндре эти частицы располагаются длинной гранью перпендикулярно его оси, т. е. перпен­ дикулярно направлению прессового давления. Чем мень­ ше анизометричность зерен и короче путь их перемеще­ ния, тем структура изделия менее анизотропна [Л. 5-1].

При выходе массы из мундштука опережение вну­ тренними слоями периферийных должно прекращаться. Но внутренняя часть материала, следуя за вышедшим из мундштука материалом с большей скоростью, пере­ дает ему эту скорость. В результате этого на периферии возникают растягивающие усилия, которые могут npn-'V вести к образованию поверхностных трещин. К способам ликвидации этого дефекта относятся уменьшение сопро­ тивления истечению путем снижения степени обжатия материала при выдавливании и уменьшение коэффици­ ента трения массы о стенки мундштука. Упругое рас­ ширение при выходе массы из мундштука также может вызывать образование трещин. Уменьшая скорость вы­ давливания (истечения массы), этот дефект можно пре­ дотвратить, по-видимому, в результате релаксации вну­ тренних напряжений [Л. 5-19]. Усилие выдавливания через мундштук зависит от структурно-механических свойств массы [Л. 5-20]

или

85