ХИМИЧЕСКАЯ технология керамики и огнеупоров

Рис. 21. Типы фарфоровой лабораторной посуды:

а – ступка; б – пестик; в, г – соответственно низкие и высокие тигли; д – стакан; е – чашка; ж – кружка

Нагревательные приборы. В большинстве современных лабораторий в качестве источника теплоты широко применяют электронагревательные приборы, характеризующиеся простотой и удобством регулирования температуры нагрева (от комнатной до 1100° С и выше) и отсутствием открытого огня.

Электрические плитки (рис. 22, а) с закрытой спиралью используют для нагрева различных сосудов (стаканов, колб), а также в качестве нагревательного устройства в жидкостных, песчаных и воздушных банях. Электроплитки обеспечивают нагрев до температуры 350...400° С. В некоторых конструкциях электроплиток регулирование степени нагрева ступенчатое.

Электрические водяные и паровые бани (рис. 22, б) служат для нагрева и выпаривания растворов различных веществ при температуре до 100° С. Водяная баня состоит из алюминиевого сосуда, установленного на электроплитку. Сосуд оборудован отводной трубкой для контроля уровня воды в нем. Электрические бани, заполненные другими жидкостями (глицерином, маслом), позволяют проводить нагрев до более высоких температур, определяемых тепловыми характеристиками жидкости. Жидкостные бани обеспечивают равномерный нагрев и исключают возможность перегрева материалов.

30

статы применяют в тех случаях, когда требуется длительное время поддерживать строго определенную температуру нагреваемого объекта. Термостаты – это сосуды, заполненные водой и снабженные электронагревателем и насосом, который обеспечивает постоянную циркуляцию воды. Температура в термостате поддерживается на заданном уровне с погрешностью не более 0,1° С контактным термометром, периодически включающим и выключающим электронагреватель.

Сушильные шкафы предназначены для высушивания образцов материалов при подготовке их к испытаниям. Шкафы выпускают различных типов, отличающихся один от другого температурой в рабочей камере, размерами и другими параметрами. В строительных лабо-раториях максимальная температура сушки в шкафах колеблется от 200 до 350° С. Шкафы снабжены терморегуляторами, позволяющими устанавливать температуру во внутреннем пространстве в необходимых пределах.

Корпус сушильного шкафа (рис. 23) выполнен из нержавеющей стали и окрашен жаростойкой краской.

Для нагревания шкафа до заданной температуры включают обогреватель; при этом загорается сигнальная лампа. На сенсорной панели терморегулятора устанавливают требуемую температуру

31

нагрева. Когда температура внутри шкафа превысит заданное значение, терморегулятор выключит нагреватель; при этом сигнальная лампа погаснет. Как только температура в рабочей камере шкафа станет ниже заданной, терморегулятор снова включит нагреватель.

Муфельная печь (рис. 24),

используемая для прокаливания материалов, состоит из металлического корпуса, внутри которо-

го размещена огнеупорная керамическая камера – муфель. На наружной поверхности муфеля намотан нагревательный элемент, закрытый огнеупорной обмазкой. Пространство между муфелем и корпусом печи заполнено асбестовой теплоизоляцией. Загрузочное отверстие печи закрывается дверцей с огнеупорным керамическим вкладышем, который плотно входит в муфель, изолируя печное пространство от потерь теплоты. В дверце находится смотровое отверстие с заслонкой. Температуру внутри печи регулируют, изменяя напряжение, подаваемое на нагревательный элемент. Контролируют температуру термоэлектрическим

термометром.

Прессы для испытания керамических материалов. Прессы – машины статического действия, которые создают равномерное, возрастающее с требуемой скоростью, усилие, достигающее больших значений (до 100 МН). С помощью прессов определяют проч-

ность материалов.

Основная характеристика пресса – создаваемое им максимальное усилие. По виду привода прессы бывают гидравлические, механические (винтовые, фрикционные) и гидромеханические. При испытании строительных материалов чаще всего применяют гидравлические и винтовые прессы с максимальным усилием от 25

до 5000 кН.

32

Устройство прессов. Станина 1 прессов (рис. 25) вместе с траверсой 3 и двумя стойками 2 служит основанием для всего механизма и опорой для неподвижной плиты 4. Нагружающий механизм, который создает требуемое усилие, состоит из электродвигателя 9, преобразующего устройства (масляного насоса 8 у гидравлического пресса или редуктора 11 с фрикционной муфтой у винтового пресса) и опорных плит 4 и 5.

В прессах с гидравлическим приводом (рис. 25, а) для передачи усилия на подвижную опорную плиту 5 используется рабочая жидкость, обычно минеральное масло. Масло из бака насосом 8 высокого давления подается в гидроцилиндр, вмонтированный в станину пресса. Масло в гидроцилиндре передает давление на поршень 6, на котором помещается нижняя подвижная плита 5 пресса. Поршень имеет относительно большую площадь F, поэтому, по закону Паскаля, давление масла рм создает на поршне большое

усилие: Р = рмF.

В прессах с винтовым приводом (рис. 25, б) усилие на подвиж-

ную плиту 5 передается грузовым винтом 10, который приводится во вращение электродвигателем 9 через редуктор 11 с фрикционной муфтой и червячную передачу 12.

Благодаря редуктору и червячной передаче частота вращения винта (и соответственно скорость его поступательного движения вверх) во много раз меньше частоты вращения электродвигателя, но при этом во столько же раз больше становится усилие, создаваемое винтом, по сравнению с усилием, развиваемым электродвигателем.

Фрикционная муфта обеспечивает мягкую связь грузового винта с электродвигателем, предохраняя последний от перегрузок.

Часто параллельно с электродвигателем применяют приспособление для ручного нагружения, позволяющее с любой малой скоростью создавать и фиксировать усилие с большой точностью.

Силоизмерительное устройство 7 прессов предназначено для измерения действующего на образец усилия. По конструкции силоизмерители могут быть рычажно-маятниковые, пружинные (торсионные) и гидростатические.

В рычажно-маятниковом силоизмерителе (рис. 26, а) давление масла на плечо рычага 6 уравновешивается отклоняющимся от положения равновесия маятником 5. Маятник соединен с указательной стрелкой 3, показывающей измеряемое усилие на шкале 4. В конструкциях таких силоизмерителей различных прессов используют систему из нескольких рычагов, в результате чего сила, которую должен уравновесить маятник, уменьшается в десятки и даже сотни раз.

Рис. 26. Схемы силоизмерителей:

а– рычажно-маятникового; б – пружинного:

1– шток; 2 – поршень; 3 – стрелка; 4 – шкала; 5 – маятник; 6 – рычаг, воспринимающий нагрузку; 7 – рейка; 8 – тяга; 9 – пружина

34

В пружинном и торсионном силоизмерителях давление масла на поршень уравновешивается каким-либо упругим элементом (пружиной или торсионом). В пружинном силоизмерителе (рис. 26, б) под давлением масла поршень 2 гидроцилиндра давит на шток 1 и смещает рычаг, на другом плече которого установлена пружина 9. При повороте рычага пружина растягивается и уравновешивает приложенное к нему усилие, при этом растяжение пружины пропорционально этому усилию. Вместе с верхним концом пружины перемещается тяга 8, соединенная с зубчатой рейкой 7. Рейка поворачивает шестеренку и установленную с ней на одной оси указательную стрелку 3. Недостаток пружинных силоизмерителей – изменение со временем упругой характеристики пружины, в результате чего меняется точность измерения усилия.

1.3. Методика отбора средних проб сырья и материалов

Сырьевые и другие исходные материалы, поступающие в производство, обязательно подвергаются входному контролю, так как от их качества зависят основные показатели готовых керамических изделий, количество технологических отходов и брака. Перечень и количественные показатели контролируемых параметров определяются технологическим процессом производства и могут меняться в зависимости от уровня автоматизации, схемы технологического контроля и других факторов. Анализ сырья выполняется либо в лаборатории на пробах, отбираемых от контролируемого материала, либо автоматически при помощи стационарных анализаторов непосредственно в ходе технологического производства.

Правильность отбора пробы задает достоверность определения качества сырья. Отобранные пробы материала должны быть небольшими и в то же время достаточно представительными с тем, чтобы с заданной точностью отражать физико-химические свойства всей массы материала. Такие пробы обычно называют средними.

Проверка представительности отобранных проб значительно затруднена сложностью получения истинных характеристик контролируемого материала. Пробы следует отбирать с особой внимательностью и строго по инструкции, так как не всегда возможно повторить пробу.

35

Пробы подразделяют на первичные, отбираемые от всей партии материала, и лабораторные, используемые для соответствующих испытаний. Первичную пробу сырья отбирают при его приемке, осуществляемой партиями, количество материалов в которых определяется ГОСТом на соответствующее сырье.

Отбор пробы выполняют по определенным правилам и методикам, составленным в соответствии с действующими стандартами и техническими условиями. Технология отбора пробы зависит от физического состояния сырья (кусковое, жидкое и порошкообразное), а также от способа доставки и хранения сырья.

При отборе средней пробы кускового материала необходимо учитывать, что составы крупных и мелких кусков могут различаться. Поэтому нужно отбирать различные по крупности куски примерно в таком соотношении, в каком они содержатся в поступившей партии сырья. Кроме того, следует учитывать, что при транспортировке кускового сырья происходит его расфракционирование, т. е. разделение по крупности и плотности. Проще производится отбор проб сыпучих и молотых неслипшихся материалов.

Сырьевые материалы отбирают ковшами, совками или специальными пробоотборниками (щупами) с определенной глубины из разных точек, расположенных на равном расстоянии, получая так называемую точечную пробу. Горизонтальное расположение, глубина и количество точек, а также масса точечной пробы устанавливаются ГОСТами на конкретный сырьевой материал применительно к месту отбора проб (вагон, автомобиль, склад). Количество точечных проб для разных материалов колеблется от 8 до 20, масса точечной пробы – от 0,3 (обогащенный каолин) до 25–27 кг (кусковой полевой шпат).

Точечные пробы смешивают, получая объединенную пробу. Количество материала в этой пробе зависит от размера поступившей партии и вида сырья, его однородности, а также от количества и вида методов испытаний сырья. Так, масса объединенной партии глин должна быть не менее 3 кг, кусковых кварц-полевошпатовых материалов – не менее 150 кг.

Если материал находится в таре (мешках, ящиках), то общую пробу составляют из примерно одинаковых порций, взятых от каждой тары или по принятой схеме (если мешков много).

При отборе средней пробы жидких дисперсных систем (шликеров, глазурных суспензий) следует учитывать, что они даже при

36

непродолжительном выстаивании способны расслаиваться, поэтому их пробы следует отбирать сразу же после интенсивного перемешивания. Средние пробы обычно получают смешиванием нескольких порций суспензий, отобранных из различных по глубине слоев.

Пробы керамических шликеров и суспензий отбирают пипеткой, трубкой или специальными пробоотборниками в виде черпаков или кружек со специальными крышками.

Отдельно отобранные пробы сливают в специально подготовленную емкость для усреднения и дальнейшего использования для анализа.

Отобранная проба сырьевых материалов, как правило, существенно превышает то количество материала, которое непосредственно используют для испытаний.

Поэтому хорошо усредненную, достаточно измельченную и объединенную пробу сокращают и превращают в среднюю лабораторную. На предприятиях сокращение проб производят механическим способом с помощью желобчатого делителя, в лабораторных условиях используют методы квартования или квадратования.

Рис. 27. Порядок квартования материала при получении средней лабораторной пробы

При квартовании подготовленную пробу помещают на чистый фанерный лист и разравнивают в виде усеченного конуса, диска или квадрата. Затем полученную фигуру двумя перпендикулярными линиями, проходящими через центр, делят на четыре равные части (рис. 27). Две любые противоположные четверти удаляют, а две другие после тщательного перемешивания и разравнивания снова делят на четыре части. Последовательным квартованием отобранный материал сокращают до количества, требуемого для проведения испытаний.

37

В случае исследования тонкомолотых материалов можно применить метод квадратования, при котором пробу разравнивают тонким слоем в виде квадрата или прямоугольника и делят на небольшие равные квадраты. Затем из центра каждого или каждого второго квадрата шпателем отбираются небольшие порции материала и усредняются путем тщательного перемешивания. После сокращения лабораторную пробу делят на две части: одну часть отправляют на испытание, а другую (контрольную) помещают в закрытую тару для хранения на случай повторных или арбитражных испытаний.

Пробы должны быть снабжены этикетками, на которых указываются наименование, месторождение и марка материала, предпри- ятие-поставщик, дата и место отбора пробы.

38