Дипломная работа: Керамические строительные материалы и изделия

Зависимость коэффициента сжатия от величины прес­сового давления выражают уравнением прессования. Для глиняных грубозернистых порошков наиболее удов­летворительное совпадение с опытом дает уравнение вида

где З величина прессового давления; а и n— константы, опреде­ляемые экспериментом.

Графическую зависимость между осадкой и удель­ным давлением прессования изображают в виде ком­прессионной кривой. Она является основной характери­стикой деформативных свойств (прессуемости) порош­ка. Компрессионные кривые некоторых порошков при­ведены на рис. 98. Из графика видно, что с увеличением удельного давления и влажности осадка возрастает.

Рис. 98. Зависимость между осадкой и удельным давлением прессования глиня­ного порошка при его влажности (в% ) 1—0,004; 2—8,1; 3—11,15; 4—13,25; 5—15,95

Рис. 97. Схема к определению по­нятия «осадки»

По мере возрастания давления осадка сначала интенсивно развивается, затем начинает затухать и при достижении некоторого давления, характерного для каждого порош­ка с данными свойствами, почти полностью прекраща­ется. Это указывает на то, что для каждого порошка с присущими ему прессовочными свойствами существует определенное давление, превышать которое не имеет смысла, так как за его пределами дальнейшего уплот­нения прессовки почти не происходит.

Прессовое давление, приложенное к штампу, затуха­ет в направлении толщины изделия. Закон распределе­ния давления по толщине прессуемого изделия выража­ется уравнением

где Р_Н – давление на расстоянии Н от пуансона; Р₀ – давление у пуансона; R–гидравлический радиус прессовки

Перепады давления и плотности по толщине прессовки могут быть снижены пластификацией порошков повышением влажности (технологической связки), введением ПАВ, смазывающих веществ и подогревом пресс-формы. Эти же мероприятия снижают неравноплотность в горизонтальных направлениях.

На равноплотность прессовки очень большое влияние оказывает режим прессования. По направленности прессовых усилий различают прессование одностороннее (рис.99,а) и двусторонние (рис.99,б), по кратности их приближения– однократное и многократное прессование, по интенсивности приложения—ударное и плав­ное прессование.

Двухстороннее прессование уменьшает степень неравноплотности прессовки, поскольку путь необходимого перемещения штампа, т. е. величина Н в уравнениях (92) и (93), сокращается вдвое. Поэтому современные прессы изготовляют с двухсторонним прессованием да­же для формования сравнительно тонких изделий.

На рис. 99, б показана схема двухстороннего прессо­вания, осуществляемого при помощи двух подвижных штампов. Но двухстороннее прессование может быть также при одном подвижном штампе и плавающей (сво­бодно-подвижной) форме, как это показано на рис. 100. В этом случае нижний штамп неподвижен, а форма мо­жет перемещаться относительно штампов, для которой они являются направляющими.

При многократном (ступенчатом) прессовании чере­дуются между собой стадии нагрузки, когда штамп да­вит на порошок, со стадиями разгрузки, когда штамп несколько приподнимается и прессовка освобождается от прессующего давления.

Факторы, определяющие качество прессовки, в зна­чительной степени зависят от длительности приложения прессующей нагрузки. Наихудшие результаты получа­ются при ударном прессовании, наилучшие—при плавном приложении нагрузки. При этом увеличивается плотность прессовки, возрастает ее равноплотность, снижается упругое последействие и воздух наиболее полно удаляется из прессуемого порошка.

Для изделий, спрессованных из порошков, харак­терными являются так называемые трещины расслаива­ния. Они возникают на боковых поверхностях прессов­ки, перпендикулярно направлению прессующего усилия (рис. 102), и выводят изделия в брак. В производствен­ном обиходе их возникновение объясняют обычно «пере-

Рис. 102. Трещины расслаива-ния в изделиях полусухого прессования

прессовкой» изделия, что указывает на чрезмерно боль­шое прессовое давление, которое якобы и является причиной их возникновения. Однако в действительности механизм их возникновения гораздо сложней. Непосред­ственной, ближайшей причиной возникновения трещин расслаивания является упругое расширение прессовки. Расширение является деформацией, а всякая деформа­ция происходит в результате действия каких-то сил. Природа этих сил, возникающих в спрессованном изде­лии и вызывающих его упругое расширение, объясняется отдельными авторами по-разному. Чаще всего их воз­никновение объясняют упругим расширением запрессо­ванного воздуха (первый фактор ) и упругим сжатием самой формы (второй фактор ), в которой прессуется изделие. Оба эти фактора, несомненно, играют опреде­ленную роль в возникновении трещин расслаивания. Но, кроме того, в работе серией оригинальных опытов было показано, что в действительности отдельные участ­ки прессуемого изделия при одном и том же коэффициенте сжатия и при одном и том же общем прессовом дав­лении получают неодинаковое уплотнение и стараются сместиться в отношении друг друга. В силу этого в из­делии возникает «барический рельеф» (третий фактор ), соответствующий различным давлениям и смещениям, которые испытывали отдельные участки изделия во вре­мя его прессования. Напряжения этих смещений и явля­ются зародышами трещин расслаивания.

В соответствии с изложенными представлениями для предотвращения трещин расслаивания рекомендуется применять порошки с возможно большей однородностью зерен по их крупности и, во всяком случае, с удалением из порошка более крупных зерен, оказывающих наиболь­шее сопротивление сжатию. Повышение влажностной однородности порошка также будет снижать его склон­ность к образованию трещин расслаивания, так как со­противление порошка сжатию зависит не только от его гранулометрического состава, но и от его влажности.

Влияние барического рельефа на образование трещин расслаивания не исключает участия в их образовании и запрессованного воздуха, что было подтверждено спе­циальными исследованиями, которыми было уста­новлено, что не весь воздух, содержащийся в порошке, вытесняется из него при прессовании. Подавляющее большинство воздухопроводящих каналов в периферий­ной части прессовок закрывается при сравнительно низ­ких давлениях—0,5 МПа при влажности порошка 10% и 5 МПа при влажности 8—10%. Коэффициент запрес­совки воздуха в порошке К_з.в — доля запрессованного воздуха в общем его объеме в порошке при прессовании тонкозернистых глинистых порошков—находится в пре² делах 0,37—0,715. Возрастание скорости прессования (переход от гидравлических прессов к рычажным) уве­личивает Кз.в на 20—50%.

Увеличение влажности порошка повышает внутрен­нее давление запрессованного в нем воздуха. Давление его внутри прессовки (при W =10—12%) достигает поч­ти 10 МПа, в то время как при влажности порошка 6—8% давление запрессованного воздуха не превышает 2 МПа. Высокое давление воздуха во влажных порошках приводит к возникновению в прессовках растягивающих напряжений и как следствие к образованию трещин рас­слаивания. В связи с этим некоторые специалисты реко­мендуют прессовать кирпич из порошков пониженной влажности (7—8%), но при более высоких давлениях— 40 МПа.

При медленном прессовании запрессованный воздух более равномерно распределяется в прессуемом порош­ке, в результате чего предотвращается образование от­дельных, более опасных зон, в которых усилия превы­шают прочность прессовки в момент конца ее сжатия.

Грубозернистые отощенные порошки обладают мень­шим К_з.в = 0,303— 0,57; интервал давлений, в которых происходит вытеснение воздуха, растянут у них до 10 МПа, упругое расширение у них ниже—не превыша­ет 4,5%. Поэтому упругое расширение в момент снятия давления у таких порошков почти не происходит и, сле­довательно, процесса расслаивания не наблюдается.

Четвертым фактором , обусловливающим упругое расширение прессовки, являются упругие деформации плоских глинистых частиц. Поэтому склонность к рас­слаиванию прессовок возрастает с увеличением содер­жания глинистой части в порошке.

Для полусухого прессования строительного кирпича серийно изготовляют пресс СМ-01, который является рычажным прессом двухстороннего ступенчатого прессо­вания.

Особенностью этого пресса является то, что подвиж­ные штампы у него только верхние, а двухстороннее прессование они осуществляют при помощи плавающей формы, которая является «манжетом» для нижних не­подвижных штампов. Пресс отличается хорошим запа­сом прочности, в силу чего он работает устойчиво. На некоторых действующих заводах продолжают еще рабо­тать прессы СМ-198 (АМ-11), а также СМ-143. Послед­ние выпускают для производства шамотного кирпича и по режиму прессования мало пригодны для нешамоти-рованных глинистых порошков.

3.3. Сушка спрессованного сырца.

На кирпичных заводах полусухого прессования, построенных до 1950 г., сушка сырца в обособленных искусственных сушилках отсутст­вовала. На этих заводах он досушивался в зоне подготов­ки кольцевой печи. В них процесс досушки практически нерегулируем, что приводит к снижению качества кир­пича и к повышенному выходу брака. На заводах, по­строенных в 1950—1955 гг., спрессованный сырец сушат в туннельных сушилках на печных вагонетках. Длитель­ность сушки 16—24 ч. Конечная влажность 4—6%. Теп­лоносителями являются горячий воздух, отбираемый из зоны остывания туннельных печей, а также их отходя­щие газы. Начальная температура теплоносителя 120— 150° С.

3.4. Обжиг спрессованного сырца.

При обжиге сырца, спрессованного из порошкообразной массы, приходится учитывать своеобразие его структуры, ибо механизм об­разования керамического черепка у изделий пластиче­ского и полусухого прессования неодинаков. Рассмотрим различие этого механизма для случая легкоплавких глин. Структуру свежесформованного сырца пластиче­ского формования, т. е. структуру пластичного глиняно­го теста, в самом схематическом приближении можно представить следующим образом (рис. 103, а). Отдель­ные агрегированные кусочки глины, а главным образом их тощая составляющая часть — кварцевый песок, рас­пределены более или менее равномерно в суспензии коллоидной фракции 1 глины. Дисперсионной средой этой суспензии является водный раствор растворимых солей, содер