Файл: Справочник понаилучшим доступным технологиям и т с 4 2 0 1 5.pdf

46
2.1.3.3
Смешивание компонентов и получение формовочных масс
Продолжительность, порядок и интенсивность смешения оказывают значитель- ное влияние на свойства массы и, следовательно, конечного продукта. Подготовлен- ные сырьевые материалы в заданном соотношении — шихту смешивают и гомогенизи- руют до получения требуемой однородности смеси. В различных отраслях производ- ства керамических изделий смешивание может быть как непрерывной высокопроизво- дительной операцией, так и тщательно контролируемым периодическим процессом, проводимым в небольших масштабах. Дозирование может быть объемным (например, при помощи устанавливаемых на ленточном конвейере ящичных питателей) и массо- вым (при помощи винтовых питателей, связанных с весовым транспортером).
Для большинства операций по формованию применяют массы с определенным содержанием воды или связки. Такие добавки, как пигменты, пеногасители и связую- щие, также необходимо тщательно распределять. При производстве огнеупоров свой- ства некоторых видов изделий оптимизируют путем подбора зернового состава шихты.
В настоящее время широко применяют автоматическое дозирование при помощи пита- телей с электронным управлением, что позволяет быстро регулировать состав массы
[84], [88].
Смесители непрерывного действия. Двухвальные смесители широко распро- странены в технологии кирпича и огнеупоров и представляют собой корыта, где уста- новлены вращающиеся навстречу друг другу валы. На валах под углом жестко закреп- лены лопасти. Расположение лопастей на вращающихся валах обеспечивает интен- сивное перемешивание и продвижение массы к разгрузочному отверстию.
Для глубокого перемешивания глины с водой и вводимыми добавками применя- ют бегуны, их действие было описано выше. При сухом смешении обычно вращается под, а ось катков (тяжелые стальные или гранитные колеса холостого хода) неподвиж- на; при мокром — под неподвижен, а катки вращаются вокруг вертикальной оси.

47
Смесители с вращающейся чашей действуют по тому же принципу, что и боль- шие бетономешалки. Их загрузку индивидуальными компонентами в отмеренных коли- чествах производят во время вращения чаши, для более глубокого перемешивания ис- пользуют скребки, лопатки и экраны. В подобных смесителях перемешивают гранули- рованную глину с высокодисперсными порошками.
Смесители-бегуны представляют собой устройства с неподвижной чашей и вра- щающимся центральным валом, на котором установлены лопасти или катки, соверша- ющие планетарное движение по дну чаши. Эффективность смешения в этих устрой- ствах такая же, как и в смесителях с вращающейся чашей.
Смесительные бассейны, оснащенные лопастными или пропеллерными мешал- ками, применяют для смешивания различных видов литьевых шликеров и суспензий.
Хотя в состав шликеров обычно вводят стабилизаторы, перемешивание в смеситель- ном бассейне или в резервуаре для хранения шликера необходимо продолжать во из- бежание образования осадка [88], [95], [96].
При подготовке сырьевых материалов возможно образование эмиссий различно- го характера. Прежде всего сюда относятся организованные и неорганизованные вы- бросы пыли, связанные с работой измельчительного и смесительного оборудования.
В случае применения «мокрых» способов подготовки сырья и масс возможно образо- вание производственных сточных вод. Процессы, предполагающие тепловую обработ- ку сырья или масс (прокаливание, распылительная сушка), могут сопровождаться вы- бросами газообразных веществ в результате как сгорания топлива, так и физико- химических превращений, протекающих в самом материале. Значимым фактором на этом переделе также оказывается шум. Образующиеся на данной стадии производ- ственные отходы практически полностью возвращаются в технологический процесс, за исключением отработанных узлов и деталей оборудования (фильтры, мелющие тела и пр.), которые требуют иных решений (в ряде случаев и размещения на полигонах).
2.1.3.4
Формование изделий
Изделия традиционной керамики всегда формовали из сырьевых материалов, находящихся в пластичном состоянии, и в течение нескольких тысячелетий эту опера- цию выполняли вручную. В настоящее время применяются строгие требования к таким свойствам изделий, как постоянство размеров, плотность, прочность, долговечность, термостойкость и т. д. В некоторых случаях на первый план выходят также эстетиче- ские качества. Способ формования заготовок оказывает большое влияние на свойства

48 конечного продукта, поэтому в различных отраслях производства керамических изде- лий возникло множество приемов формования [84], [91].
2.1.3.4.1
Полусухое прессование
Прессование на механических прессах. Механические прессы до сих пор при- меняют при изготовлении кирпича (полусухое прессование) и огнеупоров. В форму за- гружают определенный объем пресс-порошка и прикладывают давление сверху и сни- зу, движение штампов осуществляется эксцентриком при помощи тяжелых маховиков.
Прессование на фрикционных прессах. Механические фрикционные (винто- вые) прессы применяют в основном при производстве огнеупоров, хотя их постепенно вытесняют гидравлические прессы.
Прессование на гидравлических прессах. Современные гидравлические прес- сы обеспечивают высокое усилие сжатия, хорошую производительность, постоянное качество и легко поддаются настройке. Многие модели прессов оборудуют электрон- ными устройствами контроля, которые позволяют контролировать высоту заготовок и автоматически изменять режим работы пресса для обеспечения постоянства разме- ров. Такие прессы несложно регулировать для удовлетворения различных требований, включая прессование по программируемым режимам, применяемое при изготовлении огнеупорных изделий сложной формы. Гидравлические прессы широко используют при формовании плоских изделий. При производстве керамической плитки увлажненный порошок (влагосодержание 5 % — 7 %) прессуют в неглубоких формах. Давление прессования составляет 25–45 МПа для производства строительной керамики и до
100
МПа для производства некоторых видов технической керамики.
Ударное прессование (трамбование). Трамбование представляет собой высо- коэнергетическое формование путем пневмомеханического высокоскоростного удара штампом по засыпанному в форму порошку. Этот прием обычно используют при про- изводстве специальных огнеупорных изделий.
Изостатическое прессование. Некоторые виды изделий сложной формы высо- кого качества требуют равномерного уплотнения, добиться которого можно путем при- ложения давления со всех сторон заготовки. При использовании пресса-изостата по- рошок загружают в полости между металлической или пластмассовой формой и герме- тичной резиновой оболочкой. Давление на порошок передают через жидкость (воду или масло) и резиновую оболочку, в результате чего происходит обжатие заготовок по большой площади поверхности. После сброса давления заготовки выгружают из форм.
Этот способ применяют в производстве огнеупоров и технической керамики, а также

49 при изготовлении посуды сложной плоской формы. Используют изостаты (гидростаты), развивающие рабочее давление прессования до 200 МПа.
2.1.3.4.2
Пластическое формование
Пластическое формование — способ формования масс, находящихся в состоя- нии пластичности. Для пластичных формовочных масс на основе глин характерно со- держание связки (влажность) 15 % — 25 %. Основные разновидности пластического формования: протяжка, раскатка, штамповка.
Протяжку (экструзию) широко применяют при производстве керамического кир- пича и камня. Этот процесс также используют для получения полуфабрикатов — «ва- люшек» («скалок») с последующей допрессовкой (штамповкой) при изготовлении огне- упорных изделий и полуфабрикатов для формования посуды и изоляторов. Протяж- ка — основной способ формования длинномерных изделий постоянного сечения
(труб), а также некоторых видов плиток.
Такой способ удобен для организации непрерывного выпуска с высокой произ- водительностью и хорошо подходит для изготовления перфорированных изделий, включая крупные легковесные строительные материалы (крупноформатные блоки).
Наиболее распространенный экструдер или ленточный пресс (пресс-агрегат) — аппарат, оснащенный смесителем, вакуумной камерой и собственно шнековым прес- сом со сменным формующим мундштуком. Вакуумирование повышает пластичность массы и облегчает получение бездефектных заготовок. Формующее давление состав- ляет от 1,5 до 10 МПа [97]. В технологии технической керамики применяют поршневые экструдеры.
Для формования плоской и некоторых видов полой посуды (тарелок, блюдец, пиал и т. п.), имеющих форму тел вращения, используют раскатку пластичных загото- вок на гипсовых или пластмассовых формах с помощью формующих роликов или шаб- лонов. Прообразом современных полуавтоматов и формующих узлов автоматизиро- ванных линий являлся гончарный круг.
2.1.3.4.3
Шликерное литье
Этот способ широко распространен в производстве в основном полых (оболоч- ковых) изделий сложной формы: посуды, декоративных и санитарно-технических изде- лий, а также огнеупоров особого назначения и технической керамики. Тонкоизмельчен- ный материал затворяют водой до образования шликера, который заливают в пори- стую форму, обычно изготавливаемую из гипса. За счет капиллярного всасывания на

50 внутренней поверхности формы происходит удаление воды из шликера и образование плотной отливки. При достижении необходимой толщины стенки шликер сливают из формы и образовавшуюся в форме заготовку выдерживают до набора прочности необ- ходимой для ее извлечения. Такой способ шликерного литья называют сливным и ис- пользуют для формования тонкостенных изделий. При наливном способе, используе- мом для формования толстостенных изделий, масса набирается в полости между дву- мя стенками формы и полностью ее заполняет.
Санитарно-технические изделия имеют довольно большие толщины стенок. По- этому их формуют как обычным литьем в гипсовых формах, так и на установках для литья под давлением с использованием полимерных форм. Шликерное литье под дав- лением (0,3–1 МПа) позволяет ускорить набор массы в несколько раз и приводит к об- разованию более качественных полуфабрикатов.
Для формования малогабаритных изделий технической керамики сложной фор- мы из непластичных материалов (оксидов, карбидов, нитридов и т. д.) используют спо- соб горячего литья шликеров на основе расплавов термопластичных полимеров (па- рафина, воска, полиэтилена и др.). Шликер впрыскивают в металлическую форму, охлаждаемую естественным или принудительным образом. В результате полимериза- ции заготовка в течение короткого времени приобретает достаточную прочность для извлечения из формы и механической обработки. Недостатком способа является необ- ходимость организации отдельной и длительной стадии удаления связки, сопровожда- емого выделением вредных веществ разлагающихся полимеров.
Обсуждая факторы воздействия на окружающую среду на участке формования, в первую очередь следует упомянуть выбросы пыли и шум, характерные для полусухо- го прессования. Образование сбросов производственных сточных вод возможно в слу- чае использования шликерного литья. Образующиеся на данной стадии твердые про- изводственные отходы представляют собой брак полуфабриката, который полностью возвращаются в производство, и отработанные формы (пресс, литьевые), которые, как правило, утилизируют или размещают на полигонах.
2.1.3.5
Сушка
Сушкой называют технологическую стадию, на которой происходит процесс уда- ления влаги из полуфабриката испарением. Так как временная технологическая связка обычно вводится в материал в виде водных растворов (в материал на основе глин — в виде воды), то сушка характерна для подавляющего большинства технологий керами- ки.