Виробництво керамічних труб

8.6.1. Сировинні матеріали. Для виробництва керамічних каналізаційних труб застосовують пластичні тугоплавкі та вогнетривкі глини. Ці глини повинні володіти достатньою сполучною здатністю в суміші з непластичними матеріалами та водою утворювати формувальну масу, що після сушіння та випалу здобуває щільний каменеподібний вид. Краща сировина — каолініто-гідрослюдисті і гідрослюдисто-каолінові спікливі глини (артемівська, лукошинська, печорська, федоровська, нижньоувельська) низько - і середнє-температурного спікання з інтервалом спікання більше 60°С. Для зменшення усадки глини, при сушінні та випалі, в маси уводять отощуючі матеріали, в основному, шамот — обпалену глину в порошкоподібному стані (30—40%). При цьому зміст шамоту повинен бути таким, щоб загальна усадка маси не перевищувала 10%. При введенні в маси дрібнозернистого чи низько опаленого шамоту газо- і водопроникність труб зменшується. Для зниження температури спікання та підвищення щільності і механічної міцності труб у масу додають плавні — нефеліновий концентрат, польовошпатові відходи.

Для готування глазурної суспензії, що на трубах при випалі утворить склоподібний шар, використовують в основному легкоплавкі глини з добавкою пегматиту, крейди, марганцевої руди, перліту.

8.6.2. Виготовлення каналізаційних труб. Масу для виробництва труб готують так: глину дроблять у стругачах чи в дробильних вальцях і сушать у сушильному барабані Висушену до вологості 9—11% глину подрібнюють у дезінтеграторах, або у шахтних млинах, відсівають частки більше 2—3 мм і подають у бункер, із якого глиняний порошок дозується тарілчастими живильниками і надходить на конвеєр. На конвеєр дозується з бункера також шамот, здрібнений у кульовому млині безупинної дії і просіяний через сито з отворами 2—3 мм. З конвеєра глиняні і шамотні порошки надходять у сухий двох вальний змішувач, у якому вони протягом 4—5 хв. перемішуються. Потім суміш зсипається в другий (вологий) двох вальний змішувач, куди додається вода (до вологості суміші 18—18,5%) і суміш порошків із водою перемішується ще близько 5 хв.

Приготовлена пластична маса надходить у стрічковий прес, у якому вона ущільнюється та формується у виді бруса. Брус розрізається на заготівлі (валюшки) чи брикети, що подаються в живильники трубних пресів чи до місць їхнього ручного завантаження. Труби формують на вертикальних трубних пресах (рис. 8.6). Максимальна продуктивність і найкраща якість труб досягаються на такому пресі, діаметр циліндра якого трохи більше, ніж зовнішній діаметр труби, що формується. Якщо діаметр труби, що формується, значно менше циліндра преса, знижується продуктивність і прес перегрівається, тому що в його голівці створюється великий протитиск.

Послідовність формування труби на вертикальному пресі показана на рис. рис. 8.6.

Натискаючи на педаль, робітник фіксує рухливий стіл / преса, що знаходиться в крайнім нижнім положенні. Після цей стіл піднімається в крайнє верхнє положення. При зіткненні формувальної тарелі з розтрубом, мундштуки стільця защіпаються. В цей момент включається фрикційна муфта приводу преса і вертикальний вал із насадженими на нього лопатами починає обертатися, проштовхуючи масу із завантажувальної коробки у вакуум-камеру, потім у нижню частину корпуса преса. Продавлюючи в зазор між розтрубом і внутрішньою поверхнею мундштука, маса обтікає таріль, утворюючи розтруб труби.

Рис. 8.6. Формування труби на вертикальному пресі:

а — розтруб, б — стовбур, в — труба відрізана; 1 — стіл преса,

2 — формувальна таріль, 3 — мундштук преса, 4 — дзвін мундштука,

5 — розтруб, 6 — стовбур труби, 7 — відрізний лучок

По закінченні формування розтруба, коли він з'являється з-під обріза мундштука, стіл преса розфіксується під тиском маси опускається вниз і маса, проходячи в зазор між дзвоном і внутрішньою поверхнею (меншого діаметра) мундштука, починає формувати стовбур труби на піднімальний стіл, що опускається 1.

При цьому приводиться в дію лучок 7 з довідковим механізмом, яким і обрізається нижня крайка сформованого розтруба та усередині розтруба робиться нарізка, що складається не менш чим із п'яти канавок глибиною не менш 2 мм, а також закочуються та загладжуються торці розтруба до радіуса.

Відформовану трубу відрізають, а стіл опускають на рівень, що забезпечує відрив труби від мундштука преса. Преси обладнані механізмами для оправлення розтруба в період формування стовбура, а стовбур труб оправляють на довідковому механізмі після того, як труба знята з преса. Іноді механізми для оправлення стовбура встановлюють на пресі.

Для формування керамічних труб на вертикальних вакуумних пресах мундштук виготовляють із фанери. До нього приклеюють фігурні деталі з клеєної деревини, що утворюють, при формуванні, поверхню зовнішньої частини розтруба труби. Мундштуки можна виготовляти з металу, у цьому випадку при зносі його внутрішньої поверхні її наварюють, а потім виточують потрібний профіль. Дзвін для утворення в процесі формування внутрішньої поверхні труби виготовляють із металу.

Дефекти. При формуванні каналізаційних труб стовбур труби може мати хвилясту поверхню через вібрацію преса чи піднімального столу, неправильного розташування лопат шнека, великої вологості маси, низької установки дзвону, неправильного зрівноважування столу преса. На внутрішній поверхні стовбура труби нижче плічка на 10—20 мм може утворюватися кільцева (венчикова) тріщина через неправильну установку дзвону по чи висоті великого кута нахилу зовнішньої поверхні конусної частини розтруба. Тріщини під розтрубом можуть утворюватися через різні швидкості виходу труби та опускання столу чи через вироблення форми.

Сушіння. У процесі сушіння закріплюється форма труб, вони здобувають механічну міцність. Після сушіння труби можна транспортувати та установлювати на грубні чи вагонетки безпосередньо в піч для випалу, не побоюючись деформації. Сушіння повинне проводитися при оптимальних режимах, щоб не відбулося деформації труб і на них не утворилися тріщини.

Для прискорення сушіння труби кантувачем установлюють розтрубом нагору, тому що в цьому випадку стовщена частина труби — розтруб, переміщаючи в сушарці, знаходиться в більш гарячих шарах теплоносія в порівнянні зі стовбуром, при цьому труба висушується рівномірно по всій довжині.

Труби сушать у тунельних чи конвеєрних сушарках. Спосіб двостадійного сушіння зберігся ще на деяких заводах, що випускають труби діаметром більш 400 мм. На першій стадії труби сушать (підв'ялюють) у цеху від 18—19 до 14—15% залишкової вологості, а потім остаточно в тунельних чи камерних сушарках до вологості 2—3%.

У тунельних сушарках труби після підв'ялювання завантажують на вагонетки, що рухаються по рейках чи по монорейці, установленій угорі тунелю. При конвейєрно-потоковому виробництві відформовані і вставлені труби перевертають на 180°, установлюють розтрубом нагору на металеві тарелі та штангами підвішують до розташованих поперек вагонеток траверсам.

Вагонетки з трубами по монорейці передають до відповідного тунелю. Проштовхують вагонетки краном-штовхальником, а відбирають краном-відбирачем, що змонтовані на підвісних траверсних візках і пересуваються уздовж протилежних сторін блоку сушарок. Перед завантаженням чергової вагонетки з відповідного тунелю відбирають вагонетку з висушеними трубами. Сушильні гази подають і відбирають через перфоровані подові бетонні плити, стоянки в стінках тунелів і канали, розташовані в перекриттях кожного з тунелів уздовж усієї його довжини.

У монорельсових тунелях вентиляційна система створює примусові вертикальні потоки теплоносія, спрямовані зверху вниз, із розподіленим підведенням теплоносія і зосередженим відводом. При цьому зменшується перепад температури по висоті тунелю, що дозволяє скоротити термін і підвищити якість сушіння.

У конвеєрних сушарках (рис. 8.7) труби після формування на пресі і установки на металеві тарелі зі штангами підвішують до захоплення, що знаходиться на нескінченному ланцюзі, і подають у сушарку.

Рис. 8.7. Тунельна сушарка

Сушарка являє собою прямокутні камери, розділені перегородками на зони. У перегородках обладнані проходи для конвеєра, у камерах розташовані під подові канали, перекриті плитами з отворами в них для подачі й добору теплоносія. Сушарку розділено на шість зон — три підв'ялювальні і три сушильні. Теплоносій (гаряче повітря із зони охолодження печей чи від газового підтопка) вентилятором подається в під подові канали зон IIIc і ІІс. У наступні зони теплоносій, відпрацьований у даній зоні, із відсмоктуючого підподового каналу примусово направляється протитоком за допомогою рециркуляційних вентиляторів у нагнітальний підподовий канал попередньої по ходу труб зони. Відпрацьований теплоносій із зони цієї відсмоктується вентилятором. В інших конвеєрних сушарках вентиляційна схема може трохи відрізнятися від приведеної.

Наприкінці зони сушіння (у зоні IIIc) розташована глазурувальна камера. Після глазурування труби знову підсушуються в зоні IIIc і передаються на площадку для розвантаження труб із конвеєра й садки їх на випалювальні вагонетки тунельних печей.

Після зняття труб штанги знову вставляють у тарелі, підвішують на конвеєр і подають на установку для миття, де з них змивають залишки глазурі. Пройшовши мийну машину, штанги з тарелями надходять до місця навішення на них сформованих труб.

Глазурування. Сирі глазурі готують спільним помелом вихідних матеріалів у водяному середовищі в кульових млинах періодичної дії до залишку на ситі №0063 не більш 3%. При зливі з кульового млина глазурну суспензію проціджують через сито № 01 і зливають у пропелерну мішалку. Щільність суспензії багатокомпонентних глазурей 1,35—1,41 г/см³. На 1 т обпалених труб витрачається 25— 30 кг сухої глазурі. Труби покривають сирою глазур'ю зануренням чи поливом після сушіння на установках різних конструкцій з наступним сушінням глазурі та випалом труб у печах.

При роботі конвеєра для глазурування труб (методом поливу необхідно стежити за правильним проходженням труб через камеру глазурування й підвісок через камеру мийки. Регулювати положення труб і підвісок на конвеєрі, що рухається, не допускається.

При глазуруванні труб методом занурення використовують вантажозахватний пристрій. Труби перед підйомом надійно закріплюють. При переміщенні в горизонтальному напрямку труби повинні бути підняті не менш чим на 0,5 м вище верхнього краю глазурувальної ванни. Піднімати та переміщати труби потрібно плавно, без ривків і розгойдуванні. При перервах у глазуруванні і по закінченні глазурування труби опускають на розвантажувальну площадку. Звішування труб із країв завантажувальної площадки при її підйомі не допускається. Переключати рух механізму лебідки з прямого ходу на зворотний необхідно тільки при повній його зупинці.

При випалі труб у печах періодичної дії застосовують соляне глазурування. Поварену сіль закидають у топки печей у кінцевій стадії випалу. Сіль при температурах 1190—1260°С в присутності пар води розкладається, луг взаємодіє з поверхнею труб, та утворює тонку прозору склоподібну плівку.

Випал. Для випалу керамічних каналізаційних труб застосовують печі періодичної дії і тунельні.

Недоліки печей періодичної дії — велика витрата палива, тривалий цикл випалу, недостатнє використання грубного об'єму та трудомісткість обслуговування. Печі для випалу труб мають прямокутну чи круглу форму з робочим обсягом випалювальної камери 100—200 м3 і висотою 3—3,5 м. Витрата палива на випал I т труб 210—380 кг, знімання з 1 м3 печі на місяць 1000—1800 кг у залежності від діаметра труб. Тривалість випалу та охолодження до 450 °С 60—80 год.

Тунельні печі більш економічні, цикл випалу труб у них менш тривалий, робота садчиків і вивантажувальників труб проходить у більш легких температурних умовах. У таких печах у визначених зонах по їхній довжині підтримують постійний тепловий режим, а гартовані вироби на вагонетках періодично переміщаються від початку тунелю до його кінця, спочатку нагріваючи до максимальної заданої температури випалу, а потім прохолоджуючи до температури менш 100°С.

Основний недолік тунельних печей — розшарування газових потоків теплоносія по висоті робочого каналу і відповідно по довжині вертикально встановлених на грубних вагонетках довгомірних каналізаційних труб, що приводить до значних перепадів температур у тілі труби, нерівномірності випалу та створенню напруг по довжині труби в різних стадіях процесу випалу.

Для випалу каналізаційних труб найчастіше застосовують тунельні печі (рис. 8.8) довжиною 113—139 м і шириною грубного каналу 1,85—3,1 м. Режим випалу труб у тунельній печі характеризується наступними особливостями.

При завантаженні в піч труб вологістю 1%, коли не потрібно сповільнювати швидкість нагрівання на початку зони підігріву труб для їхнього досушування, швидкість підвищення температури в зоні підігріву печі може бути постійною. Найбільш відповідальний період випалу — охолодження в інтервалі температур 700—500°С. У цьому інтервалі швидкість охолодження знижують до 30—50 град/год., тому що при цьому в черепку труб відбуваються модифікаційні перетворення кварцу, обсяг зерен кварцу збільшується в умовах затверділої склофази.

Рис. 8.8. Тунельна піч

1 — вагонетка, 2 — гартовані труби, 3 — топка

Велика швидкість охолодження приводить до розривів склофази і до появи тріску охолодження. При простукуванні остиглої труби сталевим молоточком вона видає деренчливий звук.

Дефекти. Виникають дефекти від неправильного ведення технологічного процесу.

Венчикова тріщина — кільцева тріщина на внутрішній поверхні стовбура на відстані 10—30 мм від плічка розтруба відбувається через недостатнє ущільнення та розшарування маси плічка при формуванні і при інтенсивному нерівномірному нагріванні труби при сушінні та випалі в період усадки.

Відрив частини маси по площині стовбура відбувається, якщо початковий період сушіння проводять при підвищеній температурі, або якщо в піч завантажують труби підвищеної вологості.

Тріщини на кінцях стовбура та розтруба утворяться при значних перепадах температур по висоті сушарки, інтенсивному та нерівномірному ' нагріванні труби в початковий період випалу та у період спікання.

Виплавки на трубах виникають у результаті застосування сировини із залозистими сполуками (піритом, сидеритом) при недостатньому ступені помелу сировини.

Міхури на поверхні труб з'являються через місцеву перевитрату та спушування маси при підвищенні температури випалу чи прямому ударові полум'я на трубу.

Збирання глазурі обумовлено відхиленням її сполуки від заданого чи взаємодією газів печі з глазур'ю (наприклад, вуглекислого кальцію глазурі із сірчистим газом).

8.7. Виробництво хімічно стійких виробів

8.7.1. Номенклатура і технічні вимоги. До хімічно стійких керамічних виробів відносять вироби, здатні протягом тривалого часу протистояти дії кислот і різних кислих агресивних середовищ, що володіють необхідною механічною міцністю, термостійкістю, корозійною стійкістю. Хімічно стійкі керамічні вироби використовують у хімічній, целюлозно-паперовій, гідролізній, фармацевтичній, текстильній, харчовій і іншій галузях промисловості, у яких роблять чи застосовують агресивні речовини. Термін служби керамічних виробів залежить від характеру середовища і її концентрації. У результаті впливу хімічних речовин на керамічний черепок у ньому утворяться розчинні речовини, що поступово вимиваються, при цьому збільшуються пористість черепка і його водопоглинання, а механічна міцність знижується. При цьому зменшується також хімічна стійкість черепка, тому що при збільшенні пористості та водопоглинання в черепок більше усмоктується хімічних речовин, збільшується площа зіткнення хімічних речовин із складовими частинами черепка, а, отже, черепок руйнується інтенсивніше. Найбільшу агресивність стосовно керамічного черепка має соляна кислота, трохи меншу — сірчана, азотна і винна та найменшу — оцтова. Концентровані кислоти менше роз'їдають черепок, чим розведені.

За призначенням керамічні хімічно стійкі вироби підрозділяють на групи: футерувальні і насадочні вироби, хімічна апаратура. До футерувальних виробів відносять цеглу та плитку.

Кислототривку цеглу застосовують для захисту апаратів і будівельних конструкцій, що працюють в умовах кислих агресивних середовищ, і при футеруванні димарів, що служать для відводу димових газів, що містять агресивні речовини.

Кислототривкі і термокислототривкі керамічні плитки призначено для футерівки реакційних апаратів, вибільних веж, ємностей, апаратів у гідролізній промисловості, целюлозно-варильних казанів, для захисту будівельних конструкцій. У залежності від застосування та призначення плитки виготовляють: керамічні порцелянові, термокислототривкі дунітові, кислототривкі шамотні, термокислототривкі шамотні, кислототривкі для гідролізної промисловості, кислототривкі для будівельних конструкцій. За формою плитки виготовляють квадратні (прямі і радіальні), прямокутні, клинові і спарені.

Кислототривкі керамічні насадки (шамотні, біс шамотні, напівпорцелянові і порцелянові) призначені для заповнення насадочних колон і іншої тепло-масообмінної апаратури, що працює при температурі від 0 до 120°С для кислих середовищ і від 0 до 30°С для лужних. КШ - шамотні). Діаметр і висота кільцевих насадок 15—150 мм;

Вироби хімічної апаратури мають велику номенклатуру; їх підрозділяють на два основних види: апарати без частин, що рухаються, (ємності, вежі теплообмінники) і апарати з деталями, що рухаються, (реакційні апарати з мішалками, насоси, ексгаустери). Форма та розміри апаратів регламентовані відповідними стандартом.

8.7.2. Сировинні матеріали і сполуки мас. Основна сировина для кислототривких виробів — спікливі напівкислі та основні глини помірної, а також високої пластичності, що містять припустиму кількість шкідливих домішок у зернистому стані (колчедану, сидериту, вапняку, гіпсового каменю). Такі глини характеризуються спікливістю при відносно низьких температурах (1100—1200°С) і великим інтервалом спеченого стану (50—100°С).

Цеглу, плитки та насадки виготовляють із напівкислих глин із добавкою шамоту та іноді плавня (нефелінового концентрату, перліту). Кількість шамоту в масі істотно впливає на якість хімічно стійких виробів: із збільшенням його змісту поліпшується технологічність маси — знижується її усадка, полегшується сушіння, але разом із тим зростає водопоглинання, знижуються міцність і кислототривкість виробів. Тому в масу, звичайно, додають 30—35% шамоту. На властивості виробів впливає також тонкість помелу; із зменшенням максимального розміру зерен і збільшенням кількості дрібних зерен шамоту (менш 0,5 мм) збільшуються міцність і щільність виробів, зменшується їхня водопроникність.

Рекомендується зернова сполука шамоту, %: для цегли із зернами розміром від 2 до 3 мм. — 3—5, розміром від 2 до 0,5 мм—40—47, менш 0,5 мм—50—55; для плиток розміром від 2 до 0,5 мм — 50, менш 0,5 мм — 50%.

Хімічну апаратуру виготовляють з основних пластичних глин, що біловипалюються, з інтервалом спеченого стану не менш 100°С. Як добавки вводять шамот, каолін, кварцовий пісок, дуніт, польовий шпат, пегматит, перліт, нефеліновий концентрат. При цьому застосовують складні шихти, які складаються з часів-ярської глини, каоліну, шамоту, кварцу, польового шпату, пегматиту.

У виробництві кислототривких виробів застосовують сирі глазурі. Як вихідні матеріали служать польовий шпат, чи пегматит перліт, кварцовий пісок, глина, що біловипалюється, каолін і деякі добавки, наприклад, доломіт, хромистий залізняк, вуглекислий барій, якими регулюють кислототривкість, температурний коефіцієнт лінійного розширення та інші властивості глазурі. Глазур повинна володіти достатньою термічною стійкістю і не давати цеку, тому що навіть через волосяні тріщини агресивні рідини можуть проникати в черепок і руйнувати його.

Дата добавления: 2014-10-17