Способ изготовления керамических изделий

 

Использование: произволдство изделий строительной керимики на основе легкоплавного глинистого сырья. Сущность изобретения: глинистое сырье из естественных месторождений после первичной обработки подвергают обжигу до температур выше температуры фазовых превращений, но ниже температуры спекания, загружают в форму, нагревают до температур 100-700°С, формуют изделие динамическим прессованием с удельным давлением 50-100 МПа и частотой 2-4 Гц. Физико-механические показатели полнотелого кирпича: предел прочности на сжатие 25-32 МПа, плотность 2,05-2,1 г/см³ водопоглощение 6-8%, морозостойкость 25-40 циклов.

Изобретение относится к керамической промышленности и может быть использовано при изготовлении изделий строительной керамики из легкоплавкого глинистого сырья.

Известен способ изготовления керамических изделий на основе легкоплавких красножгущихся глин путем горячего прессования заготовок при температурах 900-1000^оС, давлении 5-40 МПа и времени приложениия давления 0,5-6 мин [1] Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления изделий строительной керамики на основе легкоплавкого глинистого сырья, включающий гранулирование, обжиг гранул при температуре 950-1050^оС в слое в восходящем потоке продуктов сгорания, затем загрузку сырья при той же температуре в предварительно нагретые до 850-950^оС формы, нагрев до температуры размягчения и формование при давлении 0,2-0,5 кгс/см² катком, нагретым до 800-900^оС и совершающим возвратно-поступательное движение.

Недостатками указанных способов, взятых за аналог и прототип соответственно, являются значительные нерациональные материальные и энергетические затраты, связанные со ступенчатыми нагревами сырья при его подготовке к формованию, а также необходимость использования сложного оборудования для проведения процесса. Кроме того, большая длительность этих процессов снижает производительность устройств.

Целью изобретения является ускорение и упрощение процесса изготовления изделий строительной керамики, снижение затрат ресурсов и повышение качества продукции.

Цель достигается тем, что в способе, включающем измельчение и обжиг легкоплавкого глинистого сырья, загрузку его в нагретую пресс-форму, формование в нагретом состоянии и последующее охлаждение, обжиг сырья осуществляют до температуры выше температуры фазовых превращений, но ниже температуры спекания, загружают сырье в форму, нагретую до температуры 100-700^оС, и формуют изделия многократным динамическим прессованием с удельным давлением 50-100 МПа и частотой 2 Гц.

Способ осуществляют следующим образом. Сначала легкоплавкое глинистое сырье проходит первичную переработку по традиционной схеме, включающей удаление камней и инородных включений камневыделительными вальцами и электромагнитным сепаратором. Затем сырье поступает в дезинтегратор, где измельчается до размера фракции 0,1-5 мм. После дезинтегратора сырье подается в приемный бункер шахтной печи, имеющей три термические зоны с задержкой: верхняя зона 500-600^оС; средняя зона 600-800^оС; нижняя зона 1000-1200^оС.

В приемном бункере печи в результате теплового удара из контактного слоя массы удаляется большое количество свободной влаги. Обезвоженная масса проваливается через технологические окна в верхнюю зону печи. В верхней зоне продолжается интенсивное испарение влаги, происходит выгорание органики, исходное сырье диспергируется.

В средней зоне происходят модификационные превращения кварца, полная дегидратация сырья, начинается разложение кальцитов, завершается выгорание органики.

Сырье после его обезвоживания рекристаллизируется, переходит почти полностью в аморфное состояние и при дальнейшем нагревании, вплоть до 800-880^оС, в нижней зоне печи не имеет явной кристаллической структуры. В результате появления и взаимодействия дефектов кристаллической структуры происходит образование реакционной смеси. Кроме того, при этих температурах в легкоплавких глинах образуется некоторое количество расплавленной жидкой фазы при наличии значительного количества твердых частиц. Материал в таком состоянии подается в пресс-форму с температурой 100-700^оС. Затем ударным механизмом производится многократное динамическое прессование. При этом в результате сближения частиц реакционной смеси происходит спекание черепка. Благодаря незначительному наличию жидкой фазы в процессе дополнительно участвуют силы внутреннего натяжения. После снятия нагрузок и выемки изделия из формы все термодинамические процессы в ней продолжаются в свободном состоянии. Процесс спекания переходит в диффузионную область с образованием стабильной фазы.

Обоснование диапазона температур пресс-формы: при температуре формы ниже 100^оС сырье резко охлаждается; при температуре формы выше 700^оС происходит сцепление спрессованного изделия со стенками пресс-формы, в результате и то и другое отрицательно сказывается на качестве изделий.

Обоснование диапазона удельного давления прессования: при давлении меньше 50 МПа недостаточно энергии для завершения процесса спекания; при давлении больше 100 МПа существует избыток энергии, который нецелесообразно создавать.

В зависимости от требуемых характеристик керамических изделий прессование может длится 1-3 с.

Изобретение иллюстрируется конкретными примерами, приведенными ниже.

П р и м е р 1. Легкоплавкое глинистое сырье после первичной переработки по уже описанной традиционной схеме загружали в шахтную печь и нагревали до температуры 850-880^оС. Нагретое сырье загружали в форму, имеющую температуру 100^оС. Затем ударным механизмом осуществляли многократное динамическое прессование в течение 2 с с частотой 2 Гц, удельным давлением 50 МПа и скоростью формующего органа 3-5 м/с.

Характеристики полученного керамического изделия (полнотелого кирпича): прочность на сжатие 25 МПа, плотность 2,05-2,1 г/см³, водопоглощение 6-8% морозостойкость 25 циклов.

П р и м е р 2. Все процессы до формования повторялись как и в первом примере. Нагретое сырье загружали в форму, имеющую температуру 400^оС. Затем ударным механизмом осуществляли многократное динамическое прессование в течение 1 с с частотой 2 Гц, удельным давлением прессовали 70 МПа и скоростью формующего органа 3-5 м/с.

Характеристики керамического изделия (полнотелого кирпича): прочность на сжатие 32 МПа, плотность 2,08 г/см³, водопоглощение 6% морозостойкость 35 циклов.

П р и м е р 3. Все процессы до формования повторялись как в первом примере. Нагретое сырье загружали в форму, имеющую температуру 700^оС. Затем осуществляли многократное динамическое прессование в течение 1 с с частотой 2 Гц, удельным давлением прессования 100 МПа и скоростью формующего органа 3-5 м/с.

Характеристики керамического изделия (полнотелого кирпича): прочность на сжатие 30 МПа, плотность 2,1 г/см³, водопоглощение 6% морозостойкость 40 циклов.

Предлагаемый способ значительно упрощает технологический процесс, позволяет снизить затраты энергии и ресурсов по сравнению с известными способами, обеспечить экологически чистый процесс.

Изделия, полученные предлагаемым способом, отличаются высокими прочностными свойствами, обусловленными созданием близких связей при высокой плотности черепка, близкой к значению удельного веса исходного вещества, фазовой долговечностью, повышенными физико-механическими свойствами, улучшенным товарным видом.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ на основе легкоплавкого глинистого сырья, включающий измельчение и обжиг сырья, загрузку в нагретую форму, формование в нагретом состоянии и последующее охлаждение, отличающийся тем, что обжиг сырья осуществляют до температуры выше температуры фазовых превращений, но ниже температуры спекания, загружают сырье в форму, нагретую до 100 700^oС, затем формуют изделия многократным динамическим прессованием с удельным давлением 50 100 МПа и частотой 2 4 Гц.