Вашему вниманию представляю подборку из некоторых авторитетных мнений, посвященных вопросу исследования конструкции мундштуков для формования керамических строительных материалов.
А.П. Ильвич, М. К. Королёв, С. П. Нечепоренко и другие признанные авторитетыв области пластического формования керамического кирпича указывали на зависимость качества формуемых изделий от конфигурации мундштука. Предлагалось подбирать мундштук на основе практических заводских наблюдений.
А. В. Ярошевский указал, что для теоретического обоснования процессов формования необходимо исследовать деформацию истечения массы под давлением через цилиндрическую и коническую насадку.
В. С. Фадеева и П. П. Рост предложили основы расчета мундштуков в зависимости от физико-химических свойств в условиях работы пресса.
Любопытен опыт работы по обоснованию проектирования мундштука в США. Д. К. Паркс и М. Д. Хил. Они описывают развитие конструирования шнекового пресса и упоминают, что с момента изобретения и изготовления в 1863 году первого пресса большое внимание уделялось роли мундштука. Выведенное на основании полученных ими экспериментальных данных уравнение может служить для определения производительности пресса с мундштуком, который исследовался авторами.
Н. Я. Сапожником и И. А. Булавин отмечают, что на работу пресса влияют также отдельные параметры мундштука: длина, конусность, форма сечения.
Однако влияние всех факторов на производительность пресса систематически не изучалась, и только в работе М. С. Камской были выведены критерии для расчета мундштуков.
Основными параметрами расчета являются значения эффективной вязкости, минимальной пластической вязкости и динамического (условного) предела текучести. В основу определения величин положены методы физико-химической механики, развитые П. А. Ребиндером и С. П. Ничипоренко.
Размер выходного сечения мундштука
Размер выходного сечения мундштука рассчитывается по формуле:
L = L1×(1+0,01Уобщ) – Руп, где:
L – длина или ширина выходного отверстия в мм;
L1 – то же, обожженного изделия, в мм;
Уобщ – общая усадка в %;
Руп – упругое расширение сформованного изделия в мм (обычно Руп = 1÷2 мм).
Конусность мундштука и площадь его поперечного сечения
Конусность мундштука и площадь его поперечного сечения влияют на давление истечения. Рекомендуемые длины и конусность мундштука составляют:
- для малопластичного сырья 220-300 мм с уклоном стенок 8%;
- для среднепластичных глин 220-260 мм, уклон 6-8%;
- для высокопластичных глин 200-240 мм, уклон стенок 4-6%.
Во всех случаях нужно стремиться к тому, чтобы геометрические параметры мундштука обеспечивали заданную производительность при минимальном прессовом давлении, что соответствует и минимальному расходу энергии.
Корпус пресса
Для корпуса пресса рекомендуется соотношение:
2 ≤ Fш/Fи ≤ 6, где:
Fш, Fи – соответственно, площадь поперечного сечения корпуса шнека на выходе и формуемого изделия.
По нашим данным, полученным при обследовании работы многих действующих заводов, для расчетов параметров формующей оснастки необходимо принимать, что соотношение площади шнека на его выходе и площади сечения мундштука на его входе должна быть:
Fвх.м = Fшн/0,1Dшн, где:
Fшн и Fвх.м – соответственно, площадь поперечного сечения шнека на его выходе и площадь сечения мундштука на его входе;
Dшн – диаметр шнека на его выходе.
Высота и длина входного отверстия мундштука
Размер высоты входного отверстия мундштука будет равен:
Ввх = (Fвх.м/2,083)0,5
Размер длины входного отверстия мундштука:
Авх = 2,083Ввх
Как длина мундштука, так и высота скобы кернового комплекта зависят от:
- пластичности глинистого сырья;
- пустотности формуемых изделий;
- глубины вакуума в прессе.
Для каждого глинистого сырья, в зависимости от конструкции пресса и вида выпускаемой продукции, необходимо индивидуально производить расчет конструкции формующей оснастки.
Формование изделия на вакуумном ленточном прессе существенно изменяет свойства формуемой массы. Пластичное глиняное тесто является трехфазной системой, состоящей из твёрдой минеральной фазы, воды и воздуха. Содержание воздуха в пластичном глиняном тесте достигает 20%.
Воздух
Существуют три формы воздуха, который содержится в глине:
- воздух, адсорбированный на поверхности глинистых частиц;
- воздух, механически захваченный при увлажнении глины;
- воздух, находящийся в воде.
Адсорбция воздуха на поверхности глинистых частиц находится в зависимости от его относительной влажности и практически полностью прекращается при φ = 80-90 %. При повышении температуры воздуха процесс адсорбции его снижается. Этот факт говорит о целесообразности подогрева глины для более глубокого ее вакуумирования. Максимальная адсорбция воздуха на поверхности глинистых частиц происходит в монтмориллонитовых глинах, минимальная – в каолинитовых. Этот воздух наиболее трудноудаляемый. Из глин тонкодисперсных его можно удалить только при глубоком вакуумировании – 90-98 кПа.
Механически связанный воздух находится в виде макропузырьков, которые окружены водной плёнкой. Возможность его эффективного удаления определяют формулой:
δкр = (∆Р×r)/2Rn, где:
δкр – критическая (максимальная) высота глиняной плёнки, которая может быть прорвана пузырьком воздуха, в см;
∆Р – перепад в давлении, МПа;
Rn – предел прочности глиняной плёнки при разрыве, в МПа;
r – радиус пузырька (внутренний), в см.
Уравнение показывает, что со снижением вакуума должна возрастать степень измельчения. Для тонкодисперсных глин (малое значение r) необходимо применять более глубокий вакуум. Более прочные глины необходимо подвергать большему измельчению. Кроме того, удаление воздуха из глины находится в зависимости от продолжительности воздействия вакуума.
Способность воздуха растворяться в воде уменьшается при повышении температуры. Поэтому подогрев глины способствует более полному удалению и этой формы воздуха. Однако теоретически температура глины в вакуум-камере не должна превышать при данном разряжении точки кипения воды. Эти отношения примерно такие:
|
∆Р – вакуум в кПа |
– |
75 |
95 |
|
Температура кипения |
100 |
65 |
33 |
С учетом этого, к подогреву глиномассы, направляемой в вакуумный пресс, необходимо подходить осторожно.
Наличие воздуха в глине нарушает связь между отдельными зернами глинистых минералов и между отдельными молекулами воды, ухудшая тем самым формовочные свойства и прочность глиняного теста. Удаление защемлённого воздуха повышает связность глины из-за удаления поверхностного натяжения по границе микропузырёк-вода.
Наличие воздуха в глине замедляет процесс усвоения ею влаги, обуславливает неравномерное её уплотнение во время формования, вызывает упругое последействие с образованием микротрещин в сформованном изделии и, наконец, воздух действует как отощитель, снижая формовочную способность глиняной массы. В связи с этим в начале 30-х гг. начали применять вакуумирование глиняной массы для улучшения её формовочных и прочностных свойств.
Вакуумирование глины в 2-3 раза усиливает сформованное изделие, в 1,5 раза увеличивает прочность изделия после сушки, повышает его плотность на 6-8%, понижает формовочную влажность примерно на 2-3% и увеличивает связующую способность или пескоёмкость глины.
Объёмная масса обожженного керамического изделия возрастает на 3-4%, водопоглощение уменьшается на 10-15%, а прочность усиливается до 2 раз.
Вакуумирование глины делает лучше её пластические свойства, из-за этого резко снижается брак при формовке изделий.
Отрицательным моментом вакуумирования является понижение влагопроводности глины, что замедляет процесс свободной влагоотдачи. Однако, это не ухудшает сушильных свойств изделия благодаря возрастания его прочности и снижению воздушной усадки.
Вакуумирование, как правило, понижает свилеобразование в кирпиче, хотя бывают и исключения. Их можно объяснить тем, что вакуумирование, с одной стороны, повышает связность (сцепление) формуемой массы, и тем самым, способствует предотвращению срыва её слоёв, но в то же время вакуумированные слои массы, если их сплошность уже нарушена, обладают очень низкой способностью восстанавливать свою сплошность (очень малой липкости). Поэтому в практике вакуумного формования на ленточных прессах, как правило, исчезает срыв сплошности при глубоком вакуумировании 85-98 кПа. Слабое вакуумирование (65-85 кПа) повышает склонность массы к срыву сплошности.
В то же время для некоторых высокопластичных глин снижение вакуума с 96-98,9 до 79-81,5 кПа ликвидировало разрыв сплошности, который наблюдался при глубоком вакууме.
Устойчивость вакуума зависит также от мощности и надёжной работы вакуум-насосов. Последние значительно ухудшают свою работу при повышении температуры отсасываемого воздуха до 30-40°С, а так же при уносе с воздухом мельчайших частиц глины, вызывающие быстрый износ рабочих частей насоса. Поэтому для обеспечения устойчивой работы вакуум-насоса (особенно при увлажнении глины) необходимо предусматривать фильтры и холодильники.
Срыв вакуума может происходить из-за неравномерного питания пресса глиной, из-за неполной загрузки глиномялки двухвальных вакуум-прессов и из-за непостоянства влажности глины.
