RU2099308C1 - Способ получения керамических изделий методом полусухого прессования и установка подготовки порошка из глинистого сырья - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к технике и технологии получения керамических изделий и материалов, обладающих высокой прочностью и морозостойкостью из малопластичного и умереннопластичного глинистого и глиноподобного сырья с малым содержанием глинистых частиц. Сущность изобретения: в способе, включающем дробление глиноподобного или глинистого сырья, помол и сушку его в псевдоожиженном слое посредством вихревого потока теплоносителя, имеющего вертикальную и горизонтальную составляющие, увлажнение, гомогенизацию, прессование и обжиг, глинистое сырье предварительно дробят, а затем подвергают сушке и помолу в псевдоожиженном слое до размеров частиц не более 300 мкм, неостывший порошок с температурой 50-80^oС увлажняют и гомогенизирую. При этом наиболее высококачественные изделия получают при использовании порошка следующего фракционного состава, мас.% до 20 мкм - 40-50, 20-100 мкм - 20-30, 100-300 мкм - остальное. Сушильная камера заявляемой установки дополнительно содержит подвижный конус, размещенный в верхней ее части, овальное тело, закрепленное в центре камеры, под загрузочным питателем, направляющие лопасти выполнены подвижными путем размещения их на колесе-активаторе, над которым закреплена "ложная" стенка, снабженная жалюзями, колесо - активатор и "ложная" стенка отдельными газоходами соединены с воздухораспределителем. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Description

Изобретение относится к технике и технологии получения керамических материалов, и изделий, обладающих высокой прочностью и морозостойкостью, из малопластичного и умереннопластичного глинистого и глиноподобного сырья с малым содержанием глинистых частиц.

Известен способ получения керамического кирпича методом полусухого прессования, включающий грубое измельчение карьерной глины (дробление), подсушку глины, измельчение сухой глины в порошок (помол), просеивание, приготовление пресс-порошка и его пароувлажнение, прессование кирпича и обжиг [1]
Недостатком известного способа является то, что изделия, получаемые с его помощью, обладают низкой прочностью на изгиб и низкой морозостойкостью, что отражено в ГОСТ 530-80.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является способ, по которому дробление, сушку и помол глинистого сырья проводят в одном аппарате: трубе-сушилке. При этом дробление проводят с помощью молотковой мельницы, встроенной в трубу-сушилку, а сушку и помол осуществляют посредством вихревого потока теплоносителя, имеющего вертикальную и горизонтальную составляющие. После увлажнения из полученного пресс-порошка прессуют кирпич и обжигают его [2]
Недостатком известного способа является то, что эффективность работы линии по данному методу снижается при повышении карьерной влажности сырья, а получаемые керамические изделия обладают низкими пределом прочности на изгиб и морозостойкостью.

Известно устройство для измельчения и сушки, предназначенное для вязких глинистых материалов, включающее вертикальный цилиндрический корпус с течкой, куда подается сырье, дробильную камеру с ротором и колосниками, помольную камеру с набором бил, перфорированный диск с коническим стаканом, каналы подачи воздуха с заслонками, причем дробильная и помольная камеры выполнены газопроницаемыми [3]
Недостатком данного устройства является большое количество узлов и деталей, перекрывающих газовый поток. Механические, трущиеся друг о друга части засоряются пылевым потоком и приводят к частым остановкам и поломкам. Кроме этого, при переработке сырья карьерной влажности в зоне действия молотковой мельницы наблюдается эффект торкретирования: то есть глинистое сырье напрессовывается на отражательные плиты, колосники и забивает помольную камеру, что приводит к остановке агрегата.

Наиболее близким решением, выбранным за прототип устройства, является установка для сушки способом "Spin-flash", имеющая только одно движущееся приспособление: перемешивающее устройство карусельного типа для механического дробления материала. Известное техническое решение включает шнековый конвейер, вертикально расположенную сушильную камеру (трубу-сушилку) с перемешивающим устройством карусельного типа, воздухораспределителем, набором направляющих лопастей и патрубками для подвода и отвода теплоносителя, теплогенератор, циклон (классификатор) и бункер. Установка применяется для получения мелкозернистого порошка при сушке масс, шламов и паст [4]
Недостатком известной установки является то, что при дроблении глинистого сырья карьерной влажности мешалкой карусельного типа на нее происходит налипание сырья и наблюдается эффект торкретирования, что приводит к остановке агрегата. Кроме того, известное устройство не обеспечивает нужных свойств получаемого порошка из малопластичного и умереннопластичного глинистого и глиноподобного сырья, необходимых для получения высококачественных керамических изделий в соответствии с заявляемым способом.

Задача, решаемая заявляемыми техническими решениями, заключается в повышении стабильности и производительности процесса получения высокопрочных и морозостойких керамических изделий из малопластичного и умереннопластичного глинистого и глиноподобного сырья даже в условиях его повышенной влажности.

Поставленная задача достигается тем, что в заявляемом способе, включающем дробление глинистого сырья, помол и сушку его в псевдоожиженном слое посредством вихревого потока теплоносителя, имеющего вертикальную и горизонтальную составляющие, увлажнение, гомогенизацию, прессование и обжиг, глинистое сырье предварительно дробят, а затем подвергают сушке и помолу в псевдоожиженном слое до размера частиц не более 300 мкм, а неостывший порошок, с температурой 50-80^oС увлажняют и гомогенизируют.

Предпочтительно получать порошок следующего фракционного состава, мас. до 20 мкм 40-50; 20-100 мкм 20-30; 100-300 мкм остальное.

Поставленная задача решается также благодаря тому, что в заявляемой установке получения порошка из глинистого сырья, включающей вертикально расположенную сушильную камеру с питателем, воздухораспределителем, набором направляющих лопастей и патрубками для подвода и отвода теплоносителя, теплогенератор, дымосос, циклон и бункер, сушильная камера дополнительно содержит подвижный конус, размещенный в верхней ее части, овальное тело, закрепленное в центре камеры под загрузочным питателем, направляющие лопасти выполнены подвижными путем размещения их на колесе-активаторе, над которым закреплена "ложная" стенка, снабженная жалюзи, колесо-активатор и "ложная" стенка отдельными газоходами соединены с воздухораспределителем.

Заявляемое техническое решение обладает новизной.

Заявляемый способ по отношению к прототипу имеет следующие существенные отличия: глинистое сырье предварительно дробят; предварительно измельченное глинистое сырье подвергают одновременному помолу и сушке и вихревом потоке до максимальной крупности частиц 300 мкм; увлажнению и гомогенизации подвергают горячий порошок с температурой 50-80^oС.

Частным отличительным признаком заявляемого способа является то, что получают горячий порошок следующего фракционного состава, мас. до 20 мкм 40-50; 20-100 мкм 20-30; 100-300 мкм остальное.

Заявляемая установка по отношению к прототипу имеет следующие существенные признаки: сушильная камера (труба-сушилка_ дополнительно содержит подвижной конус, размещенный в верхней ее части; сушильная камера (труба-сушилка) дополнительно содержит овальное тело, закрепленное в центре камеры под загрузочным питателем; направляющие лопасти выполнены подвижными путем размещения их на колесе-активаторе; над колесом-активатором закреплена "ложная" стенка, снабженная жалюзи; колесо-активатор и "ложная" стенка отдельными газоходами соединены с воздухораспределителем.

Совокупность существенных отличительных признаков заявляемых технических решений, а также их взаимосвязь позволяют решить поставленную задачу и сделать вывод о соответствии заявляемых технических решений критерию "изобретательский уровень".

На чертеже представлен общий вид установки для подготовки порошка из глинистого сырья в разрезе.

Установка для подготовки порошка содержит сушильную камеру (трубу-сушилку) 1 со шнековым питателем 2 для загрузки предварительно раздробленного сырья, предотвращающим подсос холодного воздуха в сушильную камеру, подвижный конус 3, которым регулируется фракционный состав получаемого порошка, овальное тело 4 с низким аэродинамическим сопротивлением для организации псевдоожиженного слоя, где осуществляется тонкий помол, механизация и сушка сырья в зоне над загрузочным питателем и создания воздушной подушки ниже этой зоны для предотвращения просыпи сырья вниз. Установка содержит также колесо-активатор 5, имеющее набор тангенциально расположенных на нем лопастей для захвата теплоносителя и создания вихревого потока, у которого горизонтальная составляющая скорости во много раз больше вертикальной. Теплоноситель, разделенный воздухораспределителем 6, поступает в сушильную установку через активатор за счет работы его как вентилятора и через жалюзи "ложной" стенки 7 за счет инжекции. Транспортирование высушенного и измельченного сырья осуществляется в большей степени дымососом 8. Установка содержит также теплогенератор 9, циклон 10 и силос с герметичным разгрузочным устройством 11.

Установка работает следующим образом.

Сырье карьерной влажности, предварительно раздробленное до однородного фракционного состава питателем 2, исключающим подсосы холодного воздуха, равномерно подается в сушильную камеру 1, через которую проходит теплоноситель (горячие газы), объем и температура которого определяется производительностью установки и карьерной влажностью сырья. Горячие газы от теплогенератора проходят через воздухораспределитель 6, которым регулируется направление результирующей скорости потока, и часть из них захватывается нижними лопастями активатора 5, а оставшийся теплоноситель поступает в сушильную камеру через жалюзи "ложной" стенки 7 за счет инжекции. В сушильной камере тепловой поток закручивается активатором и поднимается вверх по ней за счет работы дымососа 8 и в меньшей степени за счет работы колеса-активатора. Необходимо, чтобы результирующая скорость воздушного вихря внутри сушильной камеры была равной скорости питания частиц глинистого сырья, поступающих в установку. При этом предварительно раздробленное сырье находится в состоянии псевдоожижения, сушится в тепловом потоке, подвергается тонкому помолу и мехактивации за счет истирания частиц о внутреннюю поверхность трубы-сушилки и соударения их друг о друга в вихревом потоке, движущемся с большой скоростью по окружности. Случайно попавшие крупные куски сырья удерживаются воздушной подушкой в зоне овального тела 4, где скорость потока вследствие изменения сечения трубы-сушилки превышает скорость витания частиц, и измельчаются в нижней части кипящего слоя 12. При этом колесо-активатор не забивается сырьем, и сушильная камера работает стабильно. С помощью подвижного конуса 3 из кипящего слоя можно осуществлять отбор порошка нужного фракционного состава.

В данной сушильной камере можно получить порошок с высокой удельной поверхностью. При этом возрастает площадь контактов между частицами разного минерального типа, они подвергаются при таком помоле механической активации, в результате которой возникают глубокие структурные нарушения вследствие разупорядочивания кристаллических решеток. Разупорядочивание выражается в ориентированном или беспорядочном смещении слоев и сеток относительно друг друга. Смещения такого рода приводят к возникновению дислокационных взаимодействий, и мехактивированные частицы разного минерального типа связываются друг с другом уже в зоне кипящего слоя.

Мехактивированный порошок пневмотранспортом за счет работы дымососа 8 поступает в циклон 10 и попадает после очистки пылевоздушной смеси в силос 11. Полученный продукт отличается по технологическим свойствам от порошка, получаемого по прототипу. Он обладает низкой чувствительностью к сушке, прочность образцов, изготовленных на его основе, при сжатии и изгибе возрастает, возрастает и морозостойкость (см.таблицу).

Наиболее высококачественным считается порошок, имеющий следующий фракционный состав, мас. до 20 мкм 40-50; 20-100 мкм 20-30; 100-300 мкм остальное.

Из силоса 11 порошок влажностью 2-3% и температурой 50-80^oС направляется на увлажнение и гомогенизацию для получения пресс-порошка, используемого при изготовлении керамических изделий методом полусухого прессования. Причем получившийся порошок направляют на увлажнение и гомогенизацию, а также прессование обязательно горячим; недопустимы его складирование, наработка впрок, так как с течением времени эффекты мехактивации сглаживаются, что впоследствии сказывается на прочностных характеристиках получаемых изделий.

Заявляемый способ подтверждается примерами, приведенными в таблице (примеры 1-8).

Как видно из таблицы, физико-механические свойства керамических изделий, выполненных по заявляемому способу, качественно отличаются от свойств изделий, выполненных по прототипу. Полученные изделия переходят в класс лицевой керамики, что позволяет использовать их в конструкциях без защитного покрытия. Кроме этого, при переработке сырья благодаря тонкому помолу устраняется вредное влияние карбонатных включений, выражающееся в образовании "дутиков" внутри и на поверхности изделий.

Заявленный способ и устройство обеспечивают возможность стабильного высокопроизводительного процесса получения механоактивированного порошка из мало- и умереннопластичного глинистого или глиноподобного сырья для производства керамических изделий с высокой прочностью и морозостойкостью.

При получении порошка крупностью частиц более 300 мкм у изделий на его основе резко снижаются прочность на изгиб и морозостойкость.

Все испытания проводились на одном умереннопластичном сырье; влажность пресс-порошка, давление прессования, режим сушки и обжига были одинаковыми.

Claims (2)

1. Способ получения керамических изделий методом полусухого прессования, включающий дробление глинистого сырья, помол и сушку его в псевдоожиженном слое посредством вихревого потока теплоносителя, имеющего вертикальную и горизонтальную составляющие, увлажнение, гомогенизацию и обжиг, отличающийся тем, что предварительно раздробленное глинистое сырье подвергают помолу до размеров частиц не более 300 мкм, а на увлажнение и гомогенизацию подают неостывший порошок с температурой 50 80^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получают порошок следующего фракционного состава, мас.

До 20 мкм 40 50
20 100 мкм 20 30
100 300 мкм Остальное
3. Установка подготовки порошка из глинистого сырья, включающая вертикально расположенную сушильную камеру с питателем, воздухораспределителем, набором направляющих лопастей и патрубками для подвода и отвода теплоносителя, теплогенератор, дымосос, циклон и бункер, отличающаяся тем, что сушильная камера дополнительно содержит подвижный конус, размещенный в верхней ее части, овальное тело, закрепленное в центре камеры под загрузочным питателем, направляющие лопасти выполнены подвижными путем размещения их на колесе-активаторе, над которым закреплена ложная стенка, снабженная жалюзи, при этом колесо-активатор и ложная стенка отдельными газоходами соединены с воздухораспределителем.

Images