Сушильные свойства керамических изделий.

К сушильным свойствам глин относят; воздушную усадку, чувствительность глин к сушке, влагопроводность

Воздушной усадкой называют уменьшение линейных размеров и объема глиняного образца при его сушке. Воздушную усадку подразделяют на два вида: линейную и объемную.

Для глин средней пластичности значение воздушной линейной усадки близко к 6-7 %, при более высоких значениях в глину необходимо добавлять отощители.

Чувствительностью глин к сушке называют способность сырца отформованного из глины противостоять без трещин и деформации внутренним напряжениям, развивающимся в результате удаления усадочной воды. Эта способность выражается коэффициентом чувствительности, который является показателем трещиностойкости:

 К_ч = V_у / V_п

 V_у – объем усадки; V_п – объем пор

По величине коэффициента чувствительности глинистое сырье делят на три класса: малочувствительные с К_ч<1,2; среднечувствительные с К_ч=1,2…1,8; высокочувствительные с Кч >1,8.

Воздушную усадку определяют по изменениям линейных размеров образцов-кирпичиков размером 67х30х15 мм при сушке

L = (d₁-d₂)100/d₁,

где d₁- расстояние между метками на отформованных образцах, мм; d₂- расстояние между метками на образцах после сушки, мм.

Иногда определяют объемную усадку

V = (V₁- V₂)100/ V₁

Воздушная усадка прямо пропорциональна пластичности глин, и по ее значениям можно судить о сушильных свойствах глинистого сырья. Механизм этого явления – сжатие частичек капиллярными силами. По мере испарения влаги поверхностное натяжение в капиллярах увеличивается и сжимает изделие.

Влажность образца, при которой прекращается усадка, по А.Ф.Чижскому, является критической влажностью (при которой заканчивается постоянная и начинается падающая скорость сушки). Критическая влажность отражается на точности определения коэффициента чувствительности, которую можно определить и по следующей формуле

К_ч=(ω_н- ω_к)/ω_к

где ω_н и ω_к – начальная и критическая абсолютная влажность, %.

За критерий чувствительности глин к сушке принята длительность периода облучения свежесформованного образца лучистым тепловым потоком до момента возникновения в нем трещин (образец размером 55х55х10 мм). Период облучения (t) до появления трещин определяют как среднеарифметическое из результатов испытания трех образцов и оценивают чувствительность глинистого сырья к сушке: высокочувствительное t<100 с;

среднечувствительное t=101-180 с; малочувствительное t>180 с.

Влагопроводность – способность глин пропускать влагу, стремящуюся перейти в процессе сушки из центральных зон сырца к периферийным, т.е. способность к внутренней диффузии.

В среде теплоносителя, имеющего пониженную (по сравнению с сырцом) влажность или практически вообще ее не имеющего, сырец отдает влагу теплоносителю и тем самым уменьшает ее концентрацию в поверхностном слое – такое снятие влаги теплоносителем с поверхности сырца представляет собой внешнюю диффузию.

Чем суше теплоноситель, чем выше ее поглощающая способность и скорость перемещения относительно сырца, тем интенсивнее протекает внешняя диффузия.

Как только начинается процесс внешней диффузии и появляется градиент влажности между поверхностью сырца и его глубинными слоями, так начинает действовать механизм влагопроводности.

Движущими силами в механизме влагопроводности являются разности концентрации влаги, осмотическое давление, капиллярные силы. На влагопроводность влияет также градиент температур.

Процесс внутренней диффузии характеризуется коэффициентом диффузии а_м, численно равным массе вещества, диффундирующего через единицу площади за время t при градиенте концентрации, равном 1. Коэффициент диффузии определяет скорость процесса и зависит от природы частиц и состояния диффундирующего вещества.

Миграция влаги в сырце происходит под влиянием многих факторов. Характеристикой миграции является общий коэффициент влагопроводности, который выражается формулой

К =q_в/(FTγ_обΔW),

где qв-количество перемещающейся влаги; F- площадь, через которую перемещается влага,м²; Т – время перемещения влаги, ч; γ_об - объемный вес абсолютно сухого вещества, кг/м³; W – градиент влажности, равный dW/dt.

Внешняя диффузия и внутренняя миграция влаги протекают до полного удаления свободной воды и установления влажностного равновесия между материалом и теплоносителем.

31. Регулирование технологических свойств глиняных масс. Физическая обработка глинистых пород.

 На стадии глиноподготовки и формирования шихты при пластическом способе применяют следующие технологические приемы, способствующие повышению качества сырца и готовых изделий: вымораживание глинистой породы, зумпфование, подогрев массы, вакуумирование, виброформование .

Вымораживание глинистой породы обладает высокой технологической эффективностью. Сущность способа заключается в том, что разрыхленную породу замачивают и в таком состоянии подвергают примерно годичному вылеживанию на открытом воздухе. Под влиянием многократных циклов замораживания и оттаивания вода, замерзая в мельчайших капиллярах глиняных частиц и увеличиваясь при этом в объеме, разрушает связи между ними, диспергируя частицы глины. Вследствие этого возрастает удельная поверхность глинистых частиц, более полно завершаются процессы набухания,увеличивается количество связанной воды, обусловливающей более высокую прочность изделий из глинистого теста и улучшаются их формовочные и сушильные свойства.

Зумпфование - распространенный способ активации глинистого сырья вылеживанием, когда добытая летом глина складируется в бурты шириной 1,5-2,0 м, высотой 0,75-1,00 м и заливается водой. В течение 3-4 лет глина подвергается воздействию природных факторов, включая замораживание и оттаивание, увлажнение и высушивание. Изменение структуры природного сырья и его реологических свойств при этом происходит за счет адсорбционного понижения прочности. В результате этого процесса улучшаются формовочные и сушильные свойства глины и снижается брак при формовании, сушке и обжиге изделий.

Вылеживание глины повышает производительность глиноперерабатывающего оборудования и пресса на 20 % и примерно в такой же пропорции снижает расход электроэнергии. Наличие микротрещин позволяет жидкости проникать в поверхностный слой материала и образовывать в трещинах тончайшие пленки, обладающие значительным избытком свободной энергии, возрастающим с уменьшением толщины пленки. Чтобы уменьшить свободную энергию, пленка жидкости стремится "утолститься" в микротрещине, оказывая расклинивающее давление на стенки трещины.Кинетика всасывания зависит от вязкости жидкости, поэтому для интенсификации процесса разрушения следует добавлять ПАВ или электролиты. Для каждого минерала существуют свои, наиболее эффективные добавки: для кварца АlСО3, NaСl, МgС03 - нафтеновое мыло; для глинистых минералов - NaCl.Физическая активация сырья вылеживанием улучшает технологические свойства сырья, но не обеспечивает удаления крупных посторонних и карбонатных включений, не эффективна при плотных и вязких глинистых породах, требует больших площадей и времени.

К физическим способам активации можно отнести также методы, которые в настоящее время выполнены только на уровне лабораторных исследований: обработка дисперсий высоковольтным импульсным разрядом, магнитная обработка воды затворения, использование ультразвука и др.

Подогрев массы. В глиносмесителе осуществляют паро- или газопрогрев глиномассы при температуре 50-80°С через систему нагревательных трубок, что облегчает работу головки пресса и подготавливает отформованное изделие - сырец к более быстрой сушке.

Вакуумирование. При формовании керамического кирпича и камней используют пресса с вакуум-камерой, в которой создается разряжение порядка 600-740 мм рт.ст. При этом происходит удаление воздуха и частично паров воды из глиномассы, благодаря чему масса становится прочнее в сушке и обжиге. При вакуумировании уменьшается на 1-2% влажность глиномассы и на 25-30 % уменьшается усадка керамических изделий при сушке и обжиге. При формовании более пластичных масс вакуумирование должно быть более глубоким.