Быстрый поиск

Дипломная работа: Вибір та обґрунтування технології виробництва керамічних плиток для підлоги

3. СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА

3.1 Теоретичн основи процесу випалу плиток для підлоги

Випал - високотемпературна теплова обробка сировини і напівфабри-катів, у результаті яко в них здійснюються необоротні фізико-хімічні процеси, що змінюють фазовий склад, структуру і фізико-технічні властивості матеріалу, без зміни їх агрегатного стану і без суттєвих змін об'єму [13].

З урахуванням цього при випалі, під впливом високих температур на керамічні маси, в них відбуваються складні фізичні, хімічні і фізико-хімічні зміни, у результаті яких випалювальний матеріал набуває каменеподібних властивостей: високу механічну міцність, водостійкість і морозостійкість. Зміни проходять в самих глиноутворюючих мінералах, в домішках, що містяться у глині, і добавках, що вводяться у керамічну шихту. Крім цього при випалі виникає взаємодія продуктів розкладу глиноутворюючих мінералів з іншими компонентами шихти.

Процес випалу керамічних виробів умовно поділяють на наступні основні стадії: вилучення механічно-зв'язуюючої і гігроскопічної води, підігрів, випал, витримка при максимальній температурі або закалка, охолодження випалю-вальних виробів.

Процес випалу починається з вилучення з сирцю вологи. Піднімання температури необхідно здійснювати повільно і плавно для того, щоб волога з сирцю могла вилучитися повністю. Хімічні реакції у черепку при цьому не проходять. Коли температура усередині сирцю перевищує 100°C, починається інтенсивне паровидалення, яке може призвести до розтріскування сирцю [2].

Скорочення розмірів при випалі плиток називають вогневою усадкою, яка проходить при температурах від 110°C до 800°C внаслідок розкладання хімічно зв'зувально води. Протилежний, хоча і менш значний ефект дає кварц, що вміщується у масі, який при температурі 575°C з форми β-кварцу переходить в α-кварц з збільшенням об'єму на 2,8 %. Цей перехід оборотний і протікає миттево.

Після вилучення з сирцю механічно примішаної і гігроскопічної води починаючи з інтевала температур 450-500°C відбувається дегідратація каоліні-ту, з утворенням безводного метакаолініту, і після цього вигорання органічних домішок.

Указані процеси відбуваються з видаленням значної кількості газо-утворюючих продуктів. Ус компоненти керамічної маси при цих температурах знаходяться у твердому стан хімічний взаємозв'язок між ними майже не відбувається.

В інтервал температур 700-800°C метакаолініт розкладається з видаленням аморфного кремнезему і глинозему. При температурі вище 900°C глинозем з'єднується з кремнеземом утворюючи муліт 3Al2O3·2SiO2 [13].

При випалі плиток утворюється значно невелика кількість рідкої фази, яка зв'язує дегідративн частки глини, а також кварцу.

Також при випал утворюються незначна кількість легкоплавких сполук, які необхідні для зв'язування дегідративних часток глинистих мінералів і зерен кварцу, в результаті чого вироби набувають необхідної механічної міцності.

Маріуполіт у процесі випалу виконує роль плавня, сприяє утворенню рідкої фази , збільшу щільність черепка, міцність і зменшує водопоглинення, а також зменшу температуру випалу глинистого черепка до 1070°C.

У багатьох глинах в якості домішок зустрічаються карбонати кальцію і магнію. Карбонат кальцію нтенсивно дисоціює в керамічних масах при температурі 900-950°C, видаляючи при цьому вуглекислий газ.

Серністі сполуки заліза, які зустрічаються у вогнетривких глинах дають виплавки на випалених виробах.

Спечення глин може відбуватися внаслідок стягування і склеювання твердих частинок рідкою фазою - силікатними розплавами, що утворюються при випалі глини (рідкісне спікання) внаслідок рекристалізації мінералів, що складають керамічну масу завдяки реакціям у твердій фазі поміж окремими компонентами глини чи продуктами х розкладання (твердофазне спечення). У результаті процесу спікання випалюємий матеріал ущільнюється, і як наслідок, його відкрита пористість зменшується. При нших рівних умовах, чим триваліший вплив високих температур, при яких утворюється скловидні роз-плави і кристалізуються новоутворення, тим щільніше протікає спечення.

До основних деструктивних явищ можна віднести видалення залишкової вологи (після сушіння), дегідратацію глинистих мінералів, видалення летучих газоутворюючих речовин, модифікаційні перетворення, термічні напруги на межах розподілу окремих фаз термічні напруги внаслідок неоднорідного температурного поля у виробі, що нагрівається або охолоджується.

Сирець напівфабрикат у вигляді сформованого виробу завантажують у піч після сушіння з деякою залишковою вологістю. Форсування випаровування залишкової вологи, особливо характерно для швидкісних режимів випалу, призводить до ситуації, коли швидкість утворення водяних парів випереджає швидкість їх фільтрації крізь шар тіла, що випалюється. В цьому випадку всередині виробу, що нагрівається виника надлишковий тиск водяних парів, які досягнувши практичної величини, руйнують вироб з вибуховим ефектом. Тому у швидкісні щелеві печі завантажують керамічну плитку з надлишковою вологістю не вище 0,5%. Цей норматив знижується по мір збільшення товщини виробу, що випалюється.

У результат випалу утворюється керамічний черепок. Властивості цього черепка відрізняються від сировини, з якої виготовлений черепок. Керамічний черепок утворюється внаслідок відбування при великих температурах плавлення компонентів керамічно маси. Утворення рідкої фази і спечення керамічної маси є формою ущільнення ц маси. Зазначені явища відбуваються одночасно, вони взаємозв’язані. Якість керамічного черепка після його охолодження залежить від кількості утвореної при випалі рідкої фази і ступеня спечення маси [5,9].

3.2 Опис конструкції і принципу роботи конвеєрної печі

Піч являє собою тунель, що футеровано вогнетривким матеріалом. В тунелі розташоване транспортувальне обладнання - роликовий конвеєр, на якому розташовані вироби, які випалюються - плитки, що розташовані в ряд горизонтально.

Корпус печ виконаний із окремих секцій, кожна з яких представляє собою каркас, який футерований усередині вогнетривом. Між секціями є зазор 20 мм, який виконує роль температурного шва. Довжина однієї секції 2-3м. Щоб не відбувалося затиску роликів (внаслідок садки або розширення кладки) кожна секція виконується з своїм каркасом, який не пов'язаний із рамою роликового конвеєра. Це забезпечу незалежне регулювання кладки та роликового конвеєра.

Піч по довжин розподілена на три технологічні зони підігріву, випалу, охолодження, які одна від однієї відділені порогами. Пороги дозволяють більш ефективно підтримувати температурний режим. Довжина зон підігріву та випалу, охолодження визначаються за виробами, які випалюються та за темпе-ратурою на кривій випалу.

У зонах підігріву та випалу передбачене верхнє і нижнє розташування пальників, форсунок. Це дає можливість регулювати перепад температур поміж верхнім та нижнім горизонтами печі, тобто виключити деформацію плиток.

Роликові печ відкритого полум'я з газовим опаленням обладнані інжекційними пальниками, як установлені в зонах підігріву та випалу, а також у зоні охолодження. В зонах підігріву та випалу передбачені нижні (під роликами) та верхні (над роликами) пальники. Пальники розташовані у шаховому порядку з двох сторін печі (в кожній секції від 3 до 8 пальників) у зоні підігріву та випалу. Отвори виходу газоповітряної суміші в пальникових каменях розта-шовані по дотичній до поверхні склепіння печі, що виключає прямий вплив продуктів горіння на плитки роликів.

Відстань між вісями верхніх пальників і вісями роликів - 150 мм, а від вісей нижніх пальників до вісей роликів - 300-335 мм (така відстань дозволяє захистити ролики від прямої дії продуктів згоряння і збільшити термін їх служби.

Ролики конвеєра виконують із жаростійкої сталі різних марок у відповідності з тепловим режимом то чи іншої ділянки печі: із сталі 12Х17 до -600-800ºC, із Х25Т - до 850ºC, з ОХ23Н18 - до 1000ºC і вище 1000ºC - із сталі ХН78Т ХН70Ю. Довжина роликів 2280 мм, діаметр 32, шаг 75 мм.

В останніх конструкціях печей однорядна приводна цеп ПР-2,7 замінена на дворядну 2ПР-15-875-4540, залізографітові втулки замінені на кульо-підшипники, що робить привід більш надійним, а рух плиток по конвеєру більш плавним [8].

Піч по всій довжині має вікна для спостереження за робочим простором та вікна для відчистки поду.

Димові гази та нагріте повітря відбирається через декілька отворів на початку печі, в середин та кожній ділянці зони охолодження. Кожна дільниця має автономну систему видалення газів і повітря, що забезпечує високу ступінь регулювання температурного режиму печі.

Отже вироби проходять зону підігріву, зону випалу назустріч їм рухаються димові гази, що відбираються у зоні підігріву. В зоні охолодження плиток, за рахунок подач холодного повітря через отвори в стінах печі вище рольганга в секції зони охолодження, яка знаходиться біля зони випалу. Потім плитки охолоджуються струменевою обдув кою холодним повітрям зверху та знизу [13,14,15].

3.3 Конструктивний розрахунок печі

Розрахунок містить визначення конструктивних розмірів, які залежать від продуктів, тривалості і температури теплової обробки матеріалу, його властивостей.

Таблиця 3.1 - Вихідні дані для розрахунку

Найменування параметру	Одиниці вимірювання	Значення параметру
1	2	3
Маса 1 м² плитки	кг	22,5
Продуктивність печі	м²/ рік	400000
Залишкова вологість сирцю	%	0,5
Брак випалу та на складі	%	4,0
Втрати при прожарюванні	%	6,12
Паливо - природний газ Шебелинського родовища
Робоча вологість газу	%	1,0
Максимальна температура випалу	°C	1070
Тривалість випалу	хв	65
Температура навколишнього повітря	°C	20
Температура газів, що виходять з печі	°C	300
Температура повітря, що подається на горіння	°C	20
Температура повітря, що відбирається на сушіння	°C	450
Початкова температура матеріалу	°C	400
Кінцева температура матеріалу	°C	200
Кількість годин роботи печі на рік	год	8184
Шаг ролика	мм	75
Діаметр ролика	мм	32
Розмір однієї плитки, мм	мм	400×400
Висота робочого каналу, мм	мм	722
Ширина робочого каналу	мм	1150
Вміст Al2O3 в глині	%	28,0
Склад маси: глина : маріуполіт	%	70:30