Приготовление и литье шликера
При необходимости особо тщательного смешения высокодисперсных разнородных компонентов применяют шликерный способ.
При шликерной подготовке сырья глину сначала переводят в состояние текучей суспензии. Количество воды, необходимое для получения шликера нормальной густоты (консистенции густой сметаны), определяют предварительно на малой пробе – около 100 г. Для этого к указанной навеске воздушно-сухой глины постепенно добавляют при непрерывном перемешивании небольшими порциями (по 5 мл) воду до тех пор, пока масса не достигнет сметанообразной консистенции. В зависимости от свойств глины (минерального состава, пластичности, дисперсности и т. д.) на 100 частей по массе ее требуется от 50 до 150 частей по массе воды.
Затем приступают к замачиванию глины. Требуемое количество воды помещают в оцинкованный или стеклянный бачок, оборудованный лабораторной пропеллерной мешалкой, и при постоянном перемешивании всыпают небольшими порциями высушенную глину. Приготовление шликера считается законченным после 2-4 ч достаточно интенсивного перемешивания полученной суспензии. Если перемешивание ведется вручную, то полученный шликер должен выстаиваться в течение 48 ч для полного распускания кусочков глины. После этого шликер перемешивают деревянной лопаткой, пропускают через сито с диаметром отверстий 1 мм (36 отв/см2), причем крупные частицы протирают куском резины через сито и шликер вновь перемешивают.
Литейные шликеры должны отвечать следующим требованиям: иметь заданный шихтовой состав, достаточную текучесть при минимальной влажности, хорошие фильтрационные свойства, быть устойчивым против расслаивания. При контроле качества шликера определяют плотность, текучесть, загустеваемость, скорость набора черепка. Плотность шликера определяют пикнометрическим и ареометрическим методами.
Далее шликер выливают в плоские гипсовые формы и прикрывают сверху гипсовыми досками. Во избежание засорения шликера гипсом формы и доски покрывают влажными полотнами. По мере насыщения гипсовые формы для ускорения водоотдачи заменяют сухими. Массу при этом следует тщательно проминать вручную. Обезвоживание ведут до получения глиняного теста “нормальной рабочей консистенции”, которая сравнительно легко может быть определена на ощупь – тесто легко раскатывается, не рассыпаясь на отдельные комочки и не прилипая к пальцам.
Суспензию, отобранную для анализа, из ковша переливают в предварительно высушенный и взвешенный пикнометр (вместимость пикнометра обычно 100 см3). Пикнометр с суспензии взвешивают и по разности массы пикнометра с суспензией и пустого пикнометра находят массу суспензии в объеме 100 см3, которая характеризует плотность испытуемой суспензии.
Данные о плотности необходимы для контроля технологических параметров, а также для определения влажности и количества твердого (сухого) вещества в суспензиях. Влажность суспензии (%) определяют по формуле:
Wc= (ρ-ρc)/[ρc(ρ-l)],
где ρ и ρ с – плотность соответственно твердого вещества в суспензии и суспензии, кг/м3.
Количество (%) твердого (сухого) вещества Тв в суспензии определяют по следующей формуле:
Тв =100-Wc=100ρ (ρ0-1) / [ρс(ρ-1)],
где Wc – влажность суспензии, %; 100 - объем исследуемой суспензии, см3; ρ и ρ с – плотность соответственно твердого вещества в суспензии и суспензии, кг/м3.
Плотность сырьевых материалов, применяемых на производстве, а, следовательно, и керамических масс заранее известна, причем глина, каолин и непластичные материалы, входящие в состав шликера, по плотности практически не отличаются. Таким образом, зная плотность твердых компонентов в суспензии и плотность суспензии, можно рассчитать по приведенным формулам содержание воды и твердого вещества в суспензии.
Для удобства определения влажности суспензии и содержания твердого (сухого) вещества в ней пользуются таблицами (например, табл. 3.1), рассчитанными по плотности суспензии.
Таблица 3.1
Содержание твердого сухого вещества и влаги в глинистом шликере в зависимости от его плотности (при плотности твердого вещества 2,6 г/м3)
| Плотность шликера, г/100 см3 | Содержание, % | Плотность шликера, г /100 см3 | Содержание, % | ||
| твердого вещества | влаги | твердого вещества | влаги | ||
| 147,3 | 52,10 | 47,90 | 156,6 | 58,80 | 41,20 |
| 148,0 | 52,60 | 47,70 | 157,2 | 59,20 | 40,80 |
| 148,6 | 53,10 | 46,90 | 157,8 | 59,60 | 40,60 |
| 1492 | 53,60 | 46,40 | 158,8 | 60,10 | 39,90 |
| 149,8 | 54,20 | 45,80 | 159,0 | 60,30 | 39,70 |
| 1-50,4 | 54,60 | 45,40 | 159,4 | 60,50 | 39,50 • |
| 151,0 | 55,00 | 45,00 | 159,6 | 60,80 | 39,20 |
| 151,6 | 55,40 | 44,60 | 160,3 | 61,10 | 38,90 |
| 152,0 | 55,62 | 44,38 | 160,9 | 61 ,50 | 38,50 |
| 152,3 | 55,70 | 44,30 | 161,5 | 61,90 | 38,10 |
| 152,5 | 56,00 | 44,00 | 162,1 | • 62,30 | 37,70 |
| 152,9 | 56,10 | 43,90 | 162,7 | 62,70 | 37,30 |
| 153,5 | 56,60 | 43,40 | 163,3 | 63,00 | 37,00 |
| 154,1 | 57,20 | 42,80 | 164,0 | 63,50 | 36,50 |
| 154, а | 57,30 | 42,70 | 164,6 | 63,90 | 36,10 |
| 154,7 | 57,60' | 42,40 | 165,2 | 64,20 | 35,80 |
| 155,3 | 58,00 | 42,00 | 165,8 | 64,55 | 35,45 |
| 156,0 | 58,30 | 41,70 | 166,4 | 64,90 | 35,10 |
| 156,2 | 58,47 | 41,53 | 167,0 | 65,24 | 34,76 |
При ареометрическом методе плотность суспензии определяют ареометром (рис. 2), шкала которого градуирована в единицах плотности.
Отобранную для испытания суспензию переливают из ковша в цилиндр, опускают туда ареометр (при этом следят, чтобы луковица ареометра не прикасалась к стенкам цилиндра), замеряют сначала температуру суспензии в цилиндре, а затем снимают показания по шкале ареометра. Для получения окончательного результата плотности суспензии при каждом замере вводят поправку к показаниям ареометра на высоту мениска (0,5), а также температурные поправки к ареометру, которые приводятся в паспорте прибора. Температурную поправку прибавляют к показаниям ареометра (если температура суспензии более 20 °С) или вычитают из них (если температура суспензии ниже 20 °С).
Текучесть литейного шликера — величина, обратная вязкости; характеризуется скоростью истечения шликера заданного объема. На практике текучесть шликера определяют вискозиметром Энглера (рис. 3). Для анализа необходимы также секундомер и мерная колба вместимостью 100 см3.
Вискозиметр Энглера состоит из двух цилиндрических сосудов 4 т 5, в центре которых есть конусное отверстие диаметром 5-7 мм. Отверстие закрывается деревянной палочкой 2, проходящей через центр крыши 3, которой закрывается внутренний сосуд 4 вискозиметра. Второе отверстие крышки служит для установки термометра 1. Чтобы подогреть шликер, находящийся во внутреннем сосуде 4, наружный сосуд с водой подогревают горелкой.
Перед испытанием внутренний сосуд промывают и насухо вытирают, устанавливают его горизонтально, заливают в него шликер до отметки внутри цилиндра или до краев сосуда и выдерживают шликер в спокойном состоянии в течение 30 с. После этого под спускное отверстие подставляют мерную колбу 7 вместимостью 100 см3 и, подняв деревянную палочку 2, открывают выпускное отверстие вискозиметра; одновременно включают секундомер. Когда мерная колба заполнится до метки 100 см3, отверстие закрывают палочкой 2 и отмечают по секундомеру время наполнения колбы или истечения всего шликера, если объем шликера в цилиндре составляет 100 см3.
Время истечения 100 см3 шликера после его выстаивания в течение 30 с считается первой текучестью. Испытание повторяют после выдерживания шликера в течение 30 мин; время истечения шликера называется второй текучестью. Отношение второй текучести к первой называется коэффициентом загустеваемости шликера. Первая и вторая текучести, а также коэффициент загустеваемости устанавливаются технологической инструкцией производства в зависимости от применяемого сырья и технологии изготовления изделий.
Разжижаемость – это свойство глин и каолинов образовывать при добавлении воды подвижные устойчивые суспензии. Количество воды, необходимой для разжижения, определяется минералогическим составом глин и регулируется добавлением электролитов. Оптимальное “разжижение”, т. е. сочетание достаточной текучести и наименьшего содержания воды, достигается при правильном выборе электролита и установлении его концентрации.
Скорость набора черепка и его закрепление в гипсовой форме и время выстаивания изделий в гипсовых формах характеризуются скоростью водоотдачи. Для определения скорости водоотдачи применяют метод гипсовых тигельков и гипсовых стерженьков.
Высушенные при 70 °С гипсовые тигельки высотой 3 см, верхним внутренним диаметром 4 см, нижним диаметром 3 см и толщиной стенок 3 мм очищают от пыли, наливают в них доверху шликер и оставляют в покое. Избыточный шликер сливают через 5 мин после заливки. Отливки выдерживают в тигельках 30 мин, после чего их вынимают и взвешивают как в сыром виде, так и после высушивания 105-110 °С. Скорость набора черепка СН характеризуется количеством материала, осевшего на 1 см2 внутренней поверхности гипсового тигелька в течение 30 мин, и определяют ее по формуле:
СН = т/( Ft ),
где т - масса сухого тигелька, г; F - внутренняя поверхность формы, см2, равная для приведенных размеров тигелька 40,5 см2; t - время набора, с.
Гипсовые стерженьки (рис. 2) диаметром 1,25-1,5 см и длиной 10-12 см погружают в стаканчик 1 со шликером на глубину 3-3,5 см до метки. Через 3-5 мин стерженек вместе с наросшим слоем глинистой массы вынимают и дают стечь избытку шликера (2 мин). Затем стерженек вместе с массой помещают на стекло и взвешивают с погрешностью до 0,01 г. Скорость набора черепка определяют по формуле:
СН = ( b - a ) (100-c)/(100Ft),
где b – масса гипсового стерженька с осевшей на нем массой, г; а – масса гипсового стерженька перед опытом, г; c – влажность шликера, %; F – поверхность гипсового стерженька, погруженная в шликер, см2; t – продолжительность набора массы, с.
Известны следующие способы формования литьем: наливной и сливной в пористые формы. При наливном способе набор стенок изделия осуществляется между двумя стенками гипсовой формы (рис. 3.1). При сливном способе шликер, налитый в форму, сливают после набора стенок изделия требуемой толщины (рис. 5.1). Перед заливкой шликера гипсовые формы промывают 5% раствором соды, сушат до W 5-6%, очищают от сушья, собирают и скрепляют, а при необходимости промазывают швы для большей герметизации. Шликер подогревают до температуры
40-50 °С, формы до 60 °С, что ускоряет набор стенки изделия в два раза.
При заливки шликера в форму необходимо следить за тем, чтобы струя шликера не била в стенку формы, не “захватывала” воздух. Шликер должен равномерно без вспенивания заполнять форму. После набора стенок заданной толщины при сливном способе, перевернуть форму и слить оставшийся шликер. При наливном способе постоянно доливать шликер в форму до полного заполнения формы массой. Отлитые изделия подвяливают в формах, извлекают и подвергают оправке при влажности изделий 16-18%.
Контрольные вопросы по работе:
1. Охарактеризуйте основные сырьевые материалы для производства керамики.
2. Дайте характеристику глинам как сырью для производства керамических изделий.
3. Какими свойствами обладает глина?
4. Какие добавки вводят в глину при производстве керамики и как они влияют на свойства изделий?
5. Опишите общую технологию производства керамических изделий.
6. В чем заключаются положительные стороны и недостатки полусухого и пластического способов производства керамических изделий?
7. Почему стеновые изделия преимущественно изготавливаются с большим количеством пор и пустот?
8. В чем состоят особенности эффективных керамических материалов? Приведите примеры.
9. Каковы преимущества пустотелого кирпича по сравнению с полнотелым?
10. Перечислите основные керамические изделия для наружной облицовки зданий и сооружений. Какие требования предъявляются к их качеству?
11. Какие керамические изделия применяются для внутренней облицовки стен и полов?
12. Литейные шликера. Основные свойства шликеров.
Лабораторная работа № 6