автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Санитарно-технические изделия на основе кембрийской глины

САНКТ-ПЕТ ЕРБУГТПКЖ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХКГБКГУГ'НО- С7ГС*йТЕЛЬНЬЯ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

e;ikctfaîob жколал ажсеерпч

САВГАРНО-ТЕЛШЧЕСШ ЮШИЯ НА ОСНОВЕ КЕМЕРКЯСКОЯ глины

Специальность 05. 23. G5 - строительные материалы и изделия'

Автореферат диссертация на соискание ученой тепеии кандидата технических тук-

Санкт-Петербург IIP 4

Работа выполнена на кафедре строительных материалов Санкт-Петербургского государственного архитектурноростельного университета

Научный руководитель - канд. техн. наук, доц. Б. А. Григорьев

Официальные оппоненты: акад. Российской академий архитектуры у. строительных каук, д-р техн. наук, проф. П. Г. Комохоь;

канд. техн. наук, доц. Е. Г. Дементьев Ведущая организация - Санкт-Петербургский завод "Стройфарфор"

. Зашита состоится »ПОЛфл-г. в М ч. мин,

на заседании диссертационного Совета К 063. 31.02 в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете по адресу; 138005, Санкт-Петербург, -2-я Красноармейская ул., д. 4, зал заседаний (ауд. 521-С).

', С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета. ' .

Автореферат разослан " №

года.

% Ученый секретарь диссертационного Совета,' канд. техн. наук „

Е. А. Козлов

- 1 -

ОБКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Для производства керамических санитарно -. технических изделий практически все фарфоро-фаянсовые предприятия Роопми применяют преимущественно огнеупорные (реже тугоплавкие) беложгущиеся глины Веселовского и обогащенный каолин Просяновско-го месторождений Украины. Использование глин и каолинов только двух месторождений приводит к ускоренному истощению их запасов и, что особенно важно, вызывает экономические и организационные осложнения.

Один из путей решения данной проблемы - выявление местных глин, обладающих хорошими литейными свойствами, и разработка новых составов керамических масс на их основе.

В диссертации выполнено исследование керамических масс и процессов литья на базе легкоплавкой полиминеральной кембрийской глины Ленинградской области и определены оптимальные условия обжига санитарно-технических изделий из этих масс в вакууме,

Месторождение кембрийской глины Ленинградской области распо,-лоюгио в непосредственной близости от транспортных (автомобильных,, и железных) магистралей и предприятий по производству грубой и тонкой керамики.

Кембрийская глина отличается от глин Украины коротким интервалом спекания, пониженным содержанием глинозема и высоким содержанием щелочноземельных и щелочных оксидов.

Вопросы массолрнготовления, формования, сушки и обжига керамических масс на основе полиминеральных легкоплавких глин с частичным или полным исключением огнеупорных бедожгущихся глин,и каолинов Украины изучены недостаточно. Поэтому использование легкоплавких глин в керамической шихте для получения санитарно-технических изделий является актуальной задачей.

Проведенные исследования являются развитием работ кафедры строительных материалов Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета (СП61*АСУ) по разработке керамических масс и принципиально новых технологий с использованием способа термической обработки изделий в вакууме.

Цель- работы. Получение керамических санитарно-технических изделий из рационально подобранной керамической массы на основе по-

- г -

лиминеральной легкоплавкой кембрийской глины Ленинградской области.

Основные задачи:

1.- Разработка рационального'состава керамической массы на основе легкоплавкой кембрийской глины Ленинградской области.

2. Изучение влияния электролитов и предварительной кислотной и магнитной активациий воды на технологические параметры шликера и керамических изделий на основе местного сырья.

3. Исследование влияния режимов и давления газовой среды в процессе обжига на основные физико-механические свойства керамических изделий.

4. Получение в условиях вакуума комплекта с&нитарно-техничес-ких изделий.

5." Разработка технологического регламента на получение сани-тарно-технических изделий на основе местного сырья.

' Научная новизна. Впервые:

разработан состав керамической массы из местного сырья (на основе легкоплавкой полиминеральной кембрийской глины) для производства санитарно-технических изделий (подана заявка на патент);

проведена магнитная и кислотная активация воды затворения с целью управления технологическими свойствами шликера и изделий на его основе;

разработаны режимы обжига керамических изделий на основе местного сырья в вакууме;

• получены полные стандартные комплекты санитарно-технических изделий на основе местного сырья. •

Практическое значение:

доказана возможность применения легкоплавкой кембрийской глины Ленинградской области для производства керамических санитарно-технических изделий;

разработан технологический регламент на производство керамических санитарно-технических изделий на основе местного сырья.

Ре? чизация работы. Отформованы, высушены и обожжены несколько комплектов санитарно-технических изделий стандартных размеров.

На опытном заводе ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова изготовлены два промшленных комплекта вакуумных электрических печей конструкции ЙПбГАСУ рабочим объемом 2,8 м3 с аппаратурным комплексом КИПиА.

АпгеГпКиз Осг'саь?} поло>..'-;;1'л и результата: глоо^ртаиии

долаулн;: с?сухл;ны '-'a •¿'"-'Л. 50-й и 31-Я научнчх кон;!.?ренаилх СТ^ГА^У (jí'j?.. jen.-;), ir-i '/.гсг:.'чсн^р5н;;;ч! ;:с сна;"; ::а-

учко - •líx.-H'.'r-ci'oíi герограм'ме "'JTpovíTe/iiCTBO" 'ллакч;': '¡ергерол, :Г.53), на трс-тьгм i.vxnyHap ::;.к;м ел ;г;с;<>;уме "г-жс:нстругл;!.: Гяь>чт -ГгУТ-ьуСург - ::с€5" ( Cíihkj-n-:-r>-'pC-v.->r, 1Z-9-V,.

i1'" —дсссерсааул счубллкеган:.: трл статна по-jiy'i'jнм pei^;;-:;;:: ас aare-cav ка гсатеатм: "Jsa;-:yy>/nai!

электроп^ча" и '"r"-r-r-vii"i^_:,<аа:а".

1. Caera« :'У'ремлч"С|Х;1 :«;:сп дел производства к?рлу!гкских саалтаане-Т'-хн;:ч;е>: :х аслелиё на сснса'? л^гксплагессп глч:1Ы -KevQ-piaic^cre. уестерокгргьлл.

Z. "лоенч са^кталан1-:- тагул::таш нсуне;!/';; мллнлл ал--г-релн-тор, клеле] :: уаунлтчол а-слсалии ;<одъ; .та уе.хнслстлческие cccPccia ia'acyepa и л;;;:елий ¡;а ь-астнсл легкочлчнкой кеуй-

рийекси глины.

е'. Слсс'сб облига Kepawaiecsix санитарко-т^хнич.ских игдел'/rt в л?.-су ум;'.

Qg'N'M я стругу?'"* я.гасупц;»'. й;сс<?ртнцил колодет .на 150 страницах матсласл/снсго TvKcca; садерхит S4." таблицы, ?Л рисунок. 3 ьрилэдекин; ссстолт .те доскенкл, 5 глаъ, сбпих вчвояов и списка лспелъссЕанкси литературу, г^слоч"!'«:?.-!о 153 наимйнсьзкип, в -том числе 19 p-iíCT на нпсстрннньх лапках.

COiEPKAWK РАБОТЫ

íiLiííí/üíüü'í с-Ооснот^паетсл те>.<а лигс^ртаилх, приноллтел :юлс-»тшя, нанесена!« на гассчту.

5 3"р1-сй г.г.зр zpa.-i анализ оея?е«см>ясго ссстскнгл т^хнолегл;: и качества :•::■ рам;№сккх саките1рио-т>>хкич>.-счкх иьрелкй. Кратко оха-наптерино;:нни сенсБк;»? снслкс-теяническхе сесйства санитарко-тех-нлч..скнх ст;р!,егн.:е >,;атерначы рля их пролан'с.лстьа и непо-

лна уе^ае мчсго;ус№Н!'л глин. Рчосуот;«т.- перегн-'ктиннне технологии по массолрнготсвленлга, с ушке и иСллгу сачнтарнс-тех-

нических перелил, сбосионана разработка карами чес ко Я массы на основе мсстнаго сьрьл их г.Г'-Иййслстга. Сссрмулиронаны цель и

задачи исследования.

Во второй главе приведены характеристик:" сырьевых материалов и керамических масс на их основе, изложена методика лабораторных исследований с описанием используемой аппаратуры.

Большинство Экспериментов выполнено на опытных керамических массах (^абл. 1), приготовленных на основе местной легкоплавкой кембрийской глины, входящей 'в группу полиминеральных каолинито-гидрослюдистых глин. Кембрийская глина является умеренно пластичным, среднедисперсным сырьем с высоким содержанием глинистой фракции! малочувствительным к сушке.

■> • Таблица 1

Шихтовые составы опытных масс

Содержание компонентов, масс. X

Номер массы|Прося-

| НОБСКИЙ

I каолин

1-Г"-1-г

Кембрийс-|Песок|Пегматит ¡Фарфо-кая глина|квар-|кондопож-|ровый |цевый|ский|бой

I

| 28 | 22 • 1 20 | 20 | 10

Г - I 50 1 24 I 25 1 1

1 | 45 ( 25 | 25 1 5

1 1 I 40' 1 1 29 1 30 1 . 1 1_________

„Л

. Для сравнительного анализа шихтовых составов и реологических свойств шликеров использовались йроизводетвенные массы Санкт-Петербургских заводов "Стройфарфор" (масса N'1) и Завода керамических изделий (ЛЗКИ) следуквдего состава (X по массе):

Масса N 1 эавода Масса Завода

Глина: кембрийская весе^овская ново-райская Каолин:

ч просяновскии глуховецкий

"Стройфарфор"

18,00 4<00

18,00 10,00

керамических изделий (ЛЗКИ) 60,00

Кварцевый песок Пегматит

Бой обожженных еанизделий Бой обожданных плиток Нефелиновый концентрат Отсев дробления карбонатных пород Стеклобой

20,00 20,00 10,00

7,00

5,00 11,00

ИТОГО:

100,00

11.00 6,00 100,00

Сверх 100 X: Глина формовочная Электролиты:

2,00

жидкое стекло

сода кальцичированная .

0,50 0,10

0,24 0,15

Подготовка сырьевых материалов и керамических масс проводилась по общепринятым матодикам.

При изготовлении шликеров в качестве электролитов-разжигателей использовались традиционно применяемые в керамической промышленности вещества: водный раствор силиката натрия - жидкое стекло (ГОСТ 13078-81), сода кальцинированная техническая (ГОСТ 5100-85) фильтрат технический пектазритрит'(ЭФТП) и утлещелочной реагент (УЩР) порошкообразный■(ТУ 39-1223-87).

Влияние предварительной магнитной и химической активации водопроводной воды на реологические свойства шликеров исследовано на производственной массе Зйвода керамических изделий, содержащей 60 % кембрийской глины, жидкое стекло и. соду кальцинированную в качестве электролитов-разжижителей.

Установка, реализующая воздействие магнитного поля, состояла из источника питания, контрольно-измерительной аппаратуры (амперметра, вольтметра) и электромагнита. Источником питания служил выпрямитель постоянного тока типа ВС с регулируемым напряжением от 0 до 250 В. Сила тока, питающего магни*, изменялась от 0,1 до 1,2 А, что соответствовало диапазону изменений напряженности маг-* нитного поля от 12,5 до 150,0 кА/м. Скорость подачи водопроводной воды к электромагниту, определяли с помощью секундомера и регулировали вентилем.

О

- о -

¡'.иолотн^ечI водопроводной род:.; варопро вали от до 1:.0 р-.-з С,5 вЧ добавлением 0,1-нсрмалвногс рас : г н ослиной кнслоть: и иэвеотксьвго молока.

Га~-ли.-;неуость глинистых оус'в-нзиН и опытных керамических м.дос характеризовали изменением текучести и конфриционта загуете-ванил. Тенучес-тв определяли н;: /¡искогиугре окглер^.

За оптимальный р-е;гим пр-едваривелвной активации води п; иним 1ли миничальшь £-о кизлстнссти. к иасряденкости ¡».»гзктного

поля, еостБетстьугчда максимальной текучести к минимальному коэффициенту Т'ИКСОТрОПНОГО ВлГуСГйЬаКИЯ ШЛЧКгра.

Скорость ваС-.<Х1 массы «ел-1 из сликера определяли по ¡.¡етоду стер.-лей длиной ЮС мм, ди.ч»»?ром 20 ь»

й?уч~кие процессов спекания в различных услойклх сб:<.ига (на воздух*- ¡1 а ьакуухз) проведено на ошенкх обраолах енкилирнэ-тс-х-ническнх изделий, наготовленных ну основе кембрийской глины.

5 третьей и четвертой главах приведены результаты исследований по управлению рч-олог/чееннкм.п, литейным,: технологическими сьайОтвнми лликерккх масс и изделий на к:.-сткогэ скрь>;.

Эйор наиболее- оф^кт/.ьксго разл-и-а^ирго эл*ктрол;»га (л)дков стекло, сода кальцинированная, Э'1>ТП, ь'ф) проводили .на кембрийской глине Л5НИНградо-:ой области ;; взятых для сравнения суспензиях ьеселовокой глины к прооннОвсного каолина.

РЧ-х-перименгы показали, что- при раьаых девах вводимых реагентов максимальный э^е-кт различения суспензии кем'рпЛ.-кой глины до.стигался в< случае непельзовани; кальцинированной соды ь количестве 0,48-0,6?. X и хидкего стекла 0,-10-0,00 ~ от масс:.; су>.-*-й цмхты. Характер кривых рагкидаккя был аналогичен характеру криькх просяноьского каолина и веселовской глины. При влажности 53 "I наименьшие показатели текучести составили. 0,8 с для видного стекла и 3,9 о - для «льцинироваиней соды.

Известно, что уменьшение загустсваемости при одновременном наибольшем з.+фекте енкления вязкости литейных иликеров наблюдается при использовании комбинаций электролитов, введенных в определенном соотношении. Для достижения наиболее ¡интенсивного рщкж-нил опытных керамических масс на основ» кембрийской глины вводилась смесь хидкого стекла с кальцинированной содой в соотношении (по массе) 2:1 и 3:1 соответственно.

В результате экспериментальных исследований установлено, что" для получения шликера достаточной плотности и связности при высокой его подвижности и наименьшем тиксотропном загустевании необходимо вводить жидкое стекло и кальцинированную соду в соотношении 2:1 для шликеров на основе опытных масс 1, 2 и 3:1 - для шликеров на основе опытных масс 3, 4, 5. Это подтверждают данные, представленные в табл. 2.

Производственный опыт шлйкерного литья свидетельствует, что максимальная скорость набора массы в процессе литья, увеличение механической прочности отливки при ее минимальной влажности наблюдаются для шликера, удовлетворяющего следующим требованиям технологического регламента:

значения коэффициента загустевания должны составлять 2,0-2,2; количество вводимых электролитов должно быть несколько заниженным по сравнению с оптимальным. ■

Как следует из табл.2, этим условиям удовлетворяют составы шликеров, отмеченных (*), которые были использованы в дальнейших экспериментах. '

Данные по определению скорости набора массы показали, что для исследуемых шликеров наибольшую скорость (за 5 мин - 0,35 г/см ) по сравнению с заводской массой (за 5 мин - 0,35 г/см2) имел шликер," содержащей 40 X кембрийской глины (N5). Для шликеров на основе масс 2 и. 4 скорость набора массы тела составляла 0,33 и 0,30 г/см2 за 5 мин соответстённо. По мере увеличения времени набора массы тела до 10 мин наблюдалось сближение скоростей набора опытных шликеров и заводского. '

Свойства, наиболее близкие к свойствам производственного шликера (1), показали массы 2 и 4 (табл.3). При этом влажность отливок из массы 4 была несколько выше, чем отливок из заводской шихты. Влажность отливок из массы 5 составила 19,1 %, однако, на поверхности образцов.наблюдались трещины. Отливки изделий на основе масс 1-4 дефектов не имели.

Для оценки литейных свойств шликеров из опытных масс проводилось формование методом литья модельных унитазов уменьшенных размеров. Установлено, что набор массы тела в гипсовой форме при использовании шликеров, приготовленных из составов 1, 2, 4 протекает примерно одинаково; масса изделия толщиной 3-5 мм набирается

Таблица 2

Литейные свойства-шликеров

1 1 ¡Содержание электро- Средйяя Первая Г" | Вторая 1

|Шифр лита, % (мае, сух.) плот- теку- ! теку- Коэ$фициент|

1массы I 1 ность 'честь, I честь, вагустева- |

IЖидкое |Кальциниро- шликера, с 1 с ния |

|стекло ванная сода г/см3

I 0,26 | 0,13 1,715 20-23 I 46-50 2,3-2,2 |

1 1 1* 0,30 1 0,15 1,715 16-17 I 32-36 2,0-2,12 |

1 0,34 1 0,17 1,715 14-16 | 22-27 . 1,6-1,7 |

| 0,38 1 0,19 1,715 12-13 | 23-27 1,9-2,1 |

( 0,28 1 0,14 1,718 19-21 ! 40-46 2,1-2,2 |

1 2 0,32 1 0,16 1,718 18-19 ! 32-38 1,8-2,0 |

1 0,34 1 0,17 1,718 17-18 I 27-30' 1,6-1,67 |

I 0,36 1 0,18 1,718 18-19 1.36-42 2,0-2,2 |

| 0,36 1 0,12 ' 1,72 19-21 (Не течет |

I 0,39 1 0,13 1,72 17-19 | 39-47 ' 2,3-2,5 |

1 з 1 0,42 1 0,14 . 1,72 17-18 | 40-43 2,35-2,4 |

1 0,45 1 0,16 1,72 18-20 I Не течет |

1 0,48 1 0,16 1,72 ' 19-21 1 Не течет I

| • | 0,33' 1 0,11 1,72 . 17-18 I 39-43 2,3-2,4 |

0,36 1 1,72 16-17 ■ I 32-36 2,0-2,1 I

1 4 | 0,39 1 0,13 1,72 15-16 | 25-30 1,7-1,9 |

1 0,42 1 0,14 1,72 16-18 ! 32-39 2,0-2,2 |

| 0,45 1 0,15 1,72 17-18 I 39-46 2,3-2,55 |

' ¡а 0,35 1 • 0,¿1 1,72 15-17 I 28-34 1,9-2,0 I

1 Б 1 0,36 1 0,12 1,72 15-16 I 25-30 1,7-1,9 |

| 0,33 1 0,13 1,72 15-16 1 24-27 1,6-1,7 |

1 0,42 1 ' 0,14 1,72 16-17- I 34-37 2,1-2,2 |

1 0,45 ; 0,16 . 1,72 16-19 1 37-47 2,3-2,5 |

1 1 • 1 1

Примечание. Влажность шликера 32 X.

Таблица 3

Технологические свойства шликеров и отливок

1 Содержание Влаж- Первая Коэф- 1 1 1 |Набор|Влаж- |

1 Номер электролита, ность теку- фици- |массы|ность |

| массы % шли- честь, ент | за |отлив-|

1 ..... кера, с эагу- |5 мин,| ки, |

Жидкое|Сода % стева- | г/см2 1 7. |

стекло| 1 ния 1 I 1 1 1 1

1 1 1 0,3 |0,15 31,5 16 2,15 I 1 1 I 0,35| 20,1 !

1 2 0,32 ¡0,16 31,5 19 2,1 | 0,33 Г 20,4 I

1 3 0,39 |0,13 32,5 18 2,5 I 0,27| 21,5 |

1 4 С,35 10,12 •32,0 17 2,2 | 0.301 20,9 |

! 5 1 0,345|0,115 1 31,5 17 2,2 1 0,36| 19,1 | 1 1 ' 1

за 20-25 мин. После слива шликера и выдердки в форме 1,5 -2,0 ч проводились распалубка и извлечение образцов-унитазов. Остаточная влажность для масс 1, 2, 4 колебалась от 19,5 до 20,8 %. Получен-лыс отливки не имели дефектов, обладали достаточной плотностью и прочностью. При использовании шликера приготовленного из массы 5, "набор черепка" протекал быстрее (не более 20 мин). Однако через 50-60 мин выдержки в форме, обеспечивающей набор прочности сырца, достаточной для распалубки, на днище основания модельного изделия появлялась трещина, которая впоследствии увеличивалась. При.более ранней распалубке (менее 50' мин • от момента слива шликера) при снятии верхней части формы происходил отрыв ве^ха отлитого изделия. Причиной является недостаточная прочность сырца и его плохое отделение от формы.

Исследования сушильных свойств показали, что все массы малочувствительны к сушке (Кч < 1,2).

Образцы, отлитые из шликеров 2 и 4, имели удовлетворительные сушильные свойства, несколько большую , воз'душную'усадку (4,00 -4,15 %) и среднюю плотность (1,80-1,83 г/см1), чем образцы из заводского шликера (3,8 % и 1,78 г/см3 соответственно).

Предел прочности при сжатии образцов на основе массы 4 составлял 3,6 МПа, что превышало прочность образцов из заводской массы (3,5 МПа). ' •

Проведенные исследования показали, что шликеры, приготовленные на основе масс 2 и 4, имели технологические характеристики и литейные свойства, близкие к показателям заводского шликера.

Исходя иэ этого, влияние режимов и давления газовой среды при обжиге на формирование основных физико-механических свойств исследовалось на изделиях, изготовленных на основе масс 2 и 4.

Результаты физико-механических испытаний образцов, обожженных в вакууме, показали, что значительное повышение усадки, средней плотности, предела прочности при сжатии и изгибе, а также уменьшение водопоглощения наблюдалось при увеличении времени изотермической выдержки от 0,6 ч до 1,6 ч при температуре обжига 1140°С для массы 4 и 1230°С - для массы 2. Особенно благоприятно увеличение продолжительности выдержки при обжиге в вакууме сказывалось на повышении предела прочности при изгибе и снижении водопоглошо-ния.

Улучшение физико-механических характеристик при вакуумирова-нии объясняется образованием при увеличении продолжительности изотермической выдержки большего количества жидкой фазы, способствующей интенсивному уплотнению черепка; созданием благоприятных условий для процесса муллитообравования и формированием необходи-:мого объемного соотношения стекловидной и кристаллической фаз. По данным рентгенофазового анализа, образование муллита в вакууме начинается При температуре 1000°С.

Данные о структурных изменениях образцов из керамической массы' 4 (см. рисунок) показывают! что при обжиге в условиях атмосферного давления достичь значений водопоглощэния и средней плотности, соответствующих фарфоровому черепку, rte удалось во всем диапазоне температур. Уменьшение водопоглошэния до 1,0 % при наибольшей средней плотности 2,17 г/см1 достигается обжигом при 1170°С.

При обжиге в вакууме при 1125°С с изотермической выдержкой 0,6 ч водопоглощение обожженных образцов составляло 0,5 X, средняя плотность увеличилась до 2,31 г/см*. Максимальное значение средне . плотности (2,36 г/см®) и минимальное водопоглощение образцов (0,25 %) обеспечивались обжигом при температуре 1150°С.

Таким образом,; необходимым условием получения иаделий с плотным черепком на основе массы 4 с полным исключением беложгущихся глин и каолинов является их обжиг в вакууме.

1025 1050 1075 1100 1125

i | | | ' i

1150 1175 Температура,

1200 °С

Рис. 1., Зависимость водопоглошения и средней плотности образцов из' массы 4 от температуры при обжиге:

---- на воздухе - в вакууме

.1, 3 - водопоглощение; .2, 4 - средняя плотность

Конечным'результатом проведенных•исследований явилось-получение стандартных комплектов санитарн9-технических изделйй, отфор- ' мованньи из шликера на основе массы 4, с обжигом в промышленной вакуумной печи. Общее время обжига составило 12 ч.

Дальнейшие эксперименты по получению санитарно-техничееких изделий проводились на производственной массе-Завода керамических изделий Санкт-Петербурга, содержащей 60 X кембрийской глины, а в качестве разжижителей - 0,24 X жидкого стекла и 0,15 X кальцинированной соды. При оптимальной влажности 41,2-43,8 X шликерная

масса имела следующие реологические показатели: первая текучесть-7,8-8,2 с; вторая текучесть - 15,0-16,7 с; коэффициент эагустева-ния - 1,92-2,04.

Согласно технологическому регламенту для получения изделий, стойких к трещинообразованию, и ускорения процесса набора массы при формовании санитарно-технических изделий влажность литейного шликера должна быть 32,0-34.0 X.

Для снижения влажности шликера и управления его реологическими характеристиками и физико-механическими свойствами изделий использовались физико-химические методы воздействия на воду: предварительная кислотная активации в интервале рН 2,5-11,0 (табл.4) и активация воды магнитным полем напряженностью 12,5-150 кА/м (табл. 5).

Таблица 4

Влияние кислотности водопроводной воды на технологические характеристики шликера

1 ■ "I 1 ■ I | Текучесть, с 1 г ' ■ Текучесть, с \

1 | Коэффициент 1 I Коэффициент|

1 1 1 1 1 1

| рН|Первая, | Вторая, загустева- II РН Первая, | Вторая, загустева- |

1 | через | через ния II через |через ния |

1 | 30 с 1 | 130 мин 11 30 с |30 мин

1 1 12,51 12,2 1 20,4 1,67 11 1 1 7.0 10,7 1 15,1 1,78 '|

13,0] 12,2 1 24,0 1,98 II 7,5 8,4 1 15,5 1,84 I

|3,5| 11,7 1 22,1 1,89 II 8,0 10,7 1 18,7 1,75 |

14,01 8,8 1 17,0 1,93 II 8,5 10,5 | 19,8 1,89 ■ |

14,5| 11,8 1 19,8 1,68 II 9,0 8,7 1. 16,3 ' 1,87 |

15,0| 9,4 1 15,3' 1',63 II-5 10,5 ■ 1 18,2 ' 1,73 ' |

|5,5| 11,9 1 21,8 1,83 1110,0 10,4 1 20,1 1,93 |

16,01 11,5 I 16,5 1,43 1110,5 7,7 1 15,4 2,00 |

16,5| 8,9 1 14,0 1 1,57 1111,0 1 1 9,5 | 20,8 1 244 | 1

Примечание. Реологические свойства шликера, приготовленного на водопроводной воде с рН=6,8, при относительной влажности литейной массы 43,8 7. составляли: первая текучесть - 7,8 с; вторая текучесть - 15,0 с; коэффициент загустевания - 1,92.

Во всем исследуемом диапазоне изменения рН и напряженности магнитного поля (см. табл.4 и 5) зависимость показателей, характеризующих реологические свойства шликера от интенсивности активации воды, носила качественно одинаковый полиэкстремальный характер.

Таблица б

Влияние напряженности магнитного поля на технологические характеристики шликера

Н,

кА/м

0,0 12,5 25,0 37,5 50,0 62,5 75,0

Текучесть, с

Первая, через 30 с

8,2

9.6 10,5

7.7 10,0

9,2 9,1

Вторая, через 30 мин

16.7

17.8 22,2 14,3 18,7 17,7 15,0

Коэффициент загу-стевания

2,04

1.85 2,11

1.86 1,87 1,92 1,76

Текучесть, с

Н, I-

кА/м|Первая, I через 130 с

-1-

87,5) 100,0| 112,6 Г 125,0| 137,5| 150,0| I

8,0 9,4 9,3 8,1 9,6 7,2

Вторая, через 30 мин

18,6 16,5 16,1 14,3 17,7 11,5

Коэффициент загу-стевания

2,32

1.75 1,73

1.76 1,84 1,60

п

Примечание. Н - напряженность магнитного поля.

Минимальному коэффициенту загуртеван1!я соответствовало оптимальное, значение рН, равное 6,0 (см. табл.4).

Применение активированной води с оптимальным рН для приготовления шликера позволило снизить его влажность на 2,5 % при сохранении коэффициента тиксотропного загустеванйя К-2,1, повысить устойчивость сырца к трешинообразсванию. Влияния кислотной активации воды на физико-механические свойства Изделий (водоглощенйе. механическую прочность) не установлено.

Предварительная магнитная обработка воды- при №»150 кА/м соответствовала максимальному йзмейен л реологических свойств шликера (см. табл.5).

Применение модифицированной' (при"Н-150 кА/м) воды позволило

снизить влажность шликера на 2,9 % при сохранении коэффициента тиксотропного загустевания К=2,18.

Как следует из экспериментальных данных (табл.6), на физико-механические свойства изделий влияют, в основном, условия обжига. Так, увеличение температуры обжига при атмосферном давлении с 1000 до 1050°С позволило снизить водопоглощение на 20 % и увеличить прочность обраацов при сжатии и изгибе на 30 и 25 X соответственно. Обжиг при пониженном давлении (вакууме) при той же температуре способствовал уменьшению водопоглощения изделий на 40 % при увеличении прочности при сжатии и изгибе на 30 и 40 % соответственно.

Таблица 6

Физико-механические свойства образцов, обожженных в различных условиях

1 | Показатели ■ Обжиг в воздушной среде Обжиг в 1 вакууме |

1 Т=1000°С | Т-1050°С г Т-1000°С | Т=1050°С (

1 ВВ 1 1 1 АВ | ВВ | АВ. • Г 1 1 1 ВВ | АВ | 1 1 1 ! ВВ | АВ | 1 1

IВодопоглоце- 1 1 1 1 I 11 . 1 1 I | Г 1

I кис, % 2,4 | 2,3 ( 1,6 | 1,47 0,191 0,101 0,38| 1,47|

|Предел проч- 1 1 1 1 1

ности после 1 1 1 1 1

(обжига, МПа: 1 1 1 ' 1 1 1 ■ ' 1

( при сжатии 73,7 ( 73,81103,6(103,8 103,2(103,21 138,01137,11

( при изгибе 21,4| 21,4| 29,9| 30,0 30,0] 30,0| 43,7| 43,6)

I 1 1 1 I 1 .1 • 1

Примечание. ВВ - водопроводная вода (рН*6,В);

АВ активированная вода (рН=б,0).

Как следует из .табл. 7, скорость набора массы тела в первые 3 мин для шликера с относительной влажностью 41,18 X, приготовленного на омагниченной воде, была на 28 % выше, чем для'шликера на на исходной воце. . _ . .

Быстрая отдача воды омагниченным шликером в первые 3 мин и

образовали* плотней мэсеи при закреплении тела изделия приводят к резкому ('по сравнении) со шликером на исходной воде) падению скорости набора млссь: тела при увеличен;« времени до 5 мня.

Таблица 7

Влияние ©магниченной годы на скорость набора массы тела

\ Скорость набора массы тела,

Время, | ми.ч г

г/см^ мня

~г

¡Водопроводная I иола

! з ! ! о.сез | 0.081 |

1 о | 0,054 . | 0,057 ' !

| 7 | С,037 | 0039 |

1 10 | 0.039 | 1 0,04: |

Модифицированная эода (Н=150 кА/м)

При продолжит'-льности набора массы'тела от 5 до 10 мки магнитная активаиия ьодн не оказывает существенного влияния на скорость набора массы тела,

Активация роды магнитным полем вапрлж?вностью Н-150 кА/м обе-спечиьала повышение прочности изделий из шликера с минимальным значенном коэффициента тиксотрогшого оалуотевания К-1,6 на 34 X, плотности - на ?. X, снидеяие водопоглощения до требований ГОСТ 15167-85 (табл. 8).

Применение' шликера на омалличенкоп воде при изготовлении опытной парти/. сакктарно-технпческпх изделий привело к сокращению времен;: набора массы изделия до 2,5 ч (против 3,5 ч при использовании шликера на исходно/ воде) при сохранении повышенной влажности отливки у. ее пластичности.

В пятой гларе приведены принципиальные схемы технологического процес-'е. произрсдстга санитарно-техническкх изделий в условиях атмосферного (туннельная печь) и пониженного (вакуумная печь) давлений. Ог\»чено, что отличительной особенностью предлагаемой технологической схемы (в сравнении-: классической) является: замена дИ-.п.итккх бедзягупкхся огнеупорных глин местными; проведение об.чига е вакуумной электрической печи.

Таблица 8

Фиэико-механические свойства изделий

1 I Показатели Вода обычная 1 1 |Еода, омаг- | |ниченкая при| ¡Н=150,0 кА/м| Г I

|Предел прочности при изгибе, МПа: 1 1 I I

1 после сушки 4,30 I 5,42 |

| после обжига Е6,57 | 35,52 |

IПредел прочности при сжатии, МПа: I I

| после сушки 5,77 I 7,26 |

I после -обжига 42,28 | 56,98 |

|Средняя плотность, г/см3: I I

| после сушки 1,77 I 1,74 |

I после обжига 1,94 1 1,98 |

|Еодопоглощение, % ■ . 1,01 1 0,52. | | |

Технологический регламент и технико-экономическое обоснование производства керамических санитарно-технических изделий, на основе местного,сырья представлены'в приложении.

- 17 -ВЫВОДЫ'

1. Разработан состав керамической массы из местного сырья для производства санитарно-технических изделий с полним исключением огнеупорных бедожгущихея глин и каолинов месторождений Украины.

2. Изучено влияние состава керамических масс, электролитов, а также предварительной кислотной и магнитной обработки воды на реологические, литейные и технологические свойства шликера и изделий на основе кембрийской глины.

3. Установлено, что предварительная кислотная активация воды до оптимального значения рН=б,0:

стабилизирует свойства шликера, снижает его влажность на 2,5 X и повышает устойчивость отлитых изделий к трещинообразованию;

не влияет на физико-механические свойства изделий, улучшение которых определяется только условиями обжига.

4. Активация воды магнитным полем.напряженностью Н=150,0 кА/м:

обеспечивает снижение влажности шликера на 2,9 %, ускоряет

процесс водоотдачи и сокращает время набора массы изделия;

повышает механическую прочность и плотность изделий, снижает водопоглощение.

5. Изучено влияние среды обжига на физико-механические свойства изделий. Показано, что вакуумированье интенсифицирует спекание санитарно-технических изделий и расширяет интервал спекания материала.

6. Получены керамические санитарно-т'ехнические изделия на основе местной легкоплавкой кембрийской глины Ленинградской области..

7. Разработан технологический регламент и.предложена технология производства санитарно-технических изделий, включающая обжиг-в вакууме. .•

8. Обоснована экономическая целесообразность замены в шликер~ ных массах беложгущихся огнеупорных глин и каолинов месторождений Украины местным сырьем.

Основное содержание диссертации изложено в сл?душ«х работах:

1. Вакуумная печь для обжига керамических изделий / Санкт-Петербург, ЦНТИ; Сост. Б. А. Григорьев, А. П. Васин, Н. А. Елистратов, -СПб., 1993.- 2 е. - (Информ. листок; N 534-93).

2. Григорьев Б. А. , Басил Л. П. , Елистратов И. А. Формирование свойств санитарно-техкических изделий при изменении составов шли-керных масс и способа термообработки / Санкг-1Ьгер5ург. гос. ар-хит. -ст'рбкт. ун-т. - СПб. , 19Й4. - 7 с. - Деп. ьо ВЬйИ проб.", науч. -техн. прогресса и информ. ь стр-ьг [вып. 1954] N 11469,

3. Блистратов Н. А. Влияний активации води на свойства керамических масс // Изв. вузов. Стр-во, 1994.

4. Елистратов Н. А. Исследование реологических свойств керамических масс на основе местного сырья / Санкт-Петербург, гос. ар-хит, -строит. ун-т. - СПб., 1934.-9 о. : ил. - Де::. во ЕЖИ пробл. гд-уч.-тохн. прогресса я информ. в стр-ве [выа.1, 16943 N 11470.

5. Заявка на патент. Вакуумная электропечь / Григорьев Б. А. , Васин А. П. , Елистратов Н. А. ; Санкт-Петербург, гос. архит.-строит, ун-т, - М 9300053?,/33 (000527); Заявлено 05.01.93.

6. Заявка на патент. Керамическая масса / Григорьев .Б. А. , Васин А. П., Елистратов Н. А. ; ■ Санкт-Петербург, гос. архит. - строит, .ун-т. - N 94011816/33 (011668); Заявлено 05.04.94.