Текст
А.И. А В Г У СТИ НИ К
КЕРАМИКА
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
%
@3
Ленинград
СТРОЙИЗДАТ. ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
УДК 666.3/.7
Печатается по решению ученого совета ГИКИ от 13 октября 1970 г.
Августинин А. И. Керамика. Изд. 2-е, перераб. и доп. Л., Стройиздат (Ле-
иииг^. удеЛеио керамическому сырью, современной техно-
гоиИироизводствГхомй^еино^^а^^а\|™аяма^ыиковадиного фарфсфя
и некоторых подсобных материалов.
Пои описании технологических процессов использованы основы физтескии
химии силикатов. Приведены многочисленные сопоставления технологической ап-
паратуры как отечественной, так и зарубежной по ее технико-экономическим по.
казателям. Показано построение современных поточных технологических линий
с широким использованием полуавтоматических устройств и автоматов. .
Книга предназначается для работников научно-исследовательских учрежде-
ний, а также инженеров и техников промышленности строительных материалов.
Рис. 171, табл. 126, список лит.: 589 назв.
30209-109. 24?_75
047(01)-75
© Стройиздат, Ленинградское отделение, 1975.
ПРЕДИСЛОВИЕ
минут. Продолжительность цикла
^б ’д1 pa3M^L пРоизводственнь1х площадей уменьшились на Все 'Я
переработано и дополнено.. В нем представлен
процессов и современное оборудование кера-
ах Западной Европы и США- Значительно
менении единиц Международной системы
РАЗДЕЛ I
ГЛАВНОЕ КЕРАМИЧЕСКОЕ СЫРЬЕ
КЛАССИФИКАЦИЯ ГЛИНИСТЫХ МИНЕРАЛОВ
Общие представления о тонком строении каолинита и других
глинистых минералов сложились в тридцатых и сороковых годах
XX в. на основе работ Грюнера о каолините, Хендрикса о каоли-
ните и галлуазите, Гофмана, Энделя и Уильма, Маршалла и Хин-
дрикса о монтмориллоните, Джексона и Уэста о мусковите, исхо-
дивших из классических принципов Полинга о структурах сили-
Согласно этим представлениям, кристаллические глинистые ми-
нералы состоят из слоев, или листов, тетраэдрического, построен-
ного из тетраэдров [SiOJ, и октаэдрического [А1О6] (рис. 1). Соче-
тания слоев могут быть такими: 1) один тетраэдрический и один
октаэдрический (диформный; обозначается 1:1),2) два тетраэдри-
ческих и между ними октаэдрический (триформный; обозначается
2: 1), 3) два тетраэдрических и между ними два октаэдрических
(тетраформный; обозначается 2:2 или 2:1:1).
Такие сочетания слоев, или листов, образуют элементарный па- .
кет. Сочетание п элементарных пакетов образует видимую под I
микроскопом пластинку глинистого минерала. По сочетанию слоев
1 : 1 (каолинитовому) построены каолинит и его аналоги — диккит
и редко встречаемый накрит, а также галлуазит. По сочетанию 2: 1
(слюдяному) построены слюды, гидрослюды, вермикулит, тальк,
пирофиллит и др. По сочетанию 2:2 (хлоритовому) построены
клинохлор, пепин и другие.
положенный
в основу классификации глинистых минералов.
Как в тетраэдрическом, так и октаэдрическом слое имеют
место изоморфные замещения. В октаэдрическом слое каолинита
ион алюминия может быть частично замещен ионом железа и
даже галлия, что наблюдено в некоторых пресноводных глинах.
В иллитах ион калия может быть частично замещен ионом руби-'
дия. Но наиболее часты изоморфные частичные замещения в Со-
четаниях Слоев 2:1. Так, ион кремния может быть замещен ионом
алюминия, а ион алюминия в октаэдрическом слое —ионами же-
леза, магния, цинка, никеля и др.
Замещение иона алюминия, например, ионом магния может
быть двояким: один ион алюминия —на один ион магния и два
иона алюминия —на три иона магния. В первом случае не все
О Кислород (ЦЦ) Гидроксил * Алюминий, железо, магний
О } • Кремний, иногда алюминий
октаэдрические позиции окажутся замещенными, и тетраэдриче-
I ский слой будет касаться своими вершинами 2/3 кислородных вер-
шин оснований октаэдров. Во втором случае все октаэдрические
позиции окажутся замещенными.
I Минерал первого вида замеще-
ния называют диоктаэдрическим,
второго вида замещения —триок-
таэдричсским. На рис. 1 показано
касание «кислородных» вершин ок-
таэдров при диоктаэдрическом раз-
I мещении в минерале в шести точ-
ках: 1, 2, 4, 6, 7, 8; при триокта-
эдрическом размещении касание
будет в точках 1—9.
На рис. 2 показан вид оснований тетраэдров в плоскости осей
Ь — а для диоктаэдрического минерала; штриховые линии — шести-
угольники—образованы сомкнутыми сторонами нижележащих
тетраэдров. При заполнении -всех оснований октаэдров (показано
дополнительными штрихпунктирнымн линиями) получается трн-
октаэдрический минерал. Таков второй классифика-
ционный признак глинистых минералов.
Строение глинистых минералов на основании электронографи-
ческого их изучения изложено Звягиным [1]. С учетом этих глав-
ных классификационных признаков было построено несколько
классификационных схем. Одна из них, предложенная Р. Маккензи
и Митчелом [2], представляется интересной и для технологических
целей (табл. I). По этой схеме кристаллические глинистые мине-
ралы могут быть распределены на два'класса: филлосиликаты
(слоистые) и слоисто-ленточные силикаты.
Класс слоистых по сочетаниям слоев 1 : 1, 2: 1 :1, 2:1 делится
па три типа: каолинит, хлорит, слюду; типы делятся на группы и
Структурные серии применительно к индивидуальным видам мине-
ралов.
В схему введены подразделения на химические «разновидно-
сти», подчеркивающие изоморфичность в связи с взаимозаменой
катионов, столь распространенную среди глинистых минералов.
Изоморфно замещающие катионы указаны в скобках в последней
Графе.
Задачи глиноведения изложены Чухровым [3].
КАОЛИНИТ И КАОЛИНЫ
В На рис. 3 показана упорядоченная структура каолинита со сто-
роны осей а, b и с. В действительности структура каолинита,
в особенности со стороны осн Ь, часто весьма неупорядочеина.
Сверху, со стороны оси с, видно углубление, охваченное сторонами.
тетраэдров в виде шестиугольника, с находящейся внутри группой
ОН. Одну наружную поверхность тетраэдрического слоя образуют
только кислородные ионы. Другая, противоположная, поверхность
. со стороны октаэдрического слоя покрыта только гидроксильными
к ионами. Это структура открытого пакета.
К ‘ Мусковит п гидрослюда имеют структуру закрытого пакета,
так как средний октаэдрический слой с обеих сторон прикрыт двумя
I тетраэдрическими слоями. Толщина элементарного пакета каоли-
ВИНта близка 7 А.
К. В октаэдрическом листе каолинита только 2/3 возможных по-
зиций заняты ионами алюминия; каолинит диоктаэдричен. В пре-
делах этой структуры электростатические заряды сбалансированы,
И кристаллическая решетка теоретически не должна иметь заряда
(см. табл. 1).
В хорошо окристаллизованных структурах каолинита изо-
I Морфных замещений ионов алюминия не ожидается. Примером мо-
жет служить каолинит Турбовского месторождения.
Преимущественио в плохо окристаллизованных структурах као-
линита наблюдается изоморфное замещение небольшой части
ионов алюминия ионами Fe’+. В физико-химическом понимании
это твердый раствор замещения. Частично ион алюминия может
замещать также ион кремния; явление диадохии наблюдается
в алюмосиликатах часто, и ион алюминия выступает в этом случае
Возможно, плохая кристаллизация связана с изоморфной заме-
ной катионов. В этом случае ионы железа неудалимы из кристал-
лической решетки без ее деструкции (разрушения); это обстоя-
тельство имеет существенное технологическое значение и требует
особых условий обогащения каолина. Ионы ОН- октаэдрического
листа обеспечивают водородную связь пакета со следующим па-
кетом. В химической интерпретации можно себе представить, что
элементы структуры sSi — О.. .Н' носят кислый характер, а в том
случае, когда алюминий изоморфно замещает кремний, элементы
структуры s=AI+.. .ОН носят основной характер, как это предпо-
лагают относительно поглощения ионов водорода почвенным ком-
плексом.
Наличие гидроксилов на базальной поверхности пакета каоли-
нита создает условия для хорошего смачивания ее водой. Однако
молекулы воды могут находиться в незначительном количестве* и
между пакетами, в особенности у плохо окристаллизованных као-
линов, и толщина пакета в среднем достигает 7,2 А.
1м Реальные размеры пластинок каолинита обычно от 0,1 до
3,0 мкм, толщина от 0,05 до 2 мкм. Наслоение листов в каолините
видно на рис. 4. Элементарные пакеты смещены один относи-
тельно другого таким образом, что каждый последующий слой
вкаолините и его аналогах сдвинут на 1/3 от начальной трансля-
ции в плоскости слоя. По Бейли, каолинитовые слои могут быть
Повернуты на 180° через один.
К Структура эта отвечает чередованию слоев, повернутых на
углы, кратные 60°. Звягин, используя смещение сетки тетраэдров
^относительно сетки октаэдров, определил шесть вариантов (поли-
типов) размещения обеих сеток [1]. Теоретически можно предви-
деть не менее шести разновидностей каолинита. Подтверждающим
.Может служить наблюдение Паркера [4], показавшего, что глина
из Девона-Корнуэлл, каолины Джорджиа и Южной Каролины и
болл-клей из Бови-Бэзип содержат различные каолиниты, отли-
чающиеся разным строением, судя по инфракрасным спектрам
(ИКС) в области 3500—3700 см'1.
I Политипизм и беспорядок в чередовании слоев существенно
влияют и на оптические характеристики глинистых минералов.
Так, в распространенном аналоге каолинита — дикките — нарушё-
1 ния чередования слоев через 120° и наложение элементарных слоев
в беспорядке создают усредненный показатель преломления пе
в плоскости (001), равный 1,566, п„,= 1,562 и nt,= 1,560. Соответ-
ственно каолинит в своем мономинеральном слое, по Муравьеву и
I Дриц [5], определен как оптически положительный с ns= 1,571,
«„,== 1,562, пР= 1,566, 2V- +25°.
Практически вследствие политипизма и беспорядка в образова-
нии слоев каолинит имеет довольно непостоянные оптические
константы, а именно: пе= 1,560— 1,570; nm=l,557— 1,560; nf—
= 1,533— 1,563; оптически отрицателен; 2У от 10 до 57°.
Существенное значение для химии каолинита и других мине-
ралов имеет распределение связей в тетраэдре [SiOJ и в октаэдре
[А1Ов].
Если принять гипотезу о локализации электронов, то энергети-
ческая устойчивость, придающая стабильность электронной кон-
фигурации применительно к атому кремния в силикатах, отвечает
конфигурации sp3, представляющей собою гибрид стабильных
s- и р-конфигураций за счет одноэлектронного перемещения s— р.
Энергетическая выгодность этой конфигурации sp3 показана Брю-
эром [6] и Самсоновым (7]. В таком случае можно постулировать
неодинаковость проявления s- и p-связей в тетраэдре [S10J,
а именно: p-связи более прочны, чем связь s; связи р соединяют
через кислород тетраэдры [SiO<], а связь s используется для со-
единения с октаэдром [А1О6] и с кислородами катионных ансамб-
лей в силикатах и стеклах (см., например, рис. 3).
В октаэдре [АЮв] валентные электроны атома алюминия рас-
членяются, по правилу Полинга, соответственно на 4/2 и 2/2,
образуя октаэдрический полиэдр также с неодинаковой прочно-
стью связей. Именно поэтому прочность силикатов, алюмосилика-
тов, гидроалюмосиликатов и кварца различна в разных направле-
ниях своих осей. Пользуясь величинами волновых функций ф,
электронов связи, можно показать неравнопрочность гибридных
связей,в тетраэдре [SiO4] и, зная величины энергии разрыва свя-
зей по реакциям SiOa=SiO + O+112 ккал/моль и SiO = Si + O +
+193,2 ккал/моль, оценить величины этих s и p-связей. Наименее
прочная связь s имеет значение 39 ккал/моль, р«=73; 'А— более
73 и менее 96,5; рг немного более 96,5 ккал/моль.
Можно допустить, что s-связь в силикатах и стеклах обычно
направлена на соединение с гидроксилом, с нонами алюминия, со
щелочными и щелочноземельными ионами, создает наименьшую
локальную прочность и содействует диссоциации групп ОН и этих
катионов, в первую очередь в условиях, вызывающих диссоциацию.
Напротив, p-связи значительно более прочны, они обеспечи-
вают довольно длительную сохранность в расплаве морфологиче-
ского соответствия между структурой исходного кристалла сили-
ката и строением расплава. При более сильном нагреве это соот-
ветствие постепенно нарушается, p-связи последовательно рвутся,
и создается возможность диффузии некоторой части ионов крем-
ния в расплав (Августиник [8]).
Неодинаковая прочность связей в глинистых минералах под-
тверждается, например, резким увеличением растворимости
ионов АР+ по сравнению с растворимостью Si11 в растворе соды из
каолина после его прокаливания при 700° С (рис. 5). Прокалива-
ние каолина при температурах до 500° создает отношение содер-
жания глинозема к кремнезему в щелочной вытяжке, равное 0,5,
или, что то же, отношение кремнезема к глинозему, равное 2, то
есть ионы алюминия и кремния связаны в решетке каолинита
прочно и переходят в щелочной раствор в том же соотношении,
которое существует в каолините. При прокаливании начиная с 600°
растворимость ионов алюминия в щелочном растворе по сравне-
нию с ионами кремния резко увеличивается, что можно объяснить
только одной причиной — слабой прочностью s-связей ионов алю-
миния в решетке каолинита, тогда как прочность p-связей ионов
кремния остается еще значительной. При этом, судя по кри-
ной 1тАгипп‘4'т4»™и. avawa л„„ал ааа^..а« содержания всей коисти-
т ЬОО ООО 1000 °C
вой дегидратации, около одной восьмой
туционпой воды (гидроксилы
внутри пакета) еще удержи-
вается.
Перестройка мета-каолини-
та при накаливании .начи-
нается с наиболее .слабых
мест, а именно по s-связям
как в тетраэдрическом, так и
в октаэдрическом слоях. Как
известно, характер связи ме-
няется от более ковалент-
ной — в ортосиликатах к более
ионной — в.ленточных и слои-
стых и еще более ионной —
в сотовых структурах. Измене-
ние характера связи следует
поставить в прямую зависи-
мость от проявления гибриди-
зации s-, p-связей, так же как
сам акт присоединения той
или иной группировки атомов
(еще в состоянии п-групп) при
кристаллизации или при стеклообразовании определяется подо-
бием проявления тех же S-, р-связей [298].
Проявлением действия более сильных p-связей можно объяс-
нить тот факт, что кислородные триады каждого тетраэдра на по-
верхности слоев (в слоистых силикатах) несколько повернуты
(скручены) по осп с как по часовой стрелке; так и против нее,
сравнительно с положением триад при идеальном размещении
тетраэдров, и сами тетраэдры немного наклонены. Выяснено также,
что октаэдрические слои немного сплющены, они имеют толщину
1,95—2,25 А против геометрически рассчитанной 2,2—2,5 А, что
объясняется меньшей прочностью s-связей, как это видно по рис. 3,
показывающему преимущественное расположение s-связей па-
раллельно оси с в октаэдрическом слое пакета.
Изоморфные замещения в силикатах также следует рассматри-
вать, основываясь на проявлении гибридизации S-, p-связей в тет-
раэдре, что сказывается на изменении расстояния между атомами
(попами); так, в слюдах замещение иона алюминия (при А1 —О,
равном 1,77 А) на ион железа (при Fe —О, равном 1,86 А) увели-
чивает размер ячейки-по оси Ь, считая по тетраэдрическому слою,
на 0,05—0,08 А, и замещение кремния алюминием также расширяет
тетраэдрический слой [9].
Расстояние К —О (2,81 А) в слюдах тоже непостоянно, чем
можно объяснить разную способность тех или иных слюд отдавать
ион калия воде. При растирании каолина, мусковита, галлуазита
и других глинистых минералов происходят прежде всего разрывы
s-связей, кристалличность начинает теряться, на рентгенограм-
мах увеличивается «диффузность» дифракционных линий. При
дальнейшем разрыве p-связей линии могут даже вовсе исчезнуть,
и минералы становятся рентгепоаморфными. При растирании по-
степенно также исчезает большой эндотермический эффект, и кри-
вые нагревания становятся похожими на кривые нагревания алло-
фанов; свитки галлуазита развертываются (10].
Термин «лабильность» связей, если им воспользоваться, ни-,
чего, в сущности, не объясняет, но он подчеркивает ту сторону
характеристики глинистых минералов, которая относится к генети-
ческому непостоянству их, к легкости их взаимных переходов при
изменении термодинамических условий (температуры, давления,
концентрации растворов, питающих среду, в которой происходит
кристаллизация глинистого минерала). Можно найти множество,
примеров этой лабильности связей. Гидротермальная перестройка
каолинита в гидромусковит или в гидропарагонит в присутствии
щелочей в автоклаве (11], переход палыгорскита в монтмориллонит
в ультразвуковом поле [12], переход каолинита в нейтральной
среде в автоклаве при 200—350° в слоисто-смешанное каолинито-
монтмориллонитовое образование, а при большей температуре
450—600° —в пирофиллитоподобный материал [13] и т. д. Все это
находит свое объяснение и определение направления развития ре-
акций (помимо изобарного потенциала) и в теории S-, р-связей.
Лабильностью связей, вероятно, определяется образование бо-
лее структурно упорядоченного каолинита из кислой материнской
породы, чем каолинита из более оснбвной породы, по Хинкли
[13]. Количество воды, захватываемой нестехиометричио при кри-
сталлизации менее упорядоченной структуры каолинита, больше,
как это показано Куковским [14].
Степень упорядоченности структуры (кристалличность) каоли-
нита может быть выражена количественно. Хинкли предложил ин-
декс кристалличности каолинита (13]. Этот индекс представляет
собою отношение суммы высот двух пиков А и В дифрактограммы
(при достаточной прецизионности их определения, например па
«ДРОН»), отвечающих плоскостям ПО и III исследуемого каоли-
нита к общей высоте А,, характерной для области углов 20 от 18
до 24° (рис. 6).
По Хинкли, все каолины могут быть подразделены на 6 клас-
сов по индексу кристалличности в возрастающей степени — 1-й —
0,3—0,58; 2-й —0,5—0,7; 3-й — 0,6—0,84; 4-й — 0,71—1,0; 5-й —
0,83—1,1; 6-й — 0,97—1,34. Проявления внутреннего и внешнего со-
вершенства структуры
каолинита могут и не
совпадать [15]- Зендри-
ковым определены ин-
кыштымского каолина
0,84; алексеевского
0,93; глуховецкого 1,34;
просяновского 1,5. По
Королеву, индекс кри-
сталличности неодина-
ков в разных участках
^одного и того же место-
рождения, например у
просяновского каоли-
на —от 1,69 до 1,34.
Генезис
Генетически
36 32 28 2b 20 16 12 8 b 2 в
^относят к двум ти-
пам — гидротермально - метасо-
, магическому и - гидротермально-
седиментационному. Первый тип
характеризуется наличием ре-
ликтовой текстуры материнской
породы, полиминера льностыо;
обычно обильно представлен
кварц в виде зерен реликтовых
’очертаний, а иногда — неразло-
жившийся полевой шпат в виде
«зерен; нередко наблюдается ок-
раска от серой до коричневой
из-за темноцветных минералов,
обособившихся при каолиниза-
ции. На рис. 7 показано сложе-
ние пластинок каолинита при
^•каолинизации слюды. Наряду
каолинитом могут присутство-
вать гидрослюды, галлуазит,
диккит, монтмориллонит и сме-
гшанослойные минералы. Такие
каолины образуют более или ме-
нее крупные линзы и большие
зоны древней коры выветри-
Каолинизация — длительный
геологический процесс, протекает
под действием нагретых слабых
растворов солей и, главным об-
разом, гумусовых кислот, цирку-
002
лирующих в толще материнской породы. Существенную роль иг-
рают давление и биогенный фактор. Породы, подвергшиеся каоли-
низации,— кварцевые'порфиры, граниты, туфы, пегматиты и др.
Второй тип каолинов образовался после отложения из взвеси
продуктов размыва разрушившейся коры выветривания. Этот тип
монтмориллонит, галлуазит и акцессорные минералы.
Самый процесс, отложения продуктов размыва мог протекать
различно и перемежаться переотложениями. Малый подъем коры:
выветривания, по Петрову [16], вызывал образование’линз «ВТО-
ричных каолинов». Большой подъем ассоциировался, со сносом
растительных остатков в те же водоемы, что и каолина. Это со-
здавало кислую среду и вызывало образование каолино-песчаных
гут служить тульские, челябинские месторождения огнеупорных
каолинитовых глин.
Иной вид отложений каолинитовых огнеупорных глин связан 1
с одновременно протекавшим (недостаточно еще ясным) химиче-
ским процессом «бокситизации», что вызвало обогащение таких
глин ценной составляющей частью — гидратом глинозема в его
тонко дисперсном состоянии и при равномерном распределении. Та-
кие сухарные «забоксиченные» глины боровичских, суворовских .
месторождений, Курской магнитной аномалии весьма ценны по
своей однородности, огнеупорности и значительности запасов.
Наблюдаются переходы огнеупорных маложелезистых глин
к аллитам (с большим содержанием свободного глинозема), а от
аллитов —к собственно бокситам.
Выветривание. Прежние представления о механизме выветри-
вания, развитые Гедройцем и его школой, предполагали растворе-
ние и распад сложных алюмосиликатов, коллоидизацию раствора,
кремнезема и глинозема и образование новых гидроалюмосилика-
тов в виде глинистых минералов [17].
В наше время наблюдения условий образования и сосущество- ’
вания глинистых минералов и прямой синтез их в автоклаве не
совсем подтверждают механизм выветривания по Гедройцу.
В этом направлении поучительны опыты Куковского [18], который
пользовался автоклавом с рентгеновским дифрактометром для изу-
чения перехода каолинита в слюду. Эти опыты показали, что ни-
какого промежуточного образования аморфной фазы нет. Новая
кристаллическая фаза появляется и сосуществует некоторое время
одновременно с исходной, увеличиваясь количественно при соответ-
ствующем повышении температуры и давления. Поэтому потребо-
валось объяснить механизм перехода минерала'с соотношением
слоев 1:1 непосредственно в минерал 2:1.
Куковский предложил механизм такого перехода, допустив вы-
ход протонов из гидроксильного слоя (рис. 8,а). При таком допу-
щении можно- развить представление о дефиците положительных
зарядов в подрешетке и о компенсации этого дефицита «мигра-
цией» ионов кремния из смежного слоя (по-видимому, в антураже
«своих» ионов кислорода), которые пристраиваются и образуют
второй тетраэдрический слой. Но при этом от соувеличенных ионов
кислорода возникает некоторый отрицательный заряд, который
О° О °* О О’ЦМ’) ®Al,Mj,Fe«Si
компенсируется ионами щелочных металлов, например калия, из
окружающего раствора; в итоге возникает гидрослюда. Гипотеза
миграции ионов, впрочем, довольно давняя. Механизм обратного'
перехода от структуры слоев 2:1 к структуре 1 : 1 (выветрива-
ние) связан, по Куковскому, также с активной ролью протонов,
которые поступают из кислого раствора в решётку минерала и раз-
мещаются на базальных плоскостях со стороны тетраэдров и
ский слой - становится. неустойчивым (в этом также проявляется
лабильность связей, как это было отмечено выше), и происходит
переход (в сущности, растворение, как и по Гедройцу) анионов
гидроокиси кремния вместе с крупными катионами.
Аморфные гидроокиси кремния, алюминия и железа, выделив-
шиеся при таких переходах в виде побочных продуктов, могут
либо оставаться на месте, образуя коллоидную составляющую
глин п почв, или при соответствующих условиях пройти стадию
коалесценции и кристаллизоваться.
Нагрев и деструкция пакета. Первое систематическое исследо-
вание реакционной способности каолина, предпринятое Соколо-
вым [19], подтвердило, во-первых, де-
гидратацию каолина в интервале
550—800° и, во-вторых, позволило
определить интервал,температур,в ко-'
тором связи между ионами в кристал-
лической решетке каолинита настоль-
ко ослабевают, что ион алюминия мо-
жет быть легко вымыт из нее раство-
рением в 6%-ном НС1 (рис. 9). При
дальнейшем нагревании' метакаолини-
та (AlgOs- 2SiOa) в нем происходит об-
разевание новых кристаллических
фаз, термодинамически более устой-
глинозема А13О3 после прокали-
восстанавливаются, по в новых соче-
таниях, благоприятствующих прочно-
сти новых фаз в этих новых условиях
(проявление правила Ле-Шателье о направлении течения реак-
ций) , и ион алюминия снова оказывается нерастворимым в соля-
ной кислоте.
Это классическое наблюдение Соколова нашло промышленное
применение, и умеренное прокаливание каолинитовых глин с по-
следующей обработкой кислотой лежит в основе промыщленного
извлечения алюминия из глин.
Съемки с помощью дериватографа реакций, протекающих в као-
линах, свидетельствуют о наличии (до 1100°) двух реакций: эндо-
термической, которой соответствует резкое уменьшение массы, и
первой экзотермической, характеризуемой острым пиком около 980°
(рис. 10). Первая реакция состоит в дегидратации, в освобождении
и выделении гидроксильных групп и в ослаблении положения иона
алюминия, что делает его легкорастворимым в кислотах и раство-
рах щелочей.
Гидроксильные группы в глинистых минералах неравноактивны;
гидроксилы, характеризуемые полосой ИКС 3620 см-1, наиболее
прочно связаны и находятся в углублениях посредине гексагональ-
ных колец (рис. 3). Гидроксилы, характеризуемые полосами 3695,
200 WO SOO 800 1000 °C 200 SOO SOO 8001000 °C
200 W 600 600 1000 °C
Рис. IO. Термограмм.! и кривые потери массы глинистых
3670, 3650 см-1, расположены в октаэдрическом слое пакета, они
менее прочно связаны; часть из них образует через водород связи
между пакетами. Величина водородной связи 3—8 ккал/моль. При
нагревании до,400° полосы сливаются в одну около 3800 см-1, что
можно считать признаком некоторого смещения гидроксилов,
прежде чем они организуются в молекулу воды, выделив ион кис-
лорода, замыкающего две разорванные связи.
Дегидратированный при 700—750° каолинит (метакаолинит
Al2O3-2SiO2) способен в некоторой мере регидратироваться под
действием пара при повышенных давлениях. Скорость дегидрата-
ции каолинов и глин зависит от природы главного слагающего их
глинистого минерала и от степени дисперсности частиц при оди-
наковых условиях нагревания. Так, при общей длительности деги-
дратации 2 часа и практически одинаковом количестве конститу-
ционной воды в просяновском каолине—13,41% и в часов-ярской
глине—13,39% скорость влагоотдачи была различной: часов-
ярская глина дегидратируется быстрее, что Будников [20]. объяс-
нил разной природой глинистых частиц (каолинит в каолине и не-
Заслуживает внимания то обстоятельство, что дегидратация
(12,2%) каолина может быть осуществлена при 600° за 10 минут;
остающиеся 1,2% воды уходят значительно медленнее —за
20 мин. Это говорит о неодинаковой прочности связи гидроксилов
в решетке каолинита, как это вытекает из сказанного выше и как
это было показано Завриевым еще в 1932 г. Аналогичные опыты
с применением разных методов исследования были выполнены
Кейзером и другими (см. Зальманг [21]).
Каолинит, прокаленный при 700—800°, способен вступать
в реакцию с известью, ио постепенно теряет эту способность
(активность), находясь в естественных условиях, так как самопро-
извольно регидратпруется. Практическая сторона этого явления
была известна уже древним римлянам, готовившим стойкий и
прочный гидравлический строительный раствор из смеси свеже-
прокаленной глины и извести. В дореволюционной России приме-
няли цемянку.
Остаток каолинита после дегидратации (метакаолинит) не
вполне рентгеноаморфен. Хилл обнаружил рентгеновские реф-
лексы у каолина, прокаленного при 650°; Рой, Рой и Френсис —
у каолинита, прокаленного даже при 825°. Это дало основание раз-
личать две фазы метакаолииита — 1 и II. Переход метакаолинита I
в метакаолинит II сопровождается, по. Ранге [22], изменением элек-
тропроводности, которая становится на порядок выше в направле-
нии плоскости пакетов каолинита и объяснена высвобождением не-
которой части протонов из гидроксильных групп.
Камефоро, Фишер и Бредли показали сохранение габитуса
пластинок на репликах прокаленного каолина. Бредли и Хонтер
установили сохранение тетраэдрических сеток в метанакрите, про-
каленном до 880°. По-видимому, действие p-связей в какой-то сте-
пени сохраняется в метакаолипите при разорванных s-связях.
Переходя к экзотермической реакции, протекающей в каолините
при обжиге, необходимо отметить некоторые вводные обстоятель-
Боуен и Грейг были первыми, кто показал, что в системе глинозем — крем-
незем образуется при достаточно высоких температурах и при нормальном дав-
лении химическое соединение Al6SiiOi3 или 3Al2Oa-2SiO2, названное муллитом шф;’
названию острова Мулл в Шотландии, где оно было найдено в естественном
состоянии. По их наблюдениям, муллит плавится инконгруэнтно (с распадом)
при 1810°.
В последующем было показано Тороповым и Галаховым (23] и многократно
подтверждено, что муллит плавится при нормальном давлении конгруэнтно, без
разложения. Соображения о конгруэнтном плавлении монокристаллов муллита
2043
2000
2^+расплав Расплав
$<1850° с1П^пп_
1800
1400
1200
If
то ...........
ai2o3 ЗА^з^Ог
60 80 100%
SlO2
состояний системы (по Ар а маки
и Рою)
расплавах этой системы , вблизи
были высказаны ^гакже Барта и Барта [24],
под сомнение конгруэнтный характер этого
плавления [25].
муллита, получив его в виде сростков крис-
таллов с прослойками стекла и при соот- .
ношении А12О3: SiO2 от 3:2 до 2:1. Ко-
рунд ими не был обнаружен, Было также
показано, что муллит образует с глинозе-
мом твердые растворы, приближаясь к со-
ставу 2А12Оз-51О2 в узкой области концен-
траций, но не образует твердые растворы
поля концентраций А12О3 от 71,8. до 78%
на диаграмме состояния Арамаки и Роя [26]
(1962 г.), совершенно идентичной диа-
грамме Торопова и Галахова [27]. Разница
лишь в том, что температура конгруэнтного
хову 1910°, V по* Арамаки и Рою 1850°
(рис. 11). Галаховым [28] найдено, что в
кривой диквидуса имеется тенденция к расслоении
При повышенных давлениях и высоких температурах муллит неустойчив,
так как он* образуется (из окислов) с некоторым увеличением объема (+7,8%),
имея плотность 3,Т8$ в этих условиях при давлении 40 кбар образуется
Al2O3-3SiO2- При меньших давлениях (порядка 25 кбар) в диаграмме состояний
[29] место муллита занимает кианит (AI2O3-SiO2).
Заслуживает большого внимания то обстоятельство, что в гидротермальных,
условиях муллит образуется, по Сегава, уже при 500—575°.
Фазовые изменения, происходящие при нагревании каолина.
Термограммы природного каолинита и синтетического,, полученного
из чистых окислов, идентичны [30]. На термограммах природных
каолинитов имеется один интенсивный эндотермический эффект,
соответствующий 500—800°, в то время как у синтетического каоли-
нита этот эффект значительно уже —с 500 до 600°. Кроме того, на
термограммах имеются два экзоэффекта: один —значительный,
острый в интервале 950—1000°, второй — небольшой в интервале
1150—1250°.
Считают, что эндоэффект обязан затрате тепловой энергии на
дегидратацию каолинита. Чем более неупорядоченна структура
каолинита, тем ближе к 550° наблюдается минимум эндоэффекта.
1728°
22,5% Муллит*расплав^-
П'ри этой температуре происходит полная дегидратация галлуа-
зита. У значительно более упорядоченного в своей структуре
диккита температура дегидратации ближе к 700'", Конечно, боль-
шое влияние на смещение эндоминимума оказывает скорость
подъема температуры. Поэтому термографические наблюдения со-
нуту).
Минимум эндоэффекта соответствует примерно 75% выделив-
шейся конституционной воды, если провести вертикаль до пере-
сечения с кривой потери массы, полученной на дериватографе
(рис. 10). Иными словами, минимум эндоэффекта приходится на
три выделившихся гидроксила, а один гидроксил продолжает уда-
ляться, как у некоторых каолинов, вплоть до начала подъема тер-
мографической кривой к экзоэффекту.
в ИКС-спектре; гидроксильные группы внутри пакета имеют по-,
лору 3625 см-1, а на базальной поверхности — 3695 см-1.
При рассмотрении ряда исследований, посвященных изучению
процессов, протекающих в метакаолине после 800°, невозможно
установить единообразие ни в методах, ни в исходных объектах,
ни в заключениях. Подавляющее большинство авторов этих иссле-
дований оперировало с образцами промышленных каолинов и глин,
и выводы в немалой мере зависели от присутствия примесей (К2О,
MgO, FeO и др.), которые решительно влияют па кинетику образо-
Многие исследователи в тридцатых-сороковых годах относили
экзоэффект к кристаллизации промежуточной фазы у-А12О;!, кото-
рая затем, реагируя с освобождающимся кремнеземом, якобы да-
вала муллит, что и подтверждали главным образом рентгенометри-
ческими данными, выполненными с предельной, достигнутой в те
времена, точностью. Сводку этих работ можно найти в моногра-
фии Грофчика [31]. Впрочем, и в наше время эта точка зрения еще
находит сторонников.
Действительно, у-АЬОз — соединение кубической или псевдо-
кубической формы с предпочтительным размещением Al8* в окта-
эдрической позиции (A1VI), но частично и в тетраэдрической по-
зиции (A1IV). Рентгеновский анализ подтверждал наличие куби-
ческой фазы в продуктах обжига около 980°. Так что основание
для гипотезы о промежуточной фазе у-АЬОз имелось. К тому же
приводилось косвенное доказательство, состоящее в том, что.
в галлуазите имеет место такой же эффект при 900°, но кристаллы
муллита появляются только при 1100°.
Можно было бы упомянуть еще и то, что известна глиноземи-
стая шпинель АЬО* (куб.), возникающая при частичном восста-
новлении глинозема при высоких температурах, и в связи с этим
предположить, что в условиях перестройки координационных Свя-
зей в метакаолине подобный шпинелид мог бы возникнуть как не-
устойчивая форма. Однако доказательств к такому варианту пока
личии в то же время условий для обеспечения структурной непре-
рывности —О—Si—О "Al -О—Si—О А1 "О—, когда высвобож-
." Поэтому когда появились соображения Бриндли и Накахира
[32] о возможности объяснения большого эКзоэффекта образова-
нием промежуточной метастабильной фазы в виде алюмокремние-
вой шпинели Si3Al40i2 как результат гипотетической реакции
2(AI2OS'2'SiO2)^2Al2O3-3SiO2-|-SiO2, то эти соображения, обеспе-
лом, встретили положительное отношение со стороны многих иссле-
дователей.
По Бриндли и Накахира, структура алюмокремниевой шпи-
нели такова, что ионы кремния находятся в тетраэдрах, а ионы
алюминия находятся в.октаэдрах (A1VI). Положения, занимаемые
кремнием, такие же, как и положения, зайимаемые магнием в нор-
мален® шпинели. При таком распределении правило электроста-
тических валентностей Полинга удовлетворяется не точно и
имеются вакантные места в.октаэдрах. Кроме того, авторы отнесли
экзоэффект образования фазы «шпинелевого типа» к 925° (хотя
‘Опыт показывает наличие экзоэффекта при 956—980°) и предло-
жили считать второй экзоэффект (переход шпинели в муЛлиТ) около
1050 и 1100°.
Второй, обычно наблюдаемый при прокаливании каолинов
эффект, приходится в интервале 1150—1250° и не соответствует
тому, который был предложен Бриндли и Накахира. Это исследо-
увание привело к выводу, что фаза шпинели, если она действительно
существует, может быть идентифицирована.
В этом направлении была выполнена работа Маккензи [33], ко-
торый применил новый метод, основанный иа эффекте Мессбауера.
Суть этого метода состоит в частичном поглощении у-лучей
’ионами железа, изоморфно замещающими ионы алюминия в ре-
шетке метакаолйна (и -каолина). Источник у-лучей— хлорид ко-
бальта-57; общее поглощение у-лучей осуществляется ненапряжен-
ной сталью. В опытах К. Маккензи был применен каолин, содержа-
щий 0,8% БегОз, обожженный при 650,980,1100, 1230°. Мессбауеро-
Каолин, дегидратированный .при 650°, показал, в отличие от
.Сырого каолина, имевшего один пик х, присутствие хорошо выра-
женных пиков х, у, эти пики сохранились и в каолине, прокален-
ном при 980°, и в каолине, прокаленном в течение 10 часов при
1100°. Лишь после прокаливания каолина при 1100° в течение
17,5 часов структура спектра стала такой же, как и у каолина, про-
каленного при 1280°, то есть вполне муллитйзированного. Никакой
промежуточной фазы типа шпинели или другой в умеренно прока-
ленном каолине обнаружено не было. Метод Мессбауера очень
чувствителен.
Были предприняты поиски гипотетической фазы шпинели
Бриндли и Накахира.с помощью инфракрасного анализа (ИКС).
Автор использовал синтетический каолин (без примесей), обож-
женный прй 650, 980° по полчаса и при 1240° — восемь часов.
В метакаолине, по утверждению Бриндли и Накахира, коорди-
нация ионов алюминия почти точно тетраэдрическая — A1IV,
а в' шпинели —октаэдрическая —A1VI. Разница в колебаниях
связи А1 — О в-тетраэдриче-
. 2uo° ской и октаэдрической груп-
пировка')^® Тарте, 300 смл1.
Однако смещение полос'
в ИКС-спектрах было обна-
ружено только после прока-
ливания при 1240° (рис. 13)'.
V V'Vv .^91Г
Частота сращения. мм/с
Никольсон и Фулрат [34], продолжая дискуссии относительно
состава фаз при 980°, отмечают, что экзотермический эффект можно
отнести к одной из трех фаз: муллиту, шпинели или кварцу.
Бриндли и Накахира относили экзотермический эффект на основа-
нии рентгеновского излучения к образованию шпииелевидного соче-
тания. Но Рой и др. признали возможным появление кубической
фазы шпинели в каолините уже при 850°, а в галлуазите — при
650°, и тем не менее экзоэффект все же возник 'при 980°, поэтому
Никольсон и Фулрат высказывают сомнение, можно ли относить
этот экзоэффект к образованию шпинели.
С другой стороны, Комер наблюдал муллитовую фазу при 850°
[35], тогда как Бриндли и Хунтер не наблюдали муллита и после
экзотермической реакции. В итоге вопрос о фазовом составе в као-
лимите при 980° Никольсон и Фулрат решают, относя его к кри-
сталлизации p-кварца из аморфного SiOa с теплотой реакции
(определенной калориметрически) 9,1 ккал-моль.
Значительный интерес вызывает исследование Ранге, Вейса
Ей др. [36], использовавших крупные кристаллы каолинита (1—2 мм
в поперечнике) и показавших, что подъем кривой плотности каоли-
нита в интервале 600—1000° протекает плавно, без каких бы то
ни было скачков при 800°, которые подтверждали бы гипотезу про-
межуточного образования шпинели.
Что же касается термодинамического анализа, то затруднения,
связанные с ненадежностью некоторых термохимических данных,
не дают пока возможности его применять [37].
Опыт показал, что каолинит менее упорядоченной структуры
(хотя его реакционная способность должна бы быть выше) дает
муллита при 1000° меньше, чем каолинит хорошо окристаллизован-
ный [38]. Поэтому можно предположить, что образование муллита
в метакаолинйте — реакция, состоящая в проявлении действия s-,
р-связей, — тем эффективнее, чем меньше расстояние между взаи-
модействующими катионами, что имеет место в хорошо окристалли-
зоваином каолините. Этим обстоятельством можно, например,
объяснить и затруднение в образовании муллита в галлуазите, от-
личающемся своей неупорядоченной структурой.
Следуя соображениям о s-, p-связях, можно предположить, что
образование муллита — реакция, идущая в два взаимосвязанных
этапа: первый этап начинается сразу после прохождения эидоми-
нимума благодаря освобождению s-связей, которые организуются
в систему —О—A1IV—-О—, и возможное тепловыделение пога-
шается продолжающейся эндореакцией дегидратации.
Второй этап экзореакции состоит в завершении образования
муллитовой фазы благодаря разрыву p-связей и переключению их
в более термодинамическую устойчивую (при создавшихся темпе-
ратурных условиях) систему —О—Si(Alr*')—О—Aivi—О—.
В восстановительных условиях или при полном отсутствии кис-
лорода (например, в аргоновой среде) образуется муллит, более
богатый кремнеземистой составляющей (благодаря p-связям, ко-
торые прочнее, чем s-связи), с соотношением окислов 1:1 и
с уменьшенным объемом решетки (а=7,548, 6=7,697, с = 2,889 А).
Такой муллит имеет лучшие технические свойства, чем муллит
3:2; при длительном нагревании в условиях высоких температур
в окислительной среде переходит в муллит 3:2 [589].
Теплота образования муллита принимается +6,96 ккал-моль;
:Д5=+7,95 э. е./моль, Д2 = —2,23 ккал/моль при 1073 К и
—5,6 ккал/моль при 1823 К [29].
Константа скорости образования муллита из кварца и глино-
зема, по Бережному и Кордюк, К=3,1 • 1012 ехр (—119 400/RT). Вы-
сокая энергия активации обеспечивает муллиту стабильность при
низких температурах.
Образование твердого раствора с глиноземом рассматривается
,?Инотда как возникновение дефектной структуры в подрешетке
[SiOJ. Интенсивность развития муллита в синтетическом каолините
при разных температурах во времени изучал К. Маккензи. Разница
в 20—30° существенно влияет на интенсивность.
Некоторые сравнительные показатели муллита и у-глинозема
(тип шпинели) приведены в табл. 2.
Коэффициент линейного расширения а муллита по осям таков:
Это обстоятельство говорит о большой тепловой анизотропии мул-
лита, что нельзя не связывать с неодинаковостью развития граней
кристалла, то есть —с неодинаковостью проявления действия s- и
р-связей.
Если же сравнить приведенные в табл. 2 характеристики мул-
лита и у-глипозема, то, как видим, для перехода у-глинозема в мул-
лит необходимо выполнить значительную работу по разрыхлению
структуры, что должно сопровождаться затратой энергии, а никак
не выделением энергии, наблюдаемым в действительности.
Влияние минерализующих агентов на образование муллита
в метакаолине. Помимо методического значения, этот вопрос инте-
ресен тем, что в условиях производства каолин выступает в со-
ставах всегда с участием плавней, преимущественно щелочесодер-
жащих, иногда и не содержащих щелочи. Кроме того, в каолинах
всегда присутствуют примеси. Количество муллита в процентах
в английском каолине, по опытам Маккензи [39], обожженном в те-
чение 4 часов при 1100°С в разных газовых средах при давлении
760 мм рт. ст., приведены ниже:
Углекислый газ.......10
Кислород............... . 12
Воздух.................17
Водород .... ..........
Водяной пар ...........
В вакууме (!Ю~4) процент муллита составил 52.
Аналогичными были опыты Вейля над кристаллизацией стекла.
Ао наблюдал положительное действие пара на муллитообразова-
ние в шамотных изделиях. Как видим, водяной пар и вакуум осо-
бенно интенсифицируют муллитообразование. Возможно, предпо-
ложение Маккензи о роли протона, образующегося при частичной
диссоциации водяного пара на поверхности прокаливаемого мета-
каолина, имеет основание, но каков механизм такого действия —
не ясно. Кислород и углекислый газ тормозят образование мул-
лита, Можно предположить, что s-связи, возникшие при дегидрата-
ции каолина, способны удерживать молекулы газов, вследствие
чего их реакционная способность в отношении перестройки мета-
каолина заторможена; вакуум в таком случае благоприятен.
Молекула водорода и особенно протон благоприятствуют восстано-
вительному процессу и восстановлению Fe3+ (изоморфно замещаю-
щему А13+ в решетке каолина) в Fe2+ и раннему образованию жид-
W -во -120 -КО -200-200-230-320 -360 -000
Прочность связи Me-О, ккал/моль
кой фазы, благоприятствующей протеканию реакций. К числу та-
ких реакций принадлежат образование шпинели FeO-AhOs (герци-
нита) и муллита. Так, Садупас [40] наблюдал дифрактометрически
при нагревании просяновского каолина в восстановительной среде
(На и СО) появление муллита при 850°. Герцинит кристаллизуется
при 600°. После оптимума кристаллизации герцинита Садупас на-
блюдал кристаллизацию муллита. Железистый кордиерит в этих
условиях не образуется. По-видимому, величина температурного
сдвига кристаллизации муллита зависит от условий. Так, Рой уста-
новил образование муллита при 575°, Сегава — в гидротермальных
условиях (при 500—575°).
Однако суть механизма муллитообразования при наличии до-
бавок не очень ясна. Что же касается роли Fe3+ в метакаолине, то
FezOs с А120з до 1320° образует лишь твердые растворы ограничен-
ной растворимости. Изоморфно замещая алюминий, Fe3+ укреп-
ляет решетку метакаолина, то есть задерживает ослабление
связей в ней. Это проявляется в повышении температуры начала
образования мулли^р и. входит изоморфно в решетку муллита. Та-
кой железосодержащий муллит Способен даже повысить некоторые
эксплуатационные свойства изделия, его кислотостойкость и термо-
стойкость пр Лапину и Госину [41].
Минерализующая роль окислов неоднократно исследовалась
[42]. Некоторый интерес представляет попытка связать действие
минерализатора с эффективным радиусом его катиона [43]. Осно-
вываясь на этом наблюдении, К. Маккензи предложил [39] графи-
ческую интерпретацию муллитизирующего действия окислов при-
менительно к изученной им галлуазитовой глине (рис. 14), отме-
тив, что катионы таких добавок действуют тем интенсивнее, чем
меньше их радиус. Это указание подтверждается, однако, не во
всех случаях, например, Т13+ попал в группу неэффективных (э. p,J
0,69), тогда как ТЮ2 (э. р. Ti,+=0,64) —сильный минерализатор,
например в каменнодельной массе [44].
К. Маккензи предположил разрыв связи Me—О для обеспече-1
ния диффузии Ме+ или Me24 в решетку метакаолина для осуще- 'j
ствления акта муллитизации и построил зависимость интенсивно; |
сти образования муллита от прочности разрыва связи Me—О. Это
предположение, впрочем, не подкреплено данными по диффузии и
энергетическими расчетами.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКОТОРЫХ КАОЛИНОВ
Основная задача развития отечественной сырьевой каолиновой
базы состоит в организации каолиновых обогатительных заводов
по возможности вблизи от потребителей, с тем чтобы ограничить
перевозки этого вида сырья. Добыча каолина в нашей стране бази-
руется главным образом на первичных каолинах, возникших из
гранитов и гранитогнейсов (Просяновское, Глуховецкое, Кыштым-
ское, Еленинское, Турбовское месторождения). Подчиненное зна-
чение имеют вторичные, переотложенные каолины (Положское,
Новоселицкое, Владимирское месторождения).
Геологами пока намечено семь каолиноноспых провинций:
Украинская, Уральская, Красноярская, Иркутская, Приамурская,
Северо-Казахстанская, Ангрепская; возможны Белорусская (Го-
мельская и Брестская области), Приморская’.
Сырой первичный каолин содержит не более 45% собственно
каолинита. Остальное приходится главным образом на кварц.
После отмучиванид состав каолина приближается к теоретическому
Al2O3-2SiO2-2H2O, в котором S1O2 —46,54%, А12О3 —39,50% и
Н2О—13,96%. Обогащенный каолин содержит главным образом
каолинит и примеси: кварц, полевой шпат, слюду, а также акцес-
сорные минералы: циркон, рутил, турмалин, пирит в топкодисперс-
ном состоянии.
26.
Цвет сухого каолина: просяновского 66—91%, глуховецкого
67—87% белизны по калориметру. Для просяновского и глуховец-
:кого обогащенных каолинов действует ГОСТ 6138—61, для кыш-
тымского ГОСТ 4193—63. Химический состав каолинов приведен
в табл. 6. В сравнении с зарубежными наши каолины менее пла-
стичны, поэтому в фарфоровые массы для пластического формо-
вания у нас вводят некоторое количество (6—12%) беложгущихся
глин: дружковскую, трошковскую или 2—4% бентонита.
Благоприятные технические особенности (пластичность, проч-
ность) каолинов связывают (Лайонс и Боден) с преобладающим
содержанием шестигранных пластинок каолинита размерами ме-
нее 2 мкм, например в каолинах Южной Каролины (США). В то
же время преимущественное содержание крупных вермикулитопо-
(добных сростков кристаллов каолинита, как в каолине Джорджиа,
сообщает пониженную прочность, малую усадку и малую вязкость
водным суспензиям. Вместе с тем плотное сочетание пластинок као-
линита в сростках благоприятствует лучшему муллитообразова-
нию. Зерновой состав некоторых каолинов приведен в табл. 3.
L Термограммы каолинов приведены на рис. 10.
Вид каолина Содержание частиц. %, в зависимо сти от размеров их, мм
0.25-0,05 0,05-0,01 0.01-0.005 0.005-0.001 менее 0,001
Просяновский мокрого обо- 0,6-4,7 16-18 30—32 30—37
. гащения
То же, сухого обогащения 7 4 25,9 11.3 28,6 26,7
7, 16 14,5-19 16-21 49-59
, Кыштымский () g 10 |Х '27 40-50 12-14 17—18
Алексеевский 5^5—16,5 3-13 4—15 19-41 34-56
Каолин Просяновского месторождения (Днепропетровская обл.,
вблизи ст. Просяная). Этот каолин образовался при разрушении
(выветривании) гранитогнейсов; кроме каолинита содержит не-
умного гидрослюды, до 45% кварцевых зерен и частицы неразло-
[жившегося полевого шпата; залегает в виде мощных (до 50 м)
Гпластообразиых тел, довольно однороден; это лучший каолин
' среди отечественных, основной для производства тонкой керамики.
Каолин делится по чистоте и по примесям па сорта высший, I,
II и III (ГОСТ 6138—61); практически подразделяется на два
Твида: «нормальный» (верхний) и «щелочной» (нижний). Каолины
.-разных участков месторождения тоже различаются. На Просянов-
ском месторождении работают обогатительные заводы, действую-
I щие по технологии сухого и мокрого обогащения.
; Каолин Глуховецкого месторождения (Винницкая обл.,
у ст. Казатин). Этот каолин образовался в процессе разрушения
пегматитов и аплитовых гранитов. Мощность до 100 м, запасы
велики. При селективной добыче и обогащении можно было бы
иметь каолин весьма высокой степени чистоты (в сумме красящих
не более 0,6%). Делится на сорта I, II, III, IV; для фарфорового
производства каолин высокой дисперсности, но малой пластич-
ности имеет слабо-кремовый оттенок. Минералогический состав —
60% кварца, содержит примеси биотита, магнезита, рутила, лей-
коксен, редко гранит.
В Украинской каолиновой провинции есть ряд других крупных
месторождений каолина, имеющих местное значение.
Первичные щелочные каолины (Мануиловское, Екатерининское
месторождения в Приазовье). Изучение их Куколевым, Скоморов-
ской, Сивоконь [45] показало широкие возможности использова-
ния этих каолинов взамен пегматита в фарфоровых и полуфарфо-
ровых массах. Преимущественное содержание К2О (2%) по срав-
нению с Na2O (0,12—0,57%), рыхлое состояние, не требующее
предварительного дробления породы, малые колебания состава,]
в особенности в пределах одного и того же месторождения,—
весьма положительное свойство этого вида каолинов.
Богатые, но мало используемые залежи первичных каолинов
имеются в Закарпатской области УССР; к числу их относится-
каолин Береговского месторождения, описанный Лысиным и Да|
жук [46]. Ряд других месторождений УССР рассмотрены Лысиным'
и Галабутской [47].
Уральская каолиноносная провинция охватывает сотни прояв-
лений первичного и вторичного каолинов и белых глин, исполь-J
зуемых для производства огнеупоров.
Североказахстанские каолины приурочены к Кокчетавской воз-;
вышеппости, сложенной древней гранитной корой выветривания?
Линзообразное (9 линз) Алексеевское месторождение первичного;
каолина расположено в зоне двух интрузивных массивов, ело-,
женных породами кислого и среднего состава. Мощность залежей;
достигает 23 м. Каолинит хорошо окристаллизован. Примесгй
в сырце — главным образом кварц (более 50%) и в мелких фрак-]
циях кварц и гидрослюда, поэтому каолин характеризуется повы-1
шенным содержанием иона калия. По свойствам это хороший ма-
териал для фарфоровой промышленности. Наибольший промыш-
ленный интерес вызывает западный участок с- запасами около;
24 млн. т.
Алексеевский каолин несколько сходен с просяновским, но на-,
личие гидрослюды повышает немного содержание окиси калия;
содержание окрашивающих окислов 0,1—1,1%. Растворимые соли
практически отсутствуют, pH составляет 7,1—7,95, количество ча-
стиц менее 1 мкм 38—45%, поглощение метиленовой сини 18,5—
19,5 мг/г. Пористость после обжига при 1350° достигает 11%, т. е.
алексеевский каолин не относится к нпзкоспекающимся, хотя и со]
держит окись калия; огнеупорность более 1730°.
Дальневосточное (ст. Розенгардовка, в районе г. Благове-
щенска), Меркушевское месторождения характеризуются каоли-
ном повышенной железистости (1—3,5% окиси железа) и малой
мощностью пласта.
Ангренская каолиноносная провинция располагает вторичными
и первичными каолинами, пригодными после обогащения для про-
изводства широкого ассортимента керамических изделий с запа-
сами около 50 млн. т и в перспективе около 500 млн. т. Находится
Ангренское месторождение первичных и вторичных каолинов
в 120 км к юго-востоку от Ташкента, комплектуется с угольным.
Для керамической и бумажной промышленности имеют значение
первичные каолины, поэтому предусмотрено строительство обога-
тительного комбината на 500 тыс. т в год.
В каолине этого месторождения содержание глинозема 21,5—
23%, окиси железа 3,87—5,0%, окиси титана 0,19—0,54%. Обо-
гащение на гидроциклоне дает выход 24—55% каолина второго
сорта (по ГОСТ 6138—61). Высокая дисперсность кварца за-
трудняет обогащение, а повышенное содержание красящих окис-
лов требует для этого специальных средств. По данным ГИКИ,
обогащение этого каолина в. гидроциклонах диаметрами 30, 20 и
5 мм позволяет повысить содержание глинозема до 36%, умень-
шить содержание кремнезема до 47%, окиси титана — 0,5%,
окиси железа — до 1,3% и получить прочность сухого каолина при
изгибе до 50 кгс/см2. Химическое обогащение позволяет снизить
содержание окиси железа до 0,9%.
Своеобразная каменисто-плотная, но мягкая разновидность као-
лина представлена каолиновым агальматолитом, отличным от пи-
рофиллитового агальматолита (Акташ, Узб. ССР), который ис-
следовали Кудрина и позднее Вихирева [48]. Была доказана воз-
можность изготовления тонкой керамики из агальматолита при
добавке до 10% бентонита. Агальматолитовая термограмма сходна
с каолиновой.
После уточнения запасов и опробования получат промышлен-
ное значение месторождения каолина в БССР (ст. Сивкевичи,
ст. Дедовка, ст. Житковичи), чем будут обеспечены потребности
керамической промышленности как этой республики, так и при-
балтийских республик.
В Казахстане, в районе Целинограда, известно крупное место-
рождение первичного каолина Кара-Джигит, на котором уже ра-
ботает, местный небольшой фарфоровый завод. Нагорный и Шиш-
кина указывают также на возможность изготовления фарфора из
г белых глин Центрального Казахстана.
В Иркутской области известно и частично эксплуатируется
Узколугское месторождение, используемое Хайтинским фарфоро-
вым заводом.*
Интересны Дубровские щелочные каолины Житомирской об-
ласти переменного по высоте залегания и по участкам состава (см.
табл. 6). Они могут быть применены для производства фарфора
(невысокой сортности) без ввода в массу кварца и шпата, но не-
обходимо усреднение каолинов разных участков или их обогащение
(по опытам УНИИСП) с небольшим, однако, выходом каолина и
значительными отходами мелкого полевого шпата и кварца [157].
ОБОГАЩЕНИЕ ПЕРВИЧНЫХ КАОЛИНОВ
Обогащают каолин на специальных обогатительных комбина-
тах, находящихся там, где добывают каолин (Просяновское, Глу-
ховецкое, Кыштымское месторождения). Приняты две схемы обо-
гащения — мокрогравитационпая (электролитная или гидроцик-
лонная) и воздушно-гравитационная, или сухая. Обычно применя-
ется первая.
Первичное обогащение каолина состоит в отмучивании и отде-
лении путем отстаивания более тяжелых по плотности мине-
ралов: кварца SiO2, рутила и анатаза Т1О2, сфена CaO-TiOj-
SiO2, ильменита FeO-TiO2, гематита Fe2O3, магнетита Fe3O<, пи-
рита FeS2, граната R3"R2"' (SiOt)s, где R" —Са, Mg, Fe, Мп;
R'" —Al, Fe, Cr, Ti, а также минералов группы хлорита, группы
эпидота и др.
Каолин-сырец подвергается первичному мокрому обогащению,
поступая из карьеров на обогатительный завод. Такой каолин-
сырец может содержать до 50% реликтов кварца.
Мокрый способ основан на применении разжижающих (сили-
кат натрия, например, 0,5%) и коагулирующих (известковое мо-
локо) электролитов. Для разжижения каолина применяют так на-
зываемую реактивную воду, возвращаемую в цикл производства
после отмучивания каолина. Такая вода представляет собой сла-
бый раствор силиката натрия. Суспензия из дезинтеграционного
барабана движется в песочные ящики, где осаждается крупный
песок, затем в осадительный бассейн, где суспензия почти не дви-
жется и выпадают мелкий песок и слюда. Далее суспензия пере-
мещается в коагуляционные бассейны: коагулятор — СаС12 или
обычно известковое молоко. Осевшая и загустевшая суспензия
направляется в фильтр-прессы; коржи из фильтр-прессов сушат
при 800—900°, измельчают и упаковывают в мешки.
По «сухой» схеме предварительно измельченный каолин-сырец
сушат при 800—900° до влажности 0,7—0,8%, измельчают в мель-
нице-центрифуге при прососе воздуха. Каолин проходит через
систему сепараторов и циклонов, оседает и по течкам поступает
в склад для затаривания. При сухом способе не улавливается
наиболее топкая и цепная фракция.
Отделить примеси железа в том случае, если ионы железа
изоморфно замещают ноны алюминия в октаэдрической подре-
шетке, с помощью отмучивания нельзя. Для этой цели применяют
сухой способ, по которому каолин нагревается в герметической
плотной кислотостойкой аппаратуре до 600—1200° в среде газо-
образного хлора при HCI или СС14 (Т. Хаазе [51]). Продукт взаи-
модействия FeCl3 и TiCl4 удаляется и утилизируется. При этом
способе уходит из каолина до 90% Fe2O3 и до 80% ТЮ2. Способ
этот принят в Японии и в США. Однако при нагревании и такой
обработке каолин дегидратируется и теряет некоторые свои тех-
нические свойства.
тидроциклоиа
Флотация. Этот способ состоит в том, что обогащенный отму-
чиванием каолин разжижается сульфатом амйония (0,2—0,3%)
до суспензии, содержащей 22% твердого; в суспензию вводят ми-
нерал-носитель (пылевидный мрамор 27%) и смачивающие и
эмульгирующие (флотирующие) реагенты, в частности талловое
масло. При этом довольно сложном процессе удаляется до 90%
TiO2, по железо, изоморфно замещающее алюминий в октаэдри-
ческой подрешетке, конечно, удалено быть не может.
Каолин разделяют на фракции от 3 до 40 мкм методом флота-
ции с использованием моноаминов с длинной цепью' углеродных
атомов (от 3 до 16), как показано на при-
мере каолина Гиршау —Шнайтенбах [52].
Более удобен и дешев для массового про-
изводства современный метод последователь-
ного обогащения каолиновой суспензии в гид-
роциклонах.
Гидроциклонное обогащение. Безэлектро-
литная суспензия каолина, от которой ранее
уже отделены осаждением крупные зерна
кварца, плотностью 1,05—1,15 поступает
в гидроциклон тангенциально под давлением
г2,5—3 ат через ввод 1 (рис. 15).
При возникающем быстром вращательном
сдвижении суспензии происходит отбрасыва-
ние более тяжелых частиц примесей к стен-
кам гидроциклона и сползание их”к вывод-
ному отверстию 2. Частицы каолинита уно-
сятся током воды через отверстие 3.
Материал гидроциклона — фарфор, твердые
‘сорта резины, пластмассы (для гидроцикло-
нов малых диаметров). Расчет конструкции
гидроциклонов дан Поваровым [53].
Травинский и Донхаузер рассмотрели схемы обогащения као-
1 Линов в несколько ступеней [54]. Разделить каолин и гидрослюду
с помощью гидроциклона не удается.
I Увеличение высоты цилиндрической части аппарата содейст-
вует стабилизации его работы.
В табл. 4 приведены данные, характеризующие работу гидро-
циклонов («Амбергер Каолин-Верке»).
Чем меньше плотность поступающей суспензии, тем меньшие
размеры зерен каолина могут быть отделены. Пользуясь разной
плотностью суспензии и гидроциклонами разных диаметров,
можно «классифицировать» каолины по тонине частиц. Тонкодис-
персный каолин, имея размеры частиц 4—5 мкм, достаточно пла-
стичен и может быть применен в фарфоровой массе без добавки
в нее глины.
Серия гидроциклонов может быть объединена («Амбергер Као-
лин-Верке») в общие установки. Удельный расход энергии при
'обогащении 7—10 квт-ч/м3. При гидроциклонном обогащении
годам™. Высота. »м ЛаЖ?дамс“?а.
10 290 0 2 5 4 5 j
20 335 0 6 и g 8
40 505 j, 5 з з IQ 12
75 745 5— 11 2 15 20
' 125 925 12—22 40 gQ
125 1245 15-28 1 25 40
300 1875 90-135 0,5-1,5 . 60—70 j
на 10—30%..
Обогащенная суспензия перекачивается в центрифуги илм
? в „Обогатительные бассейны; остаток на сите 0056 составляет посл^я
обогащения от 0,03 до 0,15%.
Задача обезвоживания обогащенной суспензии решается в раза
ных вариантах. Обычный способ фиаьтр-нрессойания с помощью]
рамных фильтр-прессов экономически мало выгоден; не всегда!
удобно также электрофоретическое обезвоживание, выдающее еще,’
слишком влажный продукт.
Перспективны башенные распылительные сушила, в которых
каолиновая суспензия (в фарфорово-фаянсовых производствах — '
шликер) распыляется под давлением через сопла или центробеж-;
ной силой с быстро вращающегося диска и за время своего оседая
ния подсушивается встречным потоком горячих газов (550—800°)1
до необходимой степени влажности (5—7%). Отработавшие газы:
выходят через систему циклонов. Способ распыления и скорость!
распыления влияют на зерновой состав высушенных частиц. Об-
щая схема работы распылительного сушила показана на рис. 16.:
Отечественные распылительные сушила представлены двумя
типами: НИИстройкерамики и КБ Минского стройкомбината. Они.
эксплуатируются на многих заводах. Топливо — природный газ’
(Q = 8500 ккал/м3) хорошей степени чистоты, без серы. Ряд тех-
нологических вопросов при сушке распыления изучил Бильдюке-)
вич [55] и исследователи НИИстройкерамики.
Разница обоих типов сушил — в системе подачи шликера. В су-1
шиле НИИстройкерамики имеется 6—8 малых сопел с отверстиями
2—3 мм по диаметру; в минском варианте сушила — одно широкое
отверстие в сопле, и регулирование степени измельчения достига-
ется изменением давления, составляющего 25—30 ат, поэтому име-'
ется резервный мембранный насос. Широкое отверстие исключает
опасность заклинивания частиц на выходе сопла. Для избежа-
ния прилипания частиц к стенкам сушильной башни в минском
варианте диаметр ее доходит до 16 м, и общая производитель-;
ность ее достигает 6 т/ч испаряющейся воды с удельным расхо-;
дом тепла около 750—800 ккал/кг.
Й варианте НИИстройкерамики суспензия поступает к ёопЛйМ
под давлением 10—12 ат, высота башни 8 м, диаметр распылен-
ного облака суспензии 4 м (меньше диаметра башни — 4,5 м),
количество испаренной воды 2500 кг/ч, удельный расход тепла 760—
770 ккал/кг. Концентрация суспензии в обоих вариантах порядка
50—55% твердого вещества. Влажность высушенного продукта
порядка 7%. Около 60% гранулята имеет размеры более 200 мкм.
По Вондрачеку [56], наиболее эффективно сушило НИИстройке-
рамики. В сушиле фирмы «Дорст» удельный расход тепла состав-
ляет 1000—900 ккал/кг испаренной влаги.
Химическое мокрое обогащение. Существует несколько спосо-
бов, основанных на восстановлении в каолине Fe3+ в Fe2+ с после-
дующим более легким растворением соединений в разбавленных
кислотах и с выводом растворенного иона железа.
Комская и Петелько предложили обрабатывать каолин слабой
соляной кислотой при нагревании с последующей промывкой и
фильтрацией. Коробкина [57] предложила восстанавливать Fe3+
гидросульфитом NaHSOs в кислой среде при слабом нагревании
с последующим поглощением Fe2+ ионообменной смолой — катио-
нитом КУ-2. Подобная система обогащения включается в США
и в Европе в общую систему гидроциклонного обогащения.
Заказ № 2641
Лапин [58] предложил обрабатывать суспензию каолина под-
смольной водой (отход химической переработки древесины), со-'
держащей восстановители (редуктоны), способные восстанавли-
вать Fe:!+, и оксикислоты, способные растворять Fe2+, Имеется ряд
патентов на, способы отбеливания каолина, различающиеся сред-
ствами связывания Fe24 из раствора и другими деталями.
Во всяком случае химическое мокрое обогащение позволяет
в общем вдвое и втрое снизить содержание окиси железа в као-
лине, но оставляет почти без изменения содержание TiO2. Для от-
деления титаисодержащих минералов в Государственном иссле-
довательском керамическом институте (ГИКИ; Винтер) разрабо-
тана схема применения малых гидроциклонов диаметром 10 к
15 мм. Удается удалить до 50% Т1О2.
ГИДРОСЛЮДЫ
Термин «иллит» (гидрослюда, Glimmertoti) был предложен
Гримом [59] для слюдистых минералов, обнаруживающих расши-]
ценный рефлекс при 10 А и содержащих около 6% КаО. Идеаль-
ный мусковит содержит 10,11 % К2О; на 1 см2 его свежего скола
содержится около 4,2-1014 катионов калия с плотностью заряда,
(8—11)-10-‘»к/см2[60].
По-видимому, более древние глинистые осадки сложены ил-
литом и Хлоритом, каолинит в них встречается реже, чем в осад-
ках после девона. Сланцы часто состоят из иллита и хлорита.
Гидрослюда в разных ступенях своего превращения выступает
главным глинистым минералом большинства глин и как минерал
распространена в глинах повсеместно.
Гидрослюды относятся к двум сериям — диоктаэдрическим и
триоктаэдрическим; преимущественно распространены первые.
В гидрослюдах часть ионов алюминия замещена ионами железа,
а часть ионов кремния — ионами алюминия. Энергетический ба-
ланс выравнивают ионы калия, расположенные между пакетами.
Структура гидрослюд очень близка структуре слюд, которые
также представлены ди- и триоктаэдрическими образованиями.
Так, мусковит — диоктаэдрическая слюда, в которой октаэдры ор-
ганизованы ионами алюминия (рис. 17). Биотит —триоктаэдриче-
ская слюда, в которой октаэдры организованы ионами магния и
железа. Связь пакетов — через ионы калия. С другой стороны,
структура гидрослюды имеет некоторую аналогию с каолинитом.
Поэтому возможна расшифровка «монотермита» Белянкина как
политипа, образованного совмещением слоев гидрослюды И као-
линита.
Гидрослюды в сравнении со слюдами обладают меньшим со-
держанием изоморфных ионов алюминия, замещающих кремний
в тетраэдрах, и меньшим содержанием калия. Слои в гидрослю-
дах расположены довольно беспорядочно, между слоями может
присутствовать небольшое количество воды.
Обменная способность у гидрослюд по сравнению с другими
минералами (в мг-экв/100 г материала):
гидрослюда .... 10—50
каолинит............ 3—15
галлуазит..........- 15—40
вермикулит .... 100—150
монтмориллонит . 60—150
О Кислород ® Гидроксил ф Алюминий Q Калий
о, • Кремний (на /Л замещен алюминием)
Гидрослюдистые глины содержат во фракции менее 2 мкм
глинистые минералы: вермикулит, монтмориллонит, каолинит, хло-
рит и более крупные примеси: полевой шпат, кварц, рутил, гидро-
окиси железа, аморфные минералы и др. Количество вермикулита
в гидрослюдистых глинах может повышаться с 2—3 до 25—28%,
каолинита —с 0 до 8%, хлорита —до 32%, монтмориллонита —
до 13%, аморфных —с 0 до 15% [61]. Идея об аморфизации в есте-
ственных условиях глинистых минералов не имеет много сторон-
ников.
Гидрослюдистые глины, подобно монтмориллонитовым, содер-
жат в соответствующих минералах микроэлементы Ti, Со, Си, Мп
и другие, имеющие существенное биологическое значение. В воде
плохо окристаллизованные гидрослюдистые глины хорошо распус-
каются, хорошо окристаллизованные распускаются труднее.
Использование железистых гидрослюдистых глин в керамике
весьма значительно, преимущественно в производстве строитель-
ной керамики. Такие глины легкоплавки, огнеупорность их 1100—
1150°, интервал спекания 100—150°, пластичность средняя, многие
из них малосвязанны и чувствительны к быстрой сушке (растрес-
киваются) ; могут служить сырьем в производстве керамзита.
Значительно реже встречаются маложелезистые гидрослюди-
стые глины; они ценны для керамических производств, так как
способны заменить частично или полностью плавень в керами-
ческих массах, поскольку содержат этот плавень (К+) в структуре
самих частиц, и благодаря этому температура спекания глин зна-
чительно снижается; притом череп изделий остается светлым
(белым).
Термограммы гидрослюдистых глин характеризуются тремя эн-
доэффектами: 100—170° —выделение гигроскопической и межпа-
кетной воды, 500—650° — выделение внутри пакетной воды, 840—
905° — разрушение кристаллической решетки (рис. 10—14). У не-
которых гидрослюдистых глин замечен экзоэффект, относимый
к примеси каолинита.
При обжиге гидрослюдистых глин наблюдается раннее спека-
ние благодаря образованию жидкой (стекловатой) фазы внутри
кристаллической решетки гидрослюды из-за присутствия ионов
калия, магния, железа. Так, по Фурлонгу [62], после дегидратации
при 600° начинают при 700° появляться мелкие пятна расплава
в пластинках иллита. Вместе с тем никаких дифракционных из-
менений. которые могли бы свидетельствовать на рентгенограммах
о возникновении новых кристаллических-фаз, не наблюдается до
1000°, лишь с 1100° появляется железистая и магнезиальная шпи-
После 40-минутной выдержки при 1150° наблюдалось разло-
жение фазы шпинели (по-видимому, частичное) и появление на
рентгенограмме слабых линий муллита. При 1200° происходило
полное расплавление и образование хорошо выраженных фаз
шпинели и муллита.
Имеются наблюдения и о более поздней дегидратации гидро-
слюд и «аморфизации» их в интервале 750—960°. По-видимому,
существенное значение имеет методика, применяемая в подобных
наблюдениях; так, измеряя вязкость при нагревании у каолинито-
гидрослюдистых глин, появление жидкой фазы отнесли [63] к 900°,
а у гидрослюдисто-каолинитовых даже к 1050—1100°, что не нахо-
дится в логическом соответствии.
Образование шпинели в гидрослюдистых глинах может про-
исходить как внутри пакетов гидрослюды благодаря наличию изо-
морфно замещенных ионов алюминия на ионы магния и железа,
так и вне пакетов, в слое адсорбированных обменных катионов.
Шпинели FeO-Al2O3 (герцинит) и MgO-Al2O3 образуются из окис-
лов при 650°, причем имеются указания, что начальные стадии
образования (во всяком случае в отношении MgO-Al2O3) близки
400° [29]. Образованию герцинита благоприятствует восстанови-
тельная среда (СО, Н2).
Неиспользованные ионы алюминия в решетке метакаолина
после образования шпинелей расходуются на образование мул-
лита. Этот процесс изучен Садунасом, который показал, что при
добавке 5% Fe2O3 в каолин образование герцинита и муллита
в восстановительных условиях и при достаточной выдержке за-
метно (рентгенографически) происходит уже при 850°. Избыток
FeO уменьшает количество муллита. При повышении температуры
до 1000° герцинит и муллит сосуществуют [40].
Восстановительная газовая среда заметно снижает вязкость
глинистого материала при нагреве. Так, вязкость расплава неко-
торых суглинков при 850° в восстановительной среде порядка
10н П, в окислительной — 1012 П, что связано с образованием в та-
кой среде более легкоплавких эвтектик. В условиях влажной вос-
становительной среды (восстановитель — водород) степень вос-
становления Fe2O3 значительно меньше [64].
При обжиге гидрослюдистых глин, к которым добавлена окись
железа, в окислительной газовой среде наблюдается взаимодей-
ствие образующегося муллита с Fe2O3, в результате чего возни- .
кает твердый раствор окиси железа в муллите. Молярная доля
растворимости окиси железа в муллите составляет 0,01, или 1%
при 1000° и 0,18, или 18% при 1300°. Процесс растворения
довольно длителен, он сопровождается увеличением размеров эле-
ментарной ячейки муллита и возрастанием показателя преломле-
ния [65] .
Практическое значение этого процесса показано на при-
мере получения кислотоупорных изделий, изготовленных из као-
линито-гидрослюдистой глины с добавкой железной руды (6,12%,
считая на Fe2O3). По данным исследователей [66], такие изделия
обладают более высокой прочностью и термостойкостью, чем из-
делия из глины без добавки руды.
ГАЛЛУАЗИТ
По химическому составу галлуазит имеет почти такое же со-
отношение «глинозем : кремнезем», как и каолинит, по количество
воды в нем почти в два раза больше. Галлуазит обозначается
Al2O3-2SiO2-4H2O.
Около двух молекул воды легко уходят при 110° или при 60°
в вакууме. Оставшиеся соединения называют (Мемель, Мак-Ивэн)
метагаллуазитом. Полностью гидратированный галлуазит имеет
на рентгенограмме сильный базальный рефлекс при 10,1 А, после
необратимого высушивания при 110° появляется вместо него ре-
О-Х20И0; 6- X1SOOOO.
,,n.Ja‘™ya3HT',од микроскопом часто имеет вид шестов (пне 18>
реиние напряжения и искрив- .
ленке листов каолинитовогоЯ
строения. Возможно, эту спо-1
собность галлуазитовых ли-1
стов свертываться в трубки |
следует связать с весьма не-Я
упорядоченным строением!
этих листов. По Лаугену и|
Крейгу, полностью гидратиро-1
ванный галлуазит из Южного !
Уэльса не имел трубчатых^
форм, что авторы связали I
с происхождением его из као- 3
линита [68].
Интересный случай гидро-Я
галлуазита-аллофана из Ба-1
зар-Тюбе описал Чухров [691; 3
стекловатый минерал внешне |
резко отличался от галлуази- |
та, но по составу и свойствам I
был с ним сходен.
В настоящее время по по- 1
™льным нарушением порядка чередования слоев и степенью vno- 1
рядоченности самих слоев. Морфологически разные ряды галлу 1
Z И ка°?инита по степени своей неупорядоченности могут 1
смыкаться. Частицы галлуазита, не подвергшиеся переотложению I
ТМаТИЧеСпКИе "олнкрХллы О~ва™е
дру”°к ВТ°РИЧН“И Процесс. Первичная форма галлуазита — 3
гидрогаллуазит (бывшее название —энделлит) Вопрос переходя 1
ка°линита в галлуазит и обратно остается открытый I
листа ГУкаквакзо™ИнТиа п?.едставляет собой повторение мотива |
лпЛЛРМ0ГраМма метагаллУазита показывает при 550° сильный эн-
доэффект-выход последующих двух молекул воды; около 1060— 1
ПОО5 появляется экзоэффеКт, связанный с образованием муллита.
Термограмма напоминает термограмму каолинита.
Галлуазиты способны образовывать органические комплексы
[Путем замещения межслойных молекул воды на молекулы высоко-
полярных органических веществ, например этиленгликоля, что со-
провождается увеличением межплоскостного расстояния. Однако
способность к комплексообразованию у галлуазитов выражена
значительно слабее, чем у монтмориллонитов.
Поглощенные молекулы органического вещества размещаются
в галлуазите, по-вйдимому, однослойно. Имеются указания, что
в единичных случаях при этом удавалось, увеличить межплоскост -
ное расстояние до 17 А.
Галлуазиты способны также поглощатьсульфаты, хлориты, ни-
•траты в количестве от 5 до 45% своей массы, что также сопро-
вождается расширением решетки.
Галлуазитам, как и другим глинистым минералам, свойственна
лабильность связей, что наблюдается в перестройке их структур,
например и‘з галлуазита образуются либо слюдоподобные (в при-
сутствии щелочей), либо разбухающие (в присутствии щелочнозе-
мельных ионов) фазы в автоклаве (410—500° и 900 кг/см2) [71].
В техническом отношении глины, содержащие галлуазит,
’ трудны в производстве, они малосвязны и чувствительны к бы-
строй сушке.
МОНТМОРИЛЛОНИТЫ
Группа монтмориллонитовых минералов охватывает две се-
рии — диоктаэдрических и триоктаэдрических. Во главе первой се-
рии находится монтмориллонит и за ним следуют изоморфно за-
мещенные минералы: бейделлит (SiIV частично, до 16,5%, заме-
щен на A1IV), нонтронит (A1VI замещен на FeVI), волконскоит
(A1VI немного замещен на CrVI). Относительно бейделлита име-
ется и другая точка зрения, по которой этот минерал есть сме-
I шанослойное образование из монтмориллонита и каолинита или
гидрослюды [72]. Бейделлит в виде войлокоподобных агрегатов
описан Коржинским [73].
Во Главе второй серии (триоктаэдрических монтмориллонитов)
стоит сапонит, за ним следуют изоморфно замещенные минералы:
гекторит (не содержит Al, a MgVI частично, до 11%, замещен на
Li), соконит (Mg частично замещен на Al, Zn, Fe3+), стивенсит
(Mg частично замещен на Мп и Fe3+), медмонтит (Mg частично
замещен на Си, Al, Fe3+). Вопрос о сапоните и гекторите рассмот-
рен в сборнике [74].
Возможно ожидать изоморфное частичное замещение магния
на никель. Формулы обоих сериеобразующих минералов в общем
виде могут быть записаны таким образом:
Si4O10(OH), • (AI3.33Mg0.e,) Si4O10(OH), (Na, K)o,.7;
для сапонита —
SiM,A WCa»,»] O10 • (OH), Mg,Si3,„ AI0,34O10 (OH),.
Обе эти записи показывают наличие двух тетраэдрических ли-
стов, между которыми размещен октаэдрический, и наличие меж-
слоевых катионов Na+, К+ у монтмориллонита (натровые бенто-
ниты) и Са2*, (Mg2+) у флоридинов.
С)Кислород ®Гидроксил ®Ллю
о, ^Кремний, иногда алюминий
В основе структуры минералов обеих серий лежит пакет 2: I
из; двух тетраэдрических листов и внутреннего ди- и триоктаэдри-
ческого. Толщина пакета непостоянна— от 9,6 А и выше. Схему
строения монтмориллонитовых минералов, по Гофману, Энделю,
Уильму, с уточнениями Маршалла и Хиндрикса, см. на рис. 19.
. Реальные слои в монтмориллоните наложены друг на друга
локально упорядоченно, но происходит неупорядоченное смеще-
ние на 6/3. По Звягину, структура минерала моноклинная.
40
г Слабая связность слоев обеспечивает им высокую степень набу-
хания и диспергирования в водных растворах до единичных эле-
ментарных слоев, по Норришу. Между структурными слоями ми-
нерала расположены способные к обмену катионы, в водной среде
они сольватированы. Размер этих обменных катионов определяет
И расстояние между слоями. Этими катионами могут быть как
-неорганические Na+, К+, Са2+, так и органические.
Обменные катионы выполняют роль электростатических
компенсаторов так как изоморфные замещения в тетраэдрической
и октаэдрической подрешетках вызывают энергетический дебаланс.
'Вместе со своими молекулами воды обменные катионы распола-
гаются вполне определенным образом в количестве от 0,5 до 1,2
молекул на элементарную ячейку, по Фостеру.
Предполагают, что молекулы воды размещаются мономоле-
тверждают ступенчатыми кривыми наличие дегидратации (обмен-
ной). Кальциевые монтмориллониты гидратированы сильнее, чем
натровые. Впрочем, слоистое размещение молекул воды противоре-
чит представлениям о неравномерности распределения энергети-
ческих полей в слое и на поверхности частицы минерала.
Классификация монтмориллонитовых минералов дана Россом
и Хиидриксом.
В общем эта группа глинистых минералов обладает весьма
широким диапазоном изменения строения в зависимости от усло-
вий образования —температуры, давления, растворов катионов.
Сообразно этому габитус кристаллов под микроскопом и свойства
их переменчивы. Можно встретить монтмориллониты тонкоче-
шуйчатые, хорошо набухающие в воде с потерей четкости очерта-
ний, удлиненночешуйчатые, плохо набухающие, крупночешуйча-
тые, слабо набухающие.
Монтмориллониты способны поглощать значительные количе-
ства органических веществ, например органических красителей
[76], алифатических аминов, белков [77]. При поглощении органи-
ческих катионов, например метиленового голубого Cie-His-N3-S-
СЬЗНзО [МГ], родамина бЖСзв-Нзг’Оз-Ыз-С!, аурамина, а также
[С16НззМНз]+ и др., адсорбируемые молекулы размещаются как
между слоями, так и снаружи частицы.
Сорбционные процессы, осуществляемые монтмориллонитом,
гидрослюдами, палыгорскитом, сепиалитом, смещанослойными об-
разованиями, каолинитом, происходят с помощью трех меха-
а) по типу замещения органическими катионами обменного
катионного комплекса, размещающегося как между элементар-
ными слоями, так и по базальным поверхностям частиц минера-
лов; на основе главным образом механизма замещения сорбируют
монтмориллониты, вермикулит, гидрослюды;
б) с помощью водородных связей во внешних гидроксильных
группах; на основе главным образом этого механизма сорбируют
каолинит, ненабухающие гидрослюды, диккит, накрит;
в) с помощью валентных «оборванных» связей на краях и yr-1
лах частиц, на сдвиговых ступенях роста минерала.
Обычно действуют все три механизма с преобладанием одного I
из них на том или ином глинистом минерале. При малых коли-
чествах сорбируемого органического катиона (по типу «а») про-1
исходит незначительная ассоциация его молекул с оптическим on- ]
тимумом окрашивания в том случае, если адсорбент — краситель;
при больших количествах могут возникать явления коагуляции (
частиц.
Применение органических красителей позволяет диагностиро-(
вать некоторые глинистые минералы (78]. Так, с помощью приму-
лина можно отличить каолинит (слабое оранжевое окрашивание)
от галлуазита (ярко-желтое окрашивание); при добавлении рода-
мина 6Ж (краситель-люминофор) к суспензии каолинита наблю-1
дается ярко-желтая люминесценция на солнечном свету, при монт-|
мориллонитовой суспензий наблюдается тушение люминесценции.,]
При сорбции аурамина (краситель-люминофор) по «оборванным»?
связям наблюдается зеленое или желтое свечение и на спектраль- i
ной кривой обнаруживается максимум 540 нм; при сорбции с по-а
мощью водородных связей (гидроксильных групп) обнаружива-'
ется оранжево-красное свечение с максимумом 620 нм; при:
сорбции по ионообменному механизму (на минералах монтморил-
лонитовой группы) происходит коагуляция частиц с характерным
красным свечением, но при малых концентрациях (порядка 0,3 г/л) 3
не происходит образования сложных ассоциатов, и" свечение зе-'
леиое или желтое с максимумами при 520 и 580 нм.
При добавлении метиленового голубого (МГ) к суспензий^
монтмориллонита независимо от концентрации красителя проис-.
ходит сорбция по ионообменному механизму и с участием внеш-з
них гидроксильных групп, вследствие чего суспензия приобретает'
фиолетово-синий цвет с устойчивым максимумом 580 нм. Добав-
ление КС1 и малые концентрации красителя у монтмориллонито-
вых частиц приводят к исчезновению максимума 580 нм и появ-
лению или усилению максимумов 670—680 нм. У каолинитовых
частиц влияние КС1 не обнаруживается.
Реакция ионодипольного характера также наблюдается на
монтмориллоните в случае поглощения алкоголя.
Показателем эффективности сорбционных процессов может
служить теплота смачивания, по Овчаренко [79].
Месторождения монтмориллонитов. Преобладающее большин-
ство отечественных месторождений монтмориллонитовых глии
имеет не очень древнее происхождение; осадочные образования
приурочены к кайнозою и мезозою, но ряд месторождений, в част-
ности Камалииское в Казахстане, по-видимому, Асканское в- Гру-
зии, Соричухское в Армении я др., обнаружены в отложениях па-
леозоя. Ряд месторождений этих глин становятся известными
в результате продолжающихся успешных поисков в центральных
районах РСФСР, в Волго-Вятском районе, на Южном Урале, в Си-
| Делят месторождения моптмйриЛлоиитойых глин йа Две W?
[новные генетические группы: 1) продукты подводного изменения
I пирокластического материала (вулканический пепел) и 2) про-
дукты размыва и переотложения в водных бассейнах образований
коры выветривания с последующим диагенезом в гидротермальных
^условиях. Например, в монтмориллонитовых глинах (бентони-,
тах) Грузии (Гумбри), Туркмении (Огланлы), Азербайджана
(Ханлар) обнаружены реликтовые пепловые структуры и даже
Вулканическое стекло; таковы гумбрин, асканглина, аскангель, ог-
лангель, кйл (кеффекелит), гильаби, ханларит, нальчикит (80].
| Хорошо прослеживается влияние обмена катионов на природу
монтмориллонита. При перерождении вулканического пепла в Ог-
ланлы образовался натровый монтмориллонит («истинный бенто-
нит»), Позже под. действием кальцийсодержащих грунтовых вод
он перешел в кальциевый монтмориллонит (флоридин, аналогич-
ный бентонитам во Флориде), по Петрову [16]. Хорошо объяс-
нима, по Петрову, смена обменных оснований в Асканском
месторождении, где в выходах на дневную поверхность в монтмо-
риллоните преобладает кальций (асканглина), книзу же в монт-
мориллоните содержится натрий (аскангель).
В условиях современной геологической эпохи, когда преобла-
дали и преобладают терригенно-биогенные, условия- с быстрой
седиментацией продуктов выветривания, или даже в древних во-
доемах, где могли возникнуть условия быстрой смены pH и коагу-
ляции осадков, возможность диагенеза в значительной мере ослаб-
лена. Примером могут служить бентониты Келесского месторож-
дения Казахской ССР, Черкасского месторождения в УССР
(Овчаренко и соавторы [81]).
В термохимическом отношении повышение температуры до
350° и наличие гидротермальных условий в нейтральной среде
вызывают переход каолинита в набухающее вещество со структу-
рой монтмориллонита, а при 450—600° в щелочной среде (1—2%)
образуются не только монтмориллонит, но и гидрослюды диокта-
эдрического типа. Поэтому можно наблюдать как переход от гид-
рослюд к монтмориллонитам или каолиниту, так и от монтморил-
лонита к каолиниту и минералам в виде смешанослойных образо-
ваний.
Лазаренко и Дриц рассмотрели природу таких образований,
подчеркнув, что они представляют собой сочетания разных
структур, но не эпитаксические срастания. Франк-Каменецкий дал
им классификацию. Смешанослойные образования весьма рас-
пространены, но мало изучены.
Схему развития Асканского бентонита предложил Ратеев [94]
при гидротермальном изменении пиропластов. Ратеев выделил
пять последовательных этапов преобразования исходной стекло-
ватой массы: 1) диоктаэдрическая слюда 1М глауконитоподоб-
ного типа в сопровождении цеолитов и кварца; 2) появление и
преобладающее развитие смешанослойной фазы с неупорядочен-
ным строением пакетов иллита (гидрослюды) и монтмориллонита
в сопровождении каолинитоподобного минерала; 3) развитие
смешанослойной фазы с чередованием пакетов гидрослюды в ко-
личестве 70% й монтмориллонита- около 30% в сопровождении
триоктаэдрического хлорита, цеолитов и кварца; 4) образование
смешанослойной фазы — гидрослюды 40% и монтмориллонита
60%; 5) заключительное преобразование: монтмориллонита
100% — «аскангель».
В смешанослойных образованиях обычно преобладает беспо-
рядочное размещение таких слоев, как гидрослюда, Na-монтмо-
риллонит, Са-монтмориллонит с переслойками хлорита и вермику-
литов. Размеры частиц порядка 0,2 мкм.
Такие смешанослойные глинообразующие минералы харак-
терны для ряда глин Сибири и Казахстана, например Танкирского,
Трошковского и Липовецкого месторождений.
В танкирских глинах обнаружено смешанослойное образование
как неразбухающее, так и разбухающее; в липовецких —разбу-
хающие гидрослюды — монтмориллонит, в трошковских — основ-
ной минерал каолинит необычной структуры и монтмориллонит и
иногда примеси галлуазита. Трошковские глины не спекаются,
если их не обработать с водой механически.
Активация бентонитов. Активация (кислотная активация) со-
стоит в действии неорганической кислотой (серной или соляной)
на бентонит. При этом происходит обмен щелочных и щелочно-
земельных катионов на водород и одновременно частичное разру-
шение структуры монтмориллонита в октаэдрических и даже бо-
лее прочных тетраэдрических слоях.
Другой способ активации состоит в гидротермальной обра-
ботке при 50—200 ат. Третий способ состоит в обработке щелоч-
ным раствором. В результате замены обменных катионов А13+,
С a21', Mg21 и замены части ионов кремния резко увеличивается ем-
кость поглощения. Иные способы состоят в обработке бентонито-
вой глины ультразвуком, в электродиализе, нагревании до невы-
соких температур. При этом происходит увеличение поверхности
минерала, создаются дефекты и искажения в решетке.
Влияние нагревания. Термограммы бентонитов несколько раз-
личаются, но все они характеризуются значительным эндотер-
мическим эффектом в интервале 120—200° вследствие удаления
межслоевой воды (рис. 10). По-видимому, прецизионное термогра-
виметрическое исследование, сопровождаемое снятием ИКС-спек-
тров, позволило бы уточнить в типах бентонитов структурные осо-
бенности размещения воды и гидроксильных групп. После нагре-
вания свыше 200° наступает необратимость водного обмена, что
зависит от обменных межслоевых катионов.
Дальнейшее нагревание вызывает разрыв связей с ОН при
600—700°, в гумбриие несколько раньше, после чего возникает
третий эндоэффект при 800—900°, который объясняют «разруше-
нием решетки», хотя связи в решетке ослаблены до состояния,
близкого к разрушению, уже при отрыве гидроксилов. Вероятно,
правильнее было бы отнести этот эндоэффект к локальным обра-
ЗОВаниЯм расплавов, в дальнейшем содействующих образованию
новых фаз: шпинели (MgO-Al2O3), муллита и кристобалита.
На некоторых термограммах можно обнаружить экзоэффекты
образования этих новых кристаллических фаз, но обычно эти
эффекты сглажены эндотермическим процессом развития стекло-
ватой фазы. Поэтому, по Гриму [82], для лучшего обнаружения эк-
зоэффектов применима методика обработки бентонита 0,1 н НС1.
При такой обработке выводится главным образом ион натрия,
особенно содействующий стеклообразованию.
Термограммы подготовленных таким образом бентонитов по-
казывают значительное улучшение экзоэффектов. Этот прием поз-
волил Гриму выделить два типа диоктаэдрических монтморилло-
нитов— тип Чето и тип Вайоминг. В первом типе характерна
высокотемпературная фаза —- кристобалит. Бредли и Грим наблю-
дали внезапное появление в монтмориллоните р-кварца при 1000°,
что соответствует более поздним наблюдениям. Наличие двух
тетраэдрических слоев со связями Si—О делает более вероятным
образование кварца в монтмориллоните при 1000°, чем в каоли-
ните, а во втором типе монтмориллонитов — появление при 1150—
1200° фазы муллита.
Во всех типах бентонитов, за очень редким исключением (Пы-
жевский бентонит), присутствует фаза магнезиальной шпинели,
образующаяся с 1000—1200°. Это дало основание Эйришу и соав-
торам [83] сделать вывод о том, что наиболее легко преобразуе-
мым участком структуры монтмориллонитов выступает октаэдри-
ческая подрешетка, что подтверждает также маше представление
о преимущественной роли в этой подрешетке более слабых s-свя-
зей. В прежней схеме фазовых изменений, по Гриму и Бредли,
в монтмориллоните при его нагревании происходило растворение
шпинели и кристобалита в образовавшейся стеклофазе, что дол-
жно было бы отразиться на прецизионной термограмме и полу-
чить подтверждение другими методами анализа.
Применение монтмориллонитовых глин. Пластифицирующие
свойства этих глин используются для замены ими пластичных
глин в производстве фарфора: Й—>8% хорошего бентонита равно-
ценны 9—10% глины. Так как с пластичными глинами вводятся
красящие окислы железа и титана, то замена глин бентонитом су-
щественно повышает белизну и товарный вид фарфора.
Бентониты полезны для кольматации песков и уменьшения
фильтруемости почв. Общеизвестно широкое использование бен-
тонитов для медицинских целей, для повышения продуктивности
растений и животных, в качестве отбеливающих средств, в каче-
стве «бентонов» — наполнителей полимеров, загустителей красок,
смазок.
Монтмориллонитовые глины, прокаленные при 600°, могут быть
использованы для дезактивации радиоактивных загрязненных вод
и для поглощения радиоактивных изотопов Cs137, Sr89 и смесей
продуктов ядерного деления.
Глава 8
ВЕРМИКУЛИТ И ХЛОРИТ
При выветривании слюд могут возникнуть вермикулиты и хло-
риты. Многие глины содержат значительные количества вермику-
лита или хлорита или обоих минералов.
Вермикулит обладает способностью вспучиваться (в :.20^30''
раз) при нагревании до 750° и при этом вытягиваться в черве-
образные ленты. По Мидгли [74], способность к вспучиванию свя-
зана с гидробиотитом и в меньшей мере — с хлоритовым мине-
ралом.
В глинах ди- и триоктаэдрический вермикулит образуется из
хлоритов, слюд, амфиболов, пепла. Весьма' часты смешанослой-
ные образования, такие как вермикулит-слюда, вермикулит-
иллит. Приближенная структурная формула вермикулита
Mg3(AI, Si)4Oio(OH)2Mgo,35-4,5H20 показывает, что часть Mg,
именно 0,35 моль, может быть изоструктурно замещена. Катионы
замещения в формуле не приведены, но известно, что таковыми
Вермикулит (моноклинной сингонии)—в основном продукт
гидратации магнезиальной слюды-биотита. Структура диоктаэд-
рического вермикулита сходна со структурой хлорита и отлича-
ется лишь ббльшим содержанием гидратациониой воды у бруси-
тового слоя, чем у хлорита, что условно показано на рис. 20
молекулами воды. Эти молекулы воды и обменные внутренние ка-
тионы размещаются в пределах каждого слоя равномерно по гек-
сагональной схеме эквивалентного положения кислорода на по-
верхности слоя, например 2/з или Vii
Трехслойные пакеты вермикулита состоят из слюдоподобных
пакетов (рис. 20, а) и бруситоподобпых (рис. 20, б), наложенных
по оси с, так же, как и в хлорите. Слюдоподобные пакеты в хло-
рите могут быть ди- и триоктаэдричны.
В вермикулите и в хлорите часть ионов кремния замещена
ионами алюминия, и заряд слоев балансируется недостатком за-
ряда при замене алюминия магнием или железом (2+) в брусито-
вых октаэдрах. Энергетическая неравновесность вызывает раз-
ную степень стабильности хлоритовых минералов.
Слои в вермикулите и в хлорите имеют разную степень ори-
ентировки; толщина элементарного пакета около 14 А, то есть
равна удвоенному слою каолинита, что затрудняет рентгенодиаг-
ностику. По Уиверу [74], вермикулиты обладают способностью
к сокращению межплоскостных расстояний (при обработке КОН),
что связано с происхождением их либо из слюдистых минералов
(сокращение до 10 А), либо из неслюдистых минералов (сокраще-
ние до 11—12,7 А). Высокая обменная способность вермикулита
объясняется, как сказано выше, наличием сольватированных ка-
тионов, располагающихся между слоями в определенных поло-
жениях. Эти катионы и связанные с ними молекулы воды весьма
подвижны даже при нормальной температуре и способны обме-
ниваться, например, на органические катионы. В результате воз-
можно получение органозамещенных вермикулитов.
Доступность внутреннего пространства вермикулита органи-
ческим молекулам вместе с тем ограничена: 1) структурой и раз-
мерами органических молекул и 2) способностью к замещению
не более половины неорганических обменных катионов.
Такие органозамещенные вермикулиты могут служить актив-
ными наполнителями полимеров и твердыми эмульгаторами.
Иной прием получения органопроизводных вермикулита опи-
сывается такой схемой реакции:
==Si—ОН + HOR - =Si -OR + Н2О.
В итоге получается радикалзамещенный вермикулит. Это по-
казано, например, Федосеевым и его соавторами [84] при изготов-
лении бутил-вермикулита и органополисилоксипроизводных верми-
кулита с содержанием С более 1,5% (высокой гидрофобности).
Такие производные могут найти применение как смазка и для дру-
гих целей.
Ультразвуковые колебания (например, 19,5 кГц) разрывают
поверхностные связи —О—S1—О— и более глубокие Me—О—Si
[85, 86] и позволяют не только изменить некоторые реологические
свойства суспензий, но и получить новообразования; это наблю-
дается и у каолинита и палыгорскита.
Вследствие сильной гидратации бруситовых октаэдров водород-
ные связи в вермикулите выражены слабо, и вермикулит способен
как легко набухать, так и легко отдавать воду при нагревании до
100°. Этого свойства лишен хлорит.
Второй эндотермический эффект (при 600—700°) относится
к выделению воды из октаэдрического бруситового слоя; третий
эффект (около 800°) относится к выделению воды из октаэдриче-
ского слоя.
Так как в вермикулите наблюдается раннее образование стек-
лофазы (вследствие конституционного вхождения крупных катио-
нов в кристаллическую решетку) при температуре около 700°, то
совместное выделение паров воды и образование стеклофазы вы-
зывает сильное вспучивание материала; 1 м3 вспученного верми-
кулита весит около 60 кг, такой материал служит отличным тепло-
изолятором.
Экзоэффект около 800° связан с образованием клиноэнстатнта.
Чем тоньше частицы вермикулита, тем больше сдвиг экзоэффекта
к 750° и тем меньше становится заметна дублетиость первого эндо-
эффекта [87].
Хлориты весьма распространены в природе и входят в состав
многих горных пород. Обычно хлориты — продукт выветривания
слюд, пироксенов, амфибол, оливинов — кристаллизуются в моно-
клинной системе (существуют и ромбические хлориты). Структура
хлоритов состоит из чередующихся слоев: слюдоподобных и бруси-
топодобных (как на рис. 20), наложенных по оси с. Формула
(0H)f (SiAl)s- (Mg-Fe)s-O2o свидетельствует об отсутствии щело-
чей в хлоритах, но. они более осповны, чем слюды, и более гидрати-
рованы.
Слои сложены в разных хлоритах с большей или меньшей упо-
рядоченностью, образуя пакет толщиной около 14 А, что соответ-
ствует удвоенному пакету каолинита; вследствие этого рентгено-
графическая диагностика хлоритов затруднена, в особенности при
их тонком измельчении, как это имеет место в глинах, где они сме-
шаны с другими глинистыми минералами [88].
При нагревании хлориты отдают воду в два этапа. Первый соот-
ветствует выходу воды из бруситовых слоев и сопровождается не-
значительной деструкцией решетки, чем хорошо окристаллизован-
ный хлорит радикально отличается от каолинита; поэтому дифрак-
48
ционная картина такого хлорита существенно отличается от ди-
фракционной размытости у. дегидратированного каолинита. Однако
плохо окристаллизованный хлорит уже при 450° разлагается, чего
не происходит в каолините.
Достаточно медленное нагревание хлорита при 800° приводит
к эндотермическому эффекту, связанному с выходом воды из тетра-
эдрических слоев, вслед за чем и почти одновременно наступает
перестройка пакетов с образованием главным образом фазы оли-
ПАЛЫГОРСКИТ (АТТАПУЛЬГИТ), СЕПИОЛИТ
И ГИДРООКИСНЫЕ МИНЕРАЛЫ В ГЛИНЕ
Эти глинистые минералы имеют вид волокнистых кристаллов
в гидротермальных образованиях или, что преимущественно, в виде
пелитовой фракции глин, образуя смесь с другими глинистыми ми-
нералами.
Палыгорскит (Палые горы на Урале; Семченко, 1862 г.) напо-
минает по внешнему виду легкий, прочный и гибкий картон; изве-
стен под названием «горная кожа». Позднее (1935) Лаппарент на-
звал этот минерал аттапульгитом (Аттапалгос, Джорджиа), по-
этому в иностранной литературе этот интересный минерал часто (и,
по существу, неправильно) называется аттапульгитом. Идеальный
состав слоисто-ленточного гидроалюмомагниевого силиката выра-
жают формулой (Sis) (Mg5) (ОН2)4-4Н2О.
Вода в палыгорските выделяется поэтапно. Конечная фаза при
800° — энстатит; экзотермический пик при 1100' — кристаллизация
кварца; при 1200° появляется кордиерит. Емкость поглощения 18—
30 мг-экв/100 г.
Сепиолит— от sepia (лат.) — каракатица — в виде мягких губ-
чатых розовато-белых образований наподобие связок волокон (по-
ристая, плавающая на воде разновидность) или в виде плотных
волокнистых зеленоватого цвета образований известен издавна
в некоторых осадочных породах. Формула сепиолита, по Нейджи—
Бредли и по Браунер—Прайзиигер, такова:
1. (SiB) (Mg,) Оао • (ОН)6 • (ОН2), • 6Н2О.
2. (Sl„) • (Mg,) Os, • (ОН), • (ОН2), • 8Н2О.
Емкость поглощения 20—45 мг-экв/100 г.
Цеолитная вода, а также спирт, йод, ртуть в обоих минералах
могут быть выделяемыми обратимо. Судя по независимости вели-
чины поглощения от размеров ионов, предполагают, что обменные
катионы размещены в структурах минералов не в каналах,
а в иных, более доступных местах.
Оба глинистых минерала распадаются по спайности (ПО)
в воде, а также раскалываются при выжимании через фильтры при
больших давлениях, образуя очень мелкие пучки диаметром 50—
80 А длиной 4—5 мкм и меньше.
Идеальная структура палыгорскита, по Бредли, приведена на
У сепиолита структура, по Пейджи и Бредли, аналогична струм
туре палыгорскита, но полоски вдвое шире, и ионы магния и крем-
ния изредка замещены ионами железа и алюминия.
Палыгорскит нередко находится в ассоциации с монтморилло-
нитом. Например, в известном Черкасском месторождении монт-
мориллонитов размещены до
OG
DG
! P.G
_______
С3>н2о О>0Н OMgfAl)
фн2 о о • &
теплота смачивания Q, кал/г,
свойства палыгорскитовый
глин описаны Овчаренко [89].’
Палыгорскитовая суспензия]
устойчива к солевым раство-я
рам, что имеет существенно^
значение при проходке буро-
вых скважин через соленосный
пласты. Подобно Другим rawj
нистым минералам, связи в
палыгорските и сепиолите ла-\
бильны, что видно, например;';
по способности перехода па-;
лыгорскита (в гидротермаль(1
ных условиях — давление]
200—450 ат и 250—45О’)|
в монтмориллонит. Сообразно}
такому переходу уменьшается
-----.„ .....-уменьшается удельная поверхность^
S, м2-г, но возрастает емкость поглощения Е, мг-экв/1'00 г [90]. I
Причинами обменной способности выступают, главным обра-1
зом, изоморфизм и наличие обменных катионов, располагающихся;
на внешних участках волокон обоих минералов, а не внутри паке-;
тов. Благодаря такой адсорбции происходит в итоге гндрофобиза-
ция волокон палыгорскита и уменьшается степень адсорбции парой]
(молекул) воды, которые могут попасть в этом случае внутрь «цео-'i
литных» каналов волокон, что позволяет рассчитать размеры этих I
К глинообразующим минералам можно причислить гидроокиси
алюминия, кремния и железа. В некоторых глинах, например тих-
винских и батьковских, гидроокиси алюминия образуют основную
часть глинистого вещества.
Гидроокиси алюминия представлены кристаллами: диаспором
А12О2(ОН)2, бемитом Л12О2(ОН)2, гидраргиллитом (гиббситом)
AUfOHJe й аморфной гидрооййёЫр (напримёр, в бокситах).
Обычно часть ионов алюминия изоморфно замещена ионами же-
.леза (до'6,6'% Fe2O3 в диаспоре, до 2%—в гиббсите).
Показатели физических свойств глинообразующих минералов
1,437—1,455
В системе А12О3—Н20 известны переходы.
1100° .
8А1А------нх-АЦ
Гидроокись кремния представлена в глинистых и глиноподоб-
ных образованиях опалом в различных физических состояниях: от
твердого (в виде диатомита, кизельгура и лишенных формы про-
дуктов разрушения гуминовыми кислотами алюмосиликатов) до
студнеобразного. Последний образуется в контактах с породами,
фильтрующими гидрозоли кремнезема. Поэтому в нем содержится
весьма переменное количество воды, которая неодинакова по свой-
ствам: вода прочно связанная — конституционная, слабо связан-
ная— цеолитная с шН20 и гигроскопическая — /Я12О. В общем
виде опал можно выразить формулой
Гидроокись железа находится в глинах обычно в виде аморф-
ного тонкодисперсного бурого железняка (лимонита), объединяю-
щего разновидности скрытокристаллические и коллоидные как
<! постоянным количеством Гидратной воды (гетит) Fe2O2(OH)2,
так и с переменным, что отражается в общей формуле лимонита
pFe2O2(OH)2'?Fe(OH)3-nH2O. Лимонит окрашивает глину в жел-
тые, бурые и красно-бурые тона.
Большие количества гидроокиси железа существенно изменяют
технические свойства глин, снижая их огнеупорность. При 5%
Fe2Os изделие из глины с невысоким содержанием окиси алюминия
приобретает после обжига в окислительной среде кирпично-крас-.
ный цвет. Окраска эта, однако, зависит от присутствия в глине
также и других соединений, в особенности СаСОз, который освет-
ляет изделие. Действие СаСО3 лучше всего сказывается в том слу-
чае, если в глине его больше, чем Fe2O3. Глинозем и окись титана
изменяют красный оттенок от желтого до красно-коричневого в за-]
висимости от соотношения А120з: Fe2O3: TiO2.
Окись- железа не реагирует с глиной до 1000° и не действует до
этой температуры как плавень. В восстановительной среде Fe2O3l
может восстановиться до более реакционноспособного FeO и даже’
до металлического железа, сообщающего изделию металлический?
серый цвет. Соединения закиси железа могут обратимо измениться!
в соединения окиси железа при медленном охлаждении обожжен-
ного изделия в окислительной среде, что вызывает появление кир-
пично-красной окраски изделий.
В природе встречаются не только отдельные гидроокиси, ио
также совместно осажденные смеси их переменного состава с об-
щей формулой рА12Оз-<?Ре2Оз-г5Ю2-пН2О. Эти смеси слагают по-
верхностную глиноподобную породу — боксит. Подобны им поверх-
ностные образования в условиях теплого и влажного климата —
латериты.
Аллофаны. Давнее представление о наличии аморфных иеорга-1
нических материалов в глинах подвергают критике. Признают, что;
аллофаны, относимые прежде всего к аморфным представителям )
глинистых минералов, имеют структуру в виде рентгепоаморфпыха
сочетаний тетраэдрических и октаэдрических цепей.
Соотношение SiO2: А120з в них охватывается двумя крайними
членами общего ряда [91] — 2SiO2-AI2Os-3H2O и SiO2-Al2O3-2I-I2O.i
Условное изображение одной из структурных формул аллофана I
таково:
он он
он он
он он
Соотношение SiOgzAljOs в аллофанах, по Россу и Керру, ot
0,78: 1 до 1,98:1, то есть близко приведенным выше двум форму-
лам. По Митчелу и Фармеру, это соотношение несколько иное —
от 1,31 : 1 до 2,03: 1.
Обработка глин теплым 5%-ным раствором соды для растворе-
ния аллофанов не очень надежна, так как частично растворяются
хлориты и вермикулит; методика выделения нуждается в уточ-
нении.
Аллофаны — продукт гидролитического расщепления некоторых,
в частности пемзоподобных, алюмосиликатов, слюд и хлоритов —
по характеру своих структурных сочетаний могут стоять либо ближе
к монтмориллонитам, либо к галлуазитам. Из аллофана образуется
минерал имоголит в виде сплетенных в разных направлениях воло-
кон микронной длины [92].
В техническом отношении присутствие аллофанов в глинах
придает им пластичность и связность. Количество аллофанов в.гли-
нах невелико — в пределах нескольких процентов. Плотность алло-
фана— 1,8—2,0; твердость — не более 3; nm=l,47—1,49.
Группировка аллОфаноидов дана Чухровым [93].
глины
Термином «глина» обозначают дисперсную осадочную породу,
состоящую из частиц пластинчатых минералов, по химическому со-
ставу—обычно гидроалюмосиликатов, в подавляющей своей ча-
сти в виде пелитовой фракции (от 1 до 0,01 мкм) и сопутствующих
примесей иных минералов. Эта порода может находиться как в со-
стоянии легкой отделяемости частиц, так и в состоянии камнепо-
добном (метаморфизированном).
Природа структурных примесей в минералах рассмотрена
Фрапк-Каменецким [94]. Методы изучения осадочных пород изло-
жены в [95].
Тонкодисперсные глинистые минералы при взаимодействии с во-
дой сообщают глине пластичность, способность формоваться и со-
хранять приданную форму после высыхания. Минералы-примеси,
такие как кварц, карбонаты и полевые шпаты, являются непла-
стичными; присутствие их в глине снижает ее пластичность, «ото-
щает» ее*
Методика испытания глин изложена в ГОСТ 5499—59; см.
,ка и И. Я. Юрчака. «Легкая индустрия», Р1971. Классификат
лилова принадлежит к единому «инДогёрманскоМу» языку
ах дифференциации, а в других — их переме-
Группу минералов, сообщающих глине пластичность, глиноведы
называли «глинистой субстанцией». В этой группе обычно один или
два гидроалюмосиликата являются преобладающими. По этому
признаку Земятченский предложил различать мономииеральные и
полиминеральные глины [100]. К первым относятся глины, у кото-
рых глинистая субстанция состоит преимущественно из одного ми-
нерала. Характерными представителями группы мономинеральных
глин являются каолинитовые и отчасти гидрослюдистые глины
озерных фаций, монтмориллонитовые, бейделлитовые и отчасти
гидрослюдистые разновидности морских фаций. Мономииеральные
глины распространены в природе значительно меньше, чем полими-
неральиые. К мономинеральпым относятся огнеупорные камне-
подобпые глины — сухари (флинтклеи). Они отличаются тем, что
не распускаются в воде, так как содержащийся в них гель крем-
незема склеил глинистые частицы и затвердел под влиянием геохи-
мических процессов. Первичной мономинеральной частью этих глин
являются каолинит или диаспор.
Значительно более широко представлены в природе глины с по-
лиминеральным составом глинистой субстанции. Таковы, например,
каолинито-гидрослюдистые, монтмориллонито-гидрослюдистые, ги-
дрослюдисто-бейделлитовые и ряд иных. Глины, уплотнившиеся
под влиянием давления и сдвигов (динамометаморфизм); плохо
размокающие в воде, носят название сланцевых глин и глинистых
сланцев.
Встречаются также полиминеральные камневидныв глины —
аргиллиты, не имеющие сланцевого строения. В воде они не рас-
пускаются, но.падут проявить свойства глин после тонкого размола
или замораживания и оттаивания. Таковы, например, минусинские
и кавказские аргиллиты (огнеупорностью 1100—1400’).
Существует ряд классификаций глин по химико-минералогиче-
скому составу, генезису, применению и т. п., но ни одна из них не
охватывает всей совокупности признаков, полезных при определе-
нии пригодности глинистого сырья для того или иного производ-
ства. Деление глин, принятое в геологии, — а) перенесенные водой,
ледником, ветром (вторично отложенные), б) оставшиеся на месте
образования (первично? глины) и в) метаморфизованные камне-
подобные породы,—в некоторой мере соответствует потребностям
технологии, но показатель огнеупорности, степень основности (по
содержанию глинозема) и свойства получаемого изделия выпадают
из такой классификации.
В схеме классификации (по ГОСТ 9169—59) все виды глини-
стого сырья делятся на четыре группы: каолины, глины, сухари и
сланцевые глины (в том числе и глинистые сланцы). Эти группы
подразделяются на подгруппы: по содержанию глинозема в прока-
ленном состоянии (более 40% — высокоосновные, от 40 до 30% —
основные, от 30 до 15% — полукислые, менее 15%—кислые); По
огнеупорности (огнеупорные, плавящиеся от 1580’ и выше, туго-
плавкие, плавящиеся от 1580 до 1350°, и легкоплавкие, плавящиеся
ниже 1350°); по степени связуемости или пластичности (образую-
щие формуемое тесто при добавке нормального песка более
50%—связующие, то же, от 50 до 20%—пластичные, менее
20%—тощие и вовсе не образующие теста —сухари и сланцы).
Такое расчленение, однако, не дает еще возможности оценить
глину по типу получаемого из нее изделия.
Наряду с рассмотренной существует промышленная классифи-
кация глии, основанная на оценке их по совокупности некоторых
признаков. Совокупность таких признаков, как цвет и внешний вид
изделия после обжига, интервал спекания — плавления, прочность
изделия при ударе, стойкость при резкой смене температур, опре-
деляют промышленное назначение и название глин — фарфоровые
и фаянсовые беложгущиеся, кирпичные и черепичные, гончарные,
трубочные, клинкерные, капсельные, терракотовые.
Выделение особой подгруппы беложгущихся фарфоровых глин
и внесение показателя по степени их спекания (определяется вели-
чиной водопоглощения после спекания — менее или более 5%)
удобно для производства керамики.
Глины с высоким содержанием извести, не спекающиеся почти
до их плавления, и глазурные, сплавляющиеся в стекло ниже 1180°,
дополняют собой подгруппу легкоплавких глин.
Генезис глин. Почти все глинообразующие минералы нахо-
дятся в кристаллическом состоянии, которое, однако, не является
стабильным. В восьмидесятых годах прошлого столетия” Докучаев:
впервые поставил вопрос о непрерывности изменений, протекающих
в минералах, образующих почвы и глины. В 1913 году Ферсман
указал, что отличие минералов изверженных пород —эруптивов—
от дисперсных минералов, образующих глину, заключается в отно 1
сительно более быстрой изменчивости — мутабильности — послед-
них. Кристаллическая решетка таких минералов радикально изме-
няется под влиянием не только температуры, давления и концен-
трации действующих в почве растворов, но и биогенных факторов^
Механические воздействия — истирание и перемешивание, возни-
кающие при движении частиц в водных потоках или под влиянием
ветра, —ускоряют химические реакции при образовании и разру-
шении кристаллической решетки минералов.
Процессы, Непрерывно изменяющие строение и состав земной
коры, разделяются на эндогенные и экзогенные. К эндогенным (глу-
бинным) относятся процессы, обусловленные воздействием внут-1
ренних причин, К экзогенным (поверхностным) относятся процессы,.;
обусловленные воздействием внешних причин. Внешними причи-
нами выступают: 1) механическое выветривание минералов кри-
сталлических пород; 2) биохимическое выветривание под влиянием
жизнедеятельности организмов; 3) химическое, разложение горя-:
ними растворами фтористых, борных, сернистых, хлористых и дру-;
гих соединений (гидротермальные, пневмогидротермальныс про-
цессы), сопровождаемое выделением новых минералов из термаль-
ных растворов.
Механическое выветривание заключается в разрушении породы^
под влиянием нагревания и охлаждения, при движении воздуха;
оно сопровождается гидролизом и растворением минералов под'
действием воды. Чрезвычайное значение при растворении имеет,
углекислота. Водный раствор углекислоты, в особенности при по-
вышенном давлении в недрах земной коры, действуя на извержен-
ную породу на протяжении геологических эпох, может радикально.’
менять ее химический состав.
Первостепенное значение для генезиса глинообразующих ми-
нералов имеет концентрация кислот, щелочей и оснований, слу-
чайно создающаяся в тех или иных условиях.
Нейтральное состояние среды реакции, определяемое pH = 7, не
может существовать в природе сколько-нибудь длительное время.
Поэтому глинообразующпе материалы могут образоваться либо,
в кислой, либо в основной среде, либо при последовательном изме-
нении кислотности среды. Для кислых глин принимают pH = 64-7,
Глинообразующпе минералы, кроме монтмориллонита и бейдел-
лита, показывают весьма £лабокислый характер в воде.
Каолинит и его аналоги —диккит и накрит, а также галлуазит,
пирофиллит — способны образоваться в кислой среде,
Монтмориллонит и бейделлит, мусковит и серицит образуются
в щелочных условиях поверхностного выветривания. Наличие
монтмориллонита и мусковита в ленточных глинах ледникового
происхождения свидетельствует о щелочных условиях вывётрйва-
ния коренных пород.
Генезис' гидрослюд связан с гидратацией слюд в кислой среде
в процессе перехода от слюды к каолиниту. При изменении усло-
вий— степени кислотности среды и температуры — продукты реак-
ции пополняются' новыми глинообразующими минералами, которые
в создавшихся новых условиях могут оказаться совершенно иными,
чем предыдущие. Таковы, например, причины позднейшего появле-
ния мусковита в коллоидной фракции глин при наличии хорошо
выраженных кристаллов каолинита в более крупных фракциях.
При каолинизации коренных пород кварцевые зерна остаются по-
чти неизменными, сохраняют ту форму, которую они имели в этих
породах. Если же каолин был перенесен водами, образовав вторич-
ное месторождение, то зерна кварца приняли окатанную форму.
Переотложенные породы содержат ряд минералов в тонкодис-
персном состоянии, истертых и захваченных при перемещениях.
Разрушение иного вида — разложение под влиянием жизнедея-
тельности организмов — связано с выделением ими гуминовых и
креновых кислот, растворяющих- алюмосиликаты, а также с выде-
лением углекислоты- Интересна способность этих организмов об-
разовывать растворимые соединения с окисью железа, что может
найти применение в технологии обогащения каолина. Возможны и
другие соединения алюмосиликатов с органическими веществами.
Третьим примером изменения может служить растворение па-
ром и горячими водами горных пород с последующим образова-
нием, например, карбонатов кальция и магния, гидратов окислов
(железа, алюминия) и гидратов кремнезема; последние довольно
быстро переходят в опал. В свою очередь, опал весьма медленно
кристаллизуется в кварц.
Разложение при пневматолито-гидротермальных процессах
с участием растворов боратов, фторидов, сульфатов, сульфидов и
других растворимых соединений может привести к образованию
накрита, каолинита.
Заслуживает внимания пневмато-гидротермальное, низкотемпе-
ратурное (до 600°) образование муллита (Рустум Рой и Осборн
Мутабилыюсть минералов, содержащихся в глине, может быть
использована в условиях производства путем ускорения гидролиза
и гидратации, разделения агрегатов глинистых частиц и связан-
ного с этим развития удельной поверхности глины и увеличения
сорбционного комплекса в ней, что существенно улучшает техни-
ческие свойства глин. Такое ускорение достигается посредством
прогрева паром керамической массы или керамического шликера
до температуры 50—60° в течение, например, суток.
Трудность исследования минерального состава глин объяс-
няется малыми размерами слагающих их минералов.
Петрографический'(кристаллооптическмй) анализ, широко вве-
денный Белянкиным и его школой в технику исследования горных
пород и получаемых из них изделий, позволяет судить по габитусу,
показателям преломления и Другим оптическим характеристикам-
минералов, слагающих глину, о ее минеральном составе в ограни-;
ченных пределах [102]. Тем не менее наличие гидрослюды в каче-
стве основного минерала в пелитовой фракции часто свидетель-:'
ствует о малой связности глины и о чувствительности ее к быстрой
сушке. Присутствие каолинита повышает огнеупорность глины.
Присутствие монтмориллонита в глине увеличивает ее иабухае-:
мость, повышает связность, пластичность глины и адсорбционную]
способность.
Определить минералы в состоянии весьма тонкого измельче-’
ния (менее 1 мкм), именно те, которые главным образом слагают
собственно глинистую субстанцию, обычными приемами мнкроско--
пии не представляется возможным. Большую помощь в этом слум
чае оказывают окрашивание минералов и спектрометрия (Веде-?
неева и Викулова [76]).
Избирательное окрашивание глинообразующих минералов необ|
ходимо рассматривать не только как диагностический прием, но и
как явление хемосорбционного порядка, основанное на химизме:
процесса, протекающего между поверхностными слоями минерала;
и сложной молекулой органического красителя.
Примеси в глинах. Глинообразующим минералам сопут-
ствуют в глинах минеральные примеси. Кварц обычно присутствует]
в глинах в виде окатанных бесцветных или окрашенных зеренд
Количество его в глинах может быть различным — от нескольких]
процентов до нескольких десятков процентов. В последних случаях)
глину называют запесоченной. Нередко обнаруживаются зерна по-
левого шпата, преимущественно ортоклаза и микроклина.
Весьма частой примесью в глинах, в особенности иизкокаче-i
ственных, выступают карбонаты кальция и магния. Их легко обна-j
ружить по выделению углекислоты при действии на глину кислой
той. Карбонаты могут быть распределены в глине в виде мелкий
или крупных зерен, конкреций, мелких и крупных включений. Кар- ;
бонаты кальция и магния в тонкодисперсном состоянии — сильные:
плавни, в процессе обжига изделий из таких глин при температурах]
выше 1000° на коротком участке температур быстро развивается?
стекловидная фаза, что может вызвать деформацию изделия. При
обжиге до 1000° влияние карбонатов как плавней (даже в значи-
тельном количестве) не сказывается, но прочность изделия за- i
метно снижается.
По Зегеру, содержание СаСОз в кирпичной глине может достиг
гать 25%, но при этом требуется равномерность распределения
этого карбоната (притом в мелкораздроблениом состоянии) для”
использования глины в производстве. Высшим пределом Зегер при-
нимал 33% СаСОз (18,5% СаО). Если карбонаты присутствуют
в виде крупных включений, то после обжига глины и разложения)
карбонатов оставшиеся окислы кальция и магния поглощают влагу
из воздуха, образуя гидроокиси, увеличиваются в объеме и разры-
вают изделие; в таком случае включения называют дутиком. Для
ослабления действия дутика глину измельчают до крупности зерен
не более 1 мм в поперечнике; известь в мелкораздробленном состоя-
нии лучше реагирует с глинистыми минералами при обжиге и те-
ряет способность гидратироваться.
Существенное значение для производства имеет степень плот-
ности и прочности включений известняка. Мягкие известняки
в глине могут быть легко измельчены с помощью гладких вальцов
или глинопротирочной машины. Плотные известняки (хрящи) плохо
поддаются измельчению; использовать в производстве такие глины,
не подвергнув их обогащению, затруднительно.
Удаление известняковых примесей отмучиванием глины посред-
ством гидромонитора на карьере и отстаиванием суспензии техни-
чески осуществимо, но экономически целесообразно лишь в особо
Включения известняка могут быть в некоторой степени обезвре-
жены «каталитическим» действием хлорида натрия, введённого
в глину в небольшом количестве (до 1%). Такой метод предложен
образуются 2CaO'SiOj и ЗСаО-А12О3.
Часто в глинах имеется в небольших количествах рутил ТЮг,
содержание которого иногда достигает 2—3%, как, например,
в латненской огнеупорной глине (Воронежская обл.). Рутил вместе
с окисью железа окрашивает изделие после обжига в желто-корич-
невые тона; присутствие окислов кальция и магния может сильно
ослабить окраску (Куманин).
Довольно часто обнаруживаются в глинах под микроскопом не-
значительные количества зерен циркона, турмалина, авгита, лейко-
ксена, граната, роговой обманки, хлорита, дистена, талька и др.,
которые не вредят качеству глины.
К числу вредных примесей относятся пирит, или серный колче-
дан, и гипс. Пирит FeS2 нередко образует в глинах конкреции, до-
стигающие иногда значительных размеров, но может быть распре-
делен и в виде кристаллов разной величины. Пирит отличается ме-
таллическим желтоватым блеском и при достаточной величине
кристаллов может быть отделен путем сортировки глины, а мелкие
его кристаллы — с помощью гидроциклона.
Гипс CaSOi-2H2O часто содержится в низкокачественных гли-
нах, образуя иногда видимые глазом скопления и крупные сдвой-
никованные кристаллы.
Пирит и гипс являются сильными плавнями. При высокотемпе-
ратурном обжиге глины (1200—1300°) пирит легко с ней реаги-
рует—сплавляется и образует черный железистый легкоплавкий
шлак, вытекающий при обжиге из изделия, в котором вследствие
этого образуются пустоты. Если пирит был тонко измельчен при
размоле глины, то он образует мелкие черные «мушки», благодаря
чему его вредное действие ослабляется. Гипс сплавляется с глиной
в прозрачное зеленоватое стекло в виде выплавок.
Вредной примесью в глинах являются также растворимые
соли — сульфаты и хлориды, — количество которых, определяемое
посредством экстракции водой, в глинах умеренного пояса обычно
значительно меньше одного процента. В некоторых Хе глинистых
материалах, например в лёссовидных суглинках Узбекистана и Ка-
захстана, количество растворимых солей достигает 3% й более,
что создает значительные затруднения в производстве строитель-
ной керамики. Тем не менее, пользуясь гидроциклоном, как показал
Миркин, можно получить из лёсса вполне удовлетворительное
сырье, пригодное даже для производства майолики.
Сульфаты натрия, магния, кальция, железа вызывают выцветы,
на изделиях. Наиболее вредным является сульфат натрия. Раство-
римость сульфата кальция такова: 1 г требует при 0° 570 мл воды,
при 25° — 480 мл. Растворимость прочих указанных сульфатов
весьма высокая. Все эти сульфаты способны образовывать
двойные, соли, которые и выступают на поверхности изде-
лий, например астраханит MgSO/.-Na2SO.,-4Н2О; полигалит
2CaS04-'MgSO4-K2SO4-2H20; кругит 4CaSO4-MgSO4-K2SO4-2H2O<
или безводные соли, например вантгоффит 3Na2SO4-MgSO4, глау-
берит Na2SO4-CaSO4 и др.
В выцветах могут появиться растворимые соли ванадия желто-'
ватого цвета, находящиеся в глинах в нерастворимом состоянии,;
не способные перейти в раствор после прокаливания до 1100°
(ванадаты КгУО4 и CaVO4). Соединения ванадия содержатся в cad
мых тонких фракциях глины и общее количество их обычно не пре-'
вышает 0,2%.
Количество растворимых солей может быть определено мето-
дом вытяжки. Растворимые соли выступают в виде соляного на-'
лета на поверхности высушенных глиняных изделий. Растворимые
соли не только ухудшают внешний вид обожженных изделий;
в строительной керамике эти соли исключают возможность ошту-
катуривания стен из-за отслаивания штукатурки.
Сульфаты могут содержаться не только в глине, но и возни-
кать в материале изделия при обжиге за счет окисления пирита и.
как результат реакции сернистого газа (от сгорания топлива)'
с окнслами кальция и магния, находящимися в глине.
Для борьбы с выцветами рекомендуют вводить в состав глины;
тонкомолотый витерит — карбонат бария (известны, например,
крупные месторождения у Змеииогорска на Алтае). Зингер предла-
гал добавлять витерит в виде суспензии в смеси с каолином и гуми-
новыми кислотами. Благодаря обменной реакции (требующей вре-
мени) Na2SO4+BaCO3=BaSO4+Na2CO3 ионы SO|“ остаются
в глине связанными, а растворимый карбонат натрия, хотя и выхо-.,
дит с водой па поверхность изделия при сушке, в дальнейшем при
обжиге легко реагирует с глинистыми минералами, выделяя угле-
кислоту; выцветы, белесоватые пятна под влиянием влаги па изде-
лия благодаря этим добавкам не образуются.
Рекомендуют заменять витерит фторидом бария (Стели), имею-
щим преимущество благодаря своей растворимости.
По Гиршу, можно пользоваться фторосиликатом бария с добав-
кой хлорида натрия. Специальная монография Матейка посвящена
вопросам борьбы с выцветами [ЮЗ].
60
Сульфаты из сернистого газа и оснований образуются главным
образом при 400—500°, поэтому рекомендуется быстро поднимать
температуру в печи до 600°. Для разложения сульфатов в ряде
случаев окажется пригодным восстановительный обжиг в интер-
вале 700—800° и присутствие углистых материалов в глине.
Органические вещества в глинах. Органические вещества при-
сутствуют в большинстве глин и окрашивают их в тона от серого
до черного. Количество органического вещества в некоторых гли-
нах достигает 80%, считая на Сорг. Это вещество представляет со-
бой сложный комплекс, часть которого находится в щелочераство-
римой форме. Чем древнее глинистая порода, тем менее растворим
Сорг. В древних карбоновых и пермских отложениях количество
нерастворимого Сорг очень высоко, что связано с химическими пре-
образованиями (с полимеризацией и конденсацией) и с отжатием
растворимой части из глины под влиянием давления в земной коре.
Щелочерастворимая часть представлена гуминовыми кисло-
тами, структурно идентичными с гуминовыми кислотами в бурых
.углях и торфяниках. Рефлексы 3,45 и 2,4 А подтверждают наличие
в структурах плоских гексагональных углеродистых сеток, а полосы
поглощения ИКС-спектра 1400 и 1580 см-1 свидетельствуют о ион-
ной форме карбоксильных групп. Данные ИКС показывают, что
эти гуминовые кислоты содержат алифатические группы =СН2 и
—СНз, группы е=СН, азотосодержащие группы, гидроксилы спир-
тов и т. д.
Часть Органических веществ может находиться в форме прочных
глинооргаиических (преимущественно монтмориллонитовых) ком-
плексов. По мере старения прочность связи возрастает, но общее
количество органического вещества и его активность уменьшаются.
Органические глинистые вещества влияют на технические свойства
глин- двояким образом. С одной стороны, их гидрофильность бла-
годаря наличию полярных групп СООН, СО, СОН содействует уве-
личению количества гигроскопической влаги в глинах (в особенно-
сти это проявляется в сравнительно-молодых глиноорганических
образованиях) и повышению пластичности и связности. С другой
стороны, присутствие в глинах С0Рг создает локальную восстанови-
тельную среду при обжиге, что влияет на переход Fe3+ в Fe2+, со-
действующий более раннему спеканию глины.
Бочарова отмечает, что гуминовые кислоты при малом содержа-
нии (1—2% Сорг) находятся в адсорбированном состоянии на по-
верхности частиц глинистых минералов, располагаясь притом
ориентированно [104].
При большом количестве С0Рг (5% и более) гуминовые веще-
ства образуют конденсированную структурированную фазу, суще-
ственно меняющую технические свойства глины. Такая фаза высту-
пает как углеродистый равномерно распределенный наполнитель,
который может быть использован для вспучивания и порообразова-
ния при обжиге глины.
Содержание органических веществ (в том числе в виде мелких
углистых частиц) в глине может иногда достигать столь большой
величины (более двух десятков процентов), что количество их ока-
зывается достаточным для поддержания горения и промышленного
обжига глины без добавки топлива; такова, например, подмосков]
ная и бобриковская межугольная огнеупорная глина. Органические
вещества могут присутствовать также в виде обугленной древесины
или торфообразной массы.
Химический состав глин. Химический анализ позволяет выяс-
нить химический и приближенный минералогический состав сырья)
высказать предварительное суждение о некоторых технологических
свойствах глин и произвести необходимые технологические рас?
четы при разработке состава масс, глазурей или эмалей [390];
Весьма полезен химический анализ при изучении отдельных фрак-
ций глины (после их выделения, например, путем осаждений
в воде), так как позволяет определить, какие минералы — плавни
или отстающие — сосредоточены в тонких фракциях. Очевидно
действие плавней в состоянии тонкого измельчения наиболее эффе»
тивно. Содержание кремнезема, как правило, уменьшается в пели
товой и коллоидной фракциях.
В табл. 6 приведены химические составы глин и каолинов.
Значительное содержание кремнезема в глине говорит либо
о запесоченности ее, либо о том, что ее главным глииообразующим
минералом является не каолинит. Высокий процент глинозема,
близкий таковому у каолинита теоретического состава (39,4%),
свидетельствует об огнеупорности сырья. Искусственное обогаще-
ние каолинов путем отмучивания их в воде способствует повыше-
нию в них относительного процента глинозема.
Содержание красящих окислов Ре20з и TiO2 свидетельствует
о степени пригодности таких глии для производства светлых, в том
числе белых, изделий, в частности фарфора и фаянса. Если сумма
Ре20з и ТЮ2 не превышает в черепе 1%, то изделие после обжига
будет е£це белым.
Глины, содержащие мало глинозема и много щелочноземельных
и щелочных окислов, являются легкоплавкими и пригодны лишь
для изготовления изделий строительной керамики. Эти глины
имеют естественную окраску — желтовато-красноватую, зеленоват
тую, бурую и др., говорящую о наличии в глине железистых мине-
ралов—лимонита Fe2O3-H2O-nH2O, гидрогематита 2Fe2O3-nH2O,
гетита Ре2Оз-Н2О.
Значительное содержание щелочных окислов при повышенном
содержании глинозема — признак способности глины рано спе-
каться, сохраняя огнеупорность (например, часов-ярская). Такое
сырье особенно ценно, так как из него можно изготовить изделия
в широком ассортименте: и огнеупорные шамотные, и кислотоупор-
ные — плотноспекшиеся. Высокий процент гигроскопической влаги
в глине свидетельствует обычно о ее большой пластичности.'
Данные химического анализа глин высокого качества, имеющих
мало минеральных примесей, позволяют достаточно уверенно су-
дить о некоторых их технических свойствах. Меньшее значение
имеют эти данные для оценки относительно низкокачественных
глин (кирпичных, черепичных, гончарных), так как вследствие не-
высокой температуры обжига изделий (950—1000°) в весьма малой
степени проявляется действие минералов-плавней — полевых шпа-
1 тов, карбонатов и др., которые оказывают свое интенсивное флю-
1 сующее действие при температурах обжига порядка 1050° и выше,
f Ни Са(ОН)2, ни СаСОз, ни FeaOs при обычных температурах об-
1жига кирпича не действуют как флюсы и не только не повышают,
но даже снижают прочность изделий. Так, обжиг при 920—940°
кирпичной глины с добавкой 1% извести показывает снижение
прочности приблизительно на 50—60% и соответственно увеличе-
ние пористости на 30% сравнительно с таковыми у природной
Г глины без добавок (Соколов).
Группа легкоплавких глин, пригодных для производства чере-
I пицы, облицовочной керамики, стеновых блоков и кирпичей, весьма
пестра, по своему химическому составу. Содержание кремнезема
в таких глинах может иногда подниматься до 80%. Это говорит
о их запесоченности. Глины, содержащие меньшее (10—15%) или
большее (20—30%) количество глинистых частиц (остальное —
песчаные и пылеватые частицы), называются соответственно то-
'-щими или жирными суглинками. Такие глины содержат 10—30%
глинистых частиц менее 0,001 мм и вполне пригодны для производ-
ства кирпича.
Лёссовидные суглинки содержат не более 10% глинистых ча-
стиц и до 50% пылеватой части (размеры 0,05—0,01 мм), вслед-
ствие чего связность таких материалов незначительна и использо-
вание их в производстве строительной керамики сопряжено с боль-
шими трудностями.
Повышенное (50—70%) содержание известняка в глинах позво-
ляет относить их к мергелям (при 30—50% известняка — глинистые
мергели); при повышенном содержании окиси железа (не менее
18%) в отмученной глине она относится к охрам; как первые, так
и вторые редко используются в качестве сырья для строительной
керамики. В частности, охры применяют для окрашивания и как
вспучивающую добавку в производстве керамзита. Высокий про-
цент щелочей, в особенности КгО, свидетельствует о значительном
содержании слюды и гидрослюды в глинах.
В очень многих тугоплавких глинах глинообразующими мине-
ралами являются каолинит и гидрослюда, в легкоплавкой кембрий-
ской — бейделлит и гидрослюда (около 60%), в Кучинской — также
бейделлит и гидрослюда (около 20%), в ташкентском лёссе —
слюды 14,2%, каолинита 7,6%, известняка 20,2%, пылеобразного
кварца 27,5%, остальное приходится на плагиоклаз, микроклин,
гипс, магнезит.
Глины тугоплавкие с низкой температурой спекания, пригод-
ные для производства кислотоупоров и каменных керамических
изделий, распространены довольно широко. Составы таких глии
приведены в табл. 6; для сравнения показаны составы каменно-
дельных глин по Шуену и Бодену. Содержащийся в этих глинах
в значительном количестве глинозем придает им тугоплавкость,
63
Наименование Химический
SiO4 TiO, Л1,оа He,О,1
i i н 1 о ! » a 1. « a 5 f s f = 1,111 = s 1 1 S | fill I» ! 1 Я =: gg e ? “g? = |= 5 c5| = .'<-a SB 5 S = U ' “ 3 S 5?" £l ИМ i ЫН iiii IH3 1 iii Iji III s-ISIH i i Pi I |.. H! fes H § = &s s ? s s2|g = se',ssgsg',^"Eg2S ?g s § „ : s s g §“ g i ass Мг 1 46,5-48,2 70,0-74,3 64,0-65,4 60,6-61,2 48,0—48,5 § 1? E? . = о , y=£ So=s r Лйг Js££ ea-;2 g -- s ;₽ s ?? ~ „ > * - «. ; g* » - - ~ j, g . « j О--, ъ> 11,2—27,9 32,05-36,15 16,0—19,2 23,0-24,1 28,0-35,5 35,08—34,40 30,72-30,33 17,8—24,5 0*29-0,*05 I 0,79—0,72 1 0,85-0,88 ,|
1 с*° MgO K,0 Na,0 несть. поглощения
0,5—0,54 0,2-0,3 0 26-0 5 0,1-0,03 12 7-13,3 1770—1790
0,5—0/^5 0,’2^$$2^ 0,85—1,30 0 1—0 07 ' 11,5—12,4 1750 —
0,13-0,5 C l|'i;ib' ' ' Слади- 13,3—13,7 1730-1770 —
С.ч<ды - <'.<>! II.'1 0,8—7,8 Следы —5,1 1.1 —8,9 1710-1730 1380
0,3-0,4 0,3-0,35 делилась делилось 12,7-10,8 1730—1760 -
1 0,2—Q;6;,l; 0,2—0,45 .0,5—1,5 0,06-0,11 11,72—12,2 1710—1740 . —
0,3—0 15 0,05—0,36 0 11—0,12 ' ' 0;09-0,19" 5,6—5,39 1650-1670 Около 1500
0,05-0,5 i 1'12 6,29 . 0.11—0,41 2,06^-3,68 5,0 4,7 1630-1650 » 1380
0,7—2,30 23.2 0,02 0,04—следы 0.51- 1.61 1570-1650 —
0,98—1,60 2,30—3,03 0,73—0,94 1,44—3,88 2,53-5,30 1300—1410
14—1 5 ' 0 04 0,7 2 5 2 9 0 6 0,9 10,2—9,7 1750—1710 1030
0,6 l.o n.2 6,6 2 1—2,6 0.6 о,7 8.5 -|о,б 1725-1690 1080
0,7—0,.8‘ 0,2—0,3 , 2,2 2,6 0,5 0,6 б.1' -7, 1 1580 1200
0,5 0,5 ’ 2,0 0,53 10,17 1750 1050
0,56 0,6 2,68 0,5 7,37 • 1670 1050
I, 6 1,5 0,2 0,7 1 J 7-^2; З- ’ 0,4—0,6 8.5 10,1 Более 1730 1100
0,70-0,55 0,17—0,27 0,1*8—0,39 о.12 о,2?; 12,27-12,38 1740 1200
0,49-1,24 0,16—0,09 0,23-0.,95; । 0,21-0,82 12,44-9,73 1720 1250
0,39 0,29 0,37 0.36 9,70 1700 1400
0,67 0,91 2,32 0,62 13,71 1740 1000-1100
1,4—1,5 0,3—1,5 —. 0,2—0,3 8,5г-:8в8 1560—1610 1050 1 ' а
1,12 0,89 — — 8 03 1520 —
2.75 1 27 2,27 — 3,42 1 2.80 1150
0,1-1,1 0,9-1,7 делилось делилось 2.3-4.9’ 1310-1430 1050
1,3 -1,7 0,4—0,7 Следы -0,4 0,14-0,16 11 11,5 1750 1100
1,57 0,9 0,65 0,44 9,85 1730’ 1300
1 . 1 1.3 2.5 3.0 2—2,2 0,1. 4—4,5 1130-1150 1090-1110
0,6-0,9 1.1-1,3 делилось делилось 6-6,5 1130-1100 1080-1050
11,48 2,90 2,14 1,96 12,95 1120
15,82 1 12 2 об 16,40 1140 1120
5,37 3,14 2,75 14 97 1180 1075
1,53 1.12 делилось делилось 1,77 1180 1040
0,3—0;9 0,3-0,7 0,8—6,1 1.2-1(6.' 1230-1235
0,14- 0,69 2.84 7,92 16»
lK?n+KO»fe7O3
а повышенное содержание плавней позволяет получить из них
спекшиеся изделия при температурах порядка 1150—1200°.
Увеличение содержания плавней, в особенности окиси кальция,
и повышение содержания кремнезема в глинах соответственно сни-
жает содержание глинозема. Но все же такие глины имеют доста-J
точный интервал спекания — плавления, позволяющий применять
их в производстве мостового клинкера; таковы, например, гомель-
ская и многие голландские глины.
Использование огнеупорных глин в производстве тонкой кера-
мики ограничено преимущественно теми разновидностями, которые
придают массе пластичность, способ*]
ствуют ее спеканию и принадлежат
к категории беложгущихся (напри-i
мер, Веселовская, трошковская).
Влажность таких глин принимают для
расчета 15%.
Огнеупорные глины необходимы
также для изготовления шамотного*?
огнеупорного припаса — фасонных!
камней для пода вагонеток, капселей]
обечаек и пр.; такие глины могут быть'
небеложгущимися.
Зависимость между химическим
составом и назначением глин. Поль-
зуясь данными химического анализа,
можно сгруппировать глины в соот-
ветствии с их техническим назна-
чением. Такая группировка приве-
дена на диаграмме (рис. 22), где
в качестве показателей принято от-
ношение молей AUOs/SiOa и сумма
молей плавней.
Так, часов-ярская глина (состава SiO2 — 49,52%, ТЮг—1,30%,
А12О3 —33,51 %, FeaOs—1,19%, MgO-0,90%, CaO - 0,93%,
Na2O — 0,44%, K2O —2,32%) после деления количества окислов,
ее образующих, на соответствующие молекулярные веса дает соот-
ношение А12Оз/5Ю2=0,41 и сумму молей плавней FezO3+MgO +
+Ca0+Na20 + K20=0,075. Соответствующая ей точка на диа-
грамме обозначена Ч.-Я.
Для сравнения приведен теоретический состав каолинита, обо-
значенный на вертикальной оси кружком. Глины, обладающие
различными техническими свойствами, занимают на этой диа-
грамме соответствующие участки. Каолины и глины, пригодные
для производства огнеупорных (шамотных) изделий, располага-
ются приблизительно на участке /; глины, пригодные для производ-
ства плиток для пола, канализационных труб, кислотоупора, ка-
менного товара, —на участке 2; гончарные и терракотовые
глины —на участке 3; черепичные — на участке 4; клинкерные, иду-
щие для производства мостового клинкера, — на участке 5; кирпич-
ные глины охватывают наибольший участок 6, включающий 5-й,
частично 4-й и 3-й участки [105].
Размеры частиц и удельная поверхность глин и каолинов.
Чрезвычайное значение в технологии обработки глин имеют вели-
чина и расщепленность частиц глинообразующих минералов. Более
тонкодисперсные минералы, например каолинит в разориентиро-
ванных пластинках размером в 2 мкм и менее, способны спекаться
при 1300°, а вермикулит, сложенный подобными пластинками, при
этой температуре не спекается, чем снижается прочность изделия
[106]. Опыт также показывает, что увеличение вдвое удельной по-
верхности фарфоровой массы путем ее пропускания через коллоид-
ную мельницу позволяет понизить температуру спекания на 60—80°
(Августиник и Джансис [107]).
Однако существующие в керамическом производстве методы
определения размера частиц не дают возможности судить о дей-
ствительных значениях этой величины. В табл. 7 приведены си-
стемы металлических тканей, принятые в некоторых промышлен-
ных странах. Предельный размер частиц, контролируемый ситами,
37 мкм.
Обычное разделение глин на фракции ситовым анализом дает
представление о зерновом составе не собственно глины, а более
или менее крупных примесей в ней.
Седиментационный анализ (на основе уравнения Стокса)
условно допустим для определения размера глинистых частиц,
так как их форма плоскотабличная, а не шаровая, как того тре-
бует вывод уравнения Стокса. Седиментационный анализ тем не
менее позволяет определить размеры частиц до 0,001 мм.
Количество же частиц менее 0,001 мм составляет в каолинах и
глинах от 40% и более. Но именно эти частицы (порядка 1 мкм и
менее) составляют главную реагирующую часть как в системе
глина—вода, так и при спекании.
Более показательны и пригодны для получения сопоставимых
данных методы определения удельной поверхности глин и каолинов
в м2/г. Но эти методы позволяют определить всю удельную по-
верхность в сумме как грубых, так и тонких фракций, без указа-
ния о количестве каждой фракции в отдельности-
Один из лучших — метод низкотемпературной адсорбции азота.
По этому методу были получены, например, такие вполне сораз-
мерные величины: каолин новоселецкий —14,0; глина Веселов-
ская — 26,6; бентонит черкасский — 73,0 м2/г.
Овчаренко применил теплоту смачивания ( в каЛ/г) для оценки
удельной поверхности глин [108]. Этот метод во многих случаях
тоже дает вполне соразмерные величины. Так, глуховецкий ка-
олин— 0,5/19; киевская спондиловая глина — 3,2/115; часов-ярская
глина — 5,6/198; галлуазит — 6,9/250; аскангель—11,8/423; гум-
брин — 21,8/788 (в числителе — теплота смачивания в кал/г, в зна-
менателе — удельная поверхность в м2/г). Конечно, сопоставимы
между собой данные, полученные только по одному какому-либо
методу.
g. 35 o cq co 2 xb.
u § §§§§§§§
» ”"в О о о- о-о-о-о- о- 0-0
н / i । й i§8§ § §§
ияхээ dawoH I ’“,р:сВ о g go
о Продолжение табл. 7
ГОСТ 3584-53 D1N—4188 DIN—H71 Британский AFN0R
i .и. Просветом^- ei ! «
l ill Ilh’ мм мкм L 1 ill si. fh мм мм
045 ^04 400 0,200 0,4 400 0,25 0,4
315 0,315 315 0,2 0,315
025 0224 018 250 200 О! 120 0,25 0,2 250 200 0,16 0,125 24 30 900 0,25 0,2 60 0,25 60 0,246 60 0,251 0,25 0,2
016 160 0,16 160 0,1
0112 125 112 о’, 080 0,125 125 0,08 115 0,125 115 0,124 120 0,124 0,125
009 008 90 80 0^060 0,050 0,050 0*09 0,08 !90 80 0,-045 0,036 4900 0,088 170 0,088 170 0,088 170 0,089 0,08
0063 0056 56 50 0^063 0,056 63 56 250 0,062 0,043 240 0,064 0,05
40 0,030 0,05 50 0,032 350 0,044 0,04
0,04 40 0,025
главк Содержание. X. частиц размером, мм
0,23—0,05 0,05-0,01 0,01—0,005 0,005-0,001 менее 0.001
Часов-ярская 4-0 - 0,3 9,3 12,5 78,6
Дружковская 0 — — 0,05-0,5 2—3 13-15 75-78
Латненская ЛТ-1 — 0,7 2,6 15,1 15,0 67,4
» ЛТ-2 — 2,5 7,9 21,9 15,9 51,7
Боровичско-любытинская (пластичная 1) — 5—75—0,06 12,33—0,11 30,1-7,21 25,1-1,74 86,4—45,80
Трошковская — — 5,2—5,45 5,6—6,8 9,6—18,9 79,7—69
Николаевская 0,56 — 6,8 13,3 31,7 46,1
Никифоровская 0,57 — 5,0 17,0 27,0 49,0
Веселовская — 0,1 0,3 2—4 14—15 74—77
Гомельская 2,3 14,6 48,4 24,7 — 9,9
Кембрийская 0,12—0,19 0,17—2,8 3,09—16,03 26,5-47,9 — 45,75-59,94
Кучинская ленточная (под Москвой) 1,76 2,9 28,32 7,28 18,7 38,05
Лёсс ташкентский 0,1 3,5 34,0 44,2 — 18,2
Спондиловая под Киевом (константиновская) 0,6 3,1 6,3 51,8 — 38,1
Приневские ленточные 0—10,01 0,87—13,56 25,8—43,84 28,8—47,79 28,80-52,17
Зерновой состав некоторых глин на основании данных, получен-’
ных седиментацией, приведен в табл. 8.
В производстве кирпича и черепицы применяют сырье, различа-
ющееся по дисперсности частиц (табл. 9).
Нпшшомв» сырья Содержание, %, , частиц размером
ГЛИН0,О)5ХммеНее и песка’более OJSMMS
Тяжелая глина 60 40
Суглинок: 60-30 40-70 а
тяжелый 30—20 70—80 1
средний 20—15 80 95
легкий 15—10 85 go
Супесок 10-5 5
Дисперсность влияет на водозатворение, пластичность, связ-:
ность, усадку. Сопоставляя данные табл. 10 по рабочему водосо|
держанию, можно заметить, что водозатворение глии в общем слу-
чае тем больше, чем выше их дисперсность. Водозатворение, пла-
стичность, воздушная усадка и связность выражены в тонкодиеЙ
персной глине тем сильнее, чем более развита в ней пелитовая
фракция (частицы от 0,01 мм и мельче).
Помимо дисперсности, имеет значение состояние поверхности?
частиц, которое меняется так же, как и свойства ионов, адсорбироя
ванных поверхностью. Чем больше содержится частиц менее 0,01
мм, тем больше пластичность и усадка, усиливается реакционная,
способность при спекании. Происходит это благодаря увеличению
поверхности соприкосновения частиц и вследствие изменения хи-
мического состава тонких фракций. При миграции и перетирании
легче измельчаются более мягкие минералы — плавни, а глины
обогащаются плавнями именно в пелитовой, а не в алевритовой,
фракции (частицы 0,1—0,01 мм). Это способствует понижению
температуры спекания прежде всего пелитовой фракции (напри-
мер, в николаевской и никифоровской глинах). Кварцевая состав-
ляющая как более твердая остается преимущественно в крупных,
фракциях, например в гомельской глине.
Низкая температура спекания часов-ярской глины определя-
ется повышенным содержанием иона калия, входящего в консти-
туцию тонкодисперсного «монотермита» — главного глинообразу-
ющего минерала этой глины.
Особо важное значение для технологии обжига имеет интервал
между температурой спекания и огнеупорностью. Чем больше этот
интервал, тем устойчивее изделие в обжиге: оно не деформиру-
ется от собственной тяжести, края его не обвисают, и оно, как го-
ворят, «не поплывет» от действия жара, даже если будет доведено
до полного спекания.
Обогащение глины или керамической массы плавнями в неко-
торых пределах (3—5%) в пелитовой ее фракции содействует сни-
жению температуры спекания и расширению интервала между
температурами спекания и плавления.
Увеличение кремнеземистой составляющей и в пелитовой, и
в алевритовой фракциях вызывает повышение температуры спека-
ния. Это находит отражение в данных химического анализа; можно
проследить, как по мере увеличения Al2Os/SiO2 (в молях) возра-
стает интервал спекания — плавления в пределах одного ряда ге-
нетически схожих глин.
В качестве примера для оценки главных технологических пока-
зателей некоторых высококачественных глин и каолинов приве-
дены данные в табл. 10.
Из этих данных следует,
ко меньше, чем каолинов,
воздушная усадка в 2—4
раза больше, чему каолинов,
при 110° глин значительно
выше, чем каолина и есте-
ственно высушенных глин.
По мере повышения тем-
пературы обжига общая
усадка глины возрастает,
но у глин, у которых зна-
чительна кварцевая составляющая, усадка задерживается. У трош-
ковских глин спекание заканчивается, судя по водопоглощению,
при 1100° и прочность почти достигает предела.
Характеристикой поведения глины в массе при обжиге может
служить дилатометрическая кривая (рис. 23). У первой глины
(кривая /) интенсивная усадка начинается с 1050°, у второй (кри-
вая 2) только с 1150° достигнут первоначальный размер. У первой
глины интервал спекания больше и в этом отношении она лучше.
Назначение глин. Содержание глин определяет их назначение.
Глины, в частности, используются для повышения формуемости
масс и механической прочности в сухом состоянии. Так, для масс
тонкой керамики глинозема должно быть не менее 35%, суммы
красящих веществ окислов (Те2О2+ТЮ2)— не более 2,5%, огне-
упорность— не ниже 1710°, остаток на сите № 0056 — не более
0,5%. Даже при минимальном вводе обогащенной гидроциклоном
глины в тонкокерамические массы ухудшается белизна черепа, по-
этому желательно работать на тонкодисперсных, более пластичных
сортах каолина, как это делают на некоторых европейских заводах
(Мейсенский, Фиоринто), или вводить немного каолина коллоид-
В производстве санитарно-технических фар фор о-
щиеся каолинитовые или каолинито-гидрослюдистые глины как ог-
ф 1 i H Ji 1 inn ни inn
5!! В ® 1S 1 11111 11 и 11111
S X И! & 8 - * . j-з a i35SS fi8Es§
hi §g“-n ^8 'Ж- 2’53 Selig
Й1 *’^S !» S Hill Hit Hill
is! Я 8 | JzJ gfe. § || | | | || | | Inn 3 s' |
Ш S2p II 1 11111
bi 8.8.’.n 3 6 § i;>-".3 3323 ет§
h s5 I gs iSS 2^'S »
i 5 3 3 s ® '333S sisis1
j 4 : H ! ti iSuMl fi -a Ills i i . flippy й L !I
неупорные, так и тугоплавкие, содержащие глинозема не менее
16%, сумму красящих не более 2,5%, остаток на сите 0056 не. более
0,5%; растворимые соли могут быть в значительной мере удалены
как .беложгущиеся огнеупорные, так и яркоокрашенные тугоплав-
кие и легкоплавкие глины, по возможности не содержащие вклю-
чений гипса, карбонатов, пирита, что может потребовать обогаще-
ния гидроциклонами.
Изготовление пресс-порощка в распылительном сушиле требует
хорошей разжижаемости таких глин при предельно большом эко-
номически допустимом влагосодержании—50%. Рекомендуемый
минеральный состав — каолинито-гидрослюдистые без других при-
Производство плиток для пола требует применения огне-
упорных и тугоплавких хорошо спекающихся глин с интервалом
спекания (по водопоглощению 2%) не менее 100° при обжиге
в туннельных печах и не менее 60° — при скоростной однорядном
обжиге. Содержание глинозема должно быть не менее 16%, окиси
железа не более 12%. Малое количество своих плавней в глине
(КгО, Na2O) требует введения дополнительно нефелинового си-
енита, пегматита, оконного стекла. Рекомендуются каолинито-ги-
дрослюдистые и гидрослюдисто-каолинитовые, но не монтморилло-
нитовые глины.
В производстве кислотоупорных изделий применимы огнеупор-
ные и тугоплавкие пластичные глины без примесей гипса и пи-
рита с интервалом спекания 150—200° и выше, с содержанием
окиси алюминия не менее 17%, с весьма малым содержанием сво-
бодного кварца, практически не содержащие монтмориллонит.
Для производства канализационных труб используются
огнеупорные и тугоплавкие глины каолинито-гидрослюдистого
типа, не содержащие монтмориллонит, хорошо спекающиеся при
1280° с интервалом спекания не менее 150°, дающие водонепрони-
цаемый химически стойкий прочный череп.
Глава 11
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЛИНЫ С ВОДОЙ
Глина, будучи гигроскопическим телом, адсорбирует влагу из
воздуха, смачивается водой и способна набухать в состоянии силь-
ного обводнения. Исследуя энергию такого взаимодействия, Гар-
рисон и Бабкок определили, что на единичную ячейку каолинита
приходится со стороны кислородного слоя 6 молекул воды, со сто-
роны гидроксильного слоя — 3 молекулы воды [ПО].
Соответствующая интерпретация размещения молекул воды
(двойные кружки для атома кислорода в молекуле воды) на той
и другой базальных поверхностях каолинита показана на рис. 24.
Атомы водорода изображены черными кружками, атомы кислорода
решетки каолинита показаны одинарными кружками (рис. 24, а),
гидроксилы решетки Каолинита изображены одинарными круж-
ками с черными «наростами» (рис. 24, б).
Весьма вероятен процесс сорбции как реакционное взаимодей- <
ствие деструктурированной поверхности твердого тела с катионами
растворов солей с образованием эпитаксиальных осадков по схеме"'
закона действия масс, согласно Душиной и Длесковскому [75].
По степени адсорбции воды можно определить условную удель-I
ную поверхность глинистых частиц, если допустить, что слой та-
кой воды мономолекулярен, что тепловая энергия, развивающаяся.]
при смачивании глины водой, действительно соответствует только
степени развития поверхности глинистых частиц и что участвующие
в этом процессе катионы поглощающих комплексов сравниваемых
глин сходны. Это свойство глин использовал Овчаренко [79].
Несмотря на эти широкие допущения, разница в теплотах сма-
чивания довольно значительна, что позволяет приближенно судить
об удельной поверхности глин и находить соответствие с данными
адсорбции азота.
Такой вид влаги, адсорбируемой глиной, называют, по Дунай-
скому, «прочносвязанной водой» в отличие от «рыхлосвязанной
воды», размещающейся между частицами глины более свободно,
подвижно и выдавливаемой из глины при компрессии.
Процесс обводнения частиц глины вместе с адсорбированными
ею ионами выражают также как процесс сольватации.
Йррчносвязанная вода, составляющая 0,8—1,0% влажности ка-
олина, имеет плотность, достигающую, по Овчаренко, 1,4 г/см3;
теплоемкость 0,7—0,8..ккал*г-°С; замерзает при температуре зна-
чительно ниже нуля, не способна растворять хлориды и сахара,
почти не проводит электрический ток.
По Думанскому, частное от деления значения общей теплоты
адсорбции (ккал/кг сухого вещества) на соответствующую пре-
дельную величину влажности (кг/кг сухого вещества), при которой
теплота адсорбции равна. нулю, представляет coSoip иёличину,
близкую 80 ккал/кг. Так как удельная теплота плавления льда
равна 79,69 ккал/кг, то высказывают предположение о близости
структур льда и связанной воды [109].
Существуют гипотезы: о гексагональных наслоениях молекул
воды между пакетами глинистого минерала, по.Хиндриксу и Джеф-
ферсону; о перераспределении связей, по Мартину; о структуре
воды в зависимости от вида обменных катионов, по Доу; о фикси-
рованном положении монослоя молекул 'связанной воды с водо-
роднымй связями в гексагональных углублениях пакетов, по Бо-
кию. Однако .эти суждения не дают пока возможности полностью
объяснить и регулировать некоторые свойства обводненных глин
и каолинов [109].
Прочносвязанная вода естественно переходит в рыхлосвязан-
ную; последней становится тем больше, чем ближе подходит со-
стояние глины к «рабочему водосодержаиию», т. е. к тому соотно-
шению глины и воды, когда глинистая масса проявляет оптимум
своей пластичности и своей способности формоваться. В качестве
органолептического признака отмечают при этом неспособность
глинистой массы липнуть к тыльной стороне руки при правильно
подобранном рабочем влагосодержании.
Это рабочее водосодержание различно для разных глин и ка-
олинов; например; у лёсса оно составляет 18—f2Q.%, у каолинов —
28—31%, у спондиловой глины — 31—33%, у часов-ярской —
30—32%, у трошковской—30—36%. На величину рабочего воДо-
содержания влияют минералогический состав, степень дисперсно-
сти и природа обменных катионов и анионов поглощающего
комплекса Гедройца. Наконец, при дальнейшем увеличении. со-
держания воды глина теряет способность сохранять приданную
форму и начинает течь подобно вязкой жидкости.
Использование с 1972 г. иа Щекинском кислотоупорном заводе
«магнитной» воды позволяет увеличить (после обжига) плотность
изделий на 0,04 -0,06 г/см3, уменьшить водопоглощение на 1 %,
повысить прочность изделий при изломе на 20% и прочность труб
при сжатии на 10% («Применение «магнитной» воды в производ-
стве керамики» — «Стекло и керамика», 1974, № 5, с. 24—26. Авт.:
Г. П. Груздева, А. С. Блинов, В. Т. Верилов и др.).
Теория этого явления не разработана; можно допустить, что
ориентация диполей воды в сольватных оболочках и самих ча-
стиц— в магнитном поле содействует более плотной их укладке.
Количество гигроскопической воды в тонкодисперсной (напри-
мер, часов-ярской) глине при нормальных условиях (20° ы 75%
относительной влажности воздуха) составляет 8—9%, но при по-
вышении относительной влажности воздуха до 90—95% возрастает,
достигая 16 —20%, если судить по равновесным кривым гигроско-
пичности (Никитина [109]).
По Галабутской [111], количество связанной воды у часов-яр-
ской глины 9,41%, у глуховецкого каолина — 3,48%, у горбского
бентонита —13,85%. Эти величины найдены по отрицательной
адсорбции иона хлора и, по-видимому, сопоставимы с теми, кото-
рые можно получить по методу гигроскопической влажности глины,
помещаемой над серной кислотой разных концентраций и, следова-
тельно, разных упругостей пара. Опыт показывает, что гигроско-
пичность выше у тонкодисперсных и пластичных глин.
В условиях повышенной упругости пара в воздухе вода не толь-
ко поглощается поверхностью глинистых частиц, но происходит-,
конденсация влаги в капиллярах, образованных глинистыми ча-
стицами; глина увеличивается в объеме — набухает. Процесс набу-
хания происходит особенно интенсивно при прямом контакте глины
с капельно-жидкой влагой. Набухание глин — процесс обратимый;
однако при многократном повторении дисперсность глины и ее
влагоемкость возрастают. Нагревание ускоряет набухание и реко-
мендуется при распускании глин в производстве. Дальнейшее воз-
действие Воды на глину вызывает ее размывание, или размокание.
Опыт показывает зависимость скорости размывания глины в воде
от дисперсности, минералогического состава и поглощающего ком-
плекса Гедройца. Пластичные глины дольше сопротивляются раз-
мыванию водой, но высушенный бентонит размокает в сроки ме-
нее 1 мин.
Появление заряда. Считают, что количество положительно
и отрицательно заряженных электростатических связей в кристал-
лической решетке каолинита и по краям ее сбалансировано, и тах |
кой фрагмент кристаллической решетки глинистого минерала дол-
жен быть в воде изоэлектричен. Положительные и отрицательные
связи на краях решетки глинистого минерала привлекают соответ^
ственно отрицательные и положительные заряды диполей воды,
вследствие чего происходит гидратация глинистой частицы.
Так как в диполе воды ион водорода предположительно бо- •
лее подвижен, чем ион ОН-, то имеет место слабая диссоциация
гидратированной частицы глины и у нее появляется в воде электро-
отрицательность. Это доказывается тем, что глинистая частица
в воде перемещается под влиянием постоянного электрического
поля к аноду (электроосмос). Электроосмос может быть использо-
ван для обогащения глины или каолина путем освобождения их от
более крупных частиц и отложения более дисперсных частиц на
вращающемся барабане — аноде.
Имеется иное представление о причине появления отрицатель-
ного заряда на глинистой частице в воде. Часть ионов кремния
в алюмосиликатах изоморфно замещена ионами алюминия или же-
леза. Возникает преобладание отрицательного заряда. Однако син-
тезированный каолинит, лишенный изоморфных примесей, тоже
имеет отрицательный заряд.
Поглощающий комплекс. Как сказано выше, гидратация ионов,
входящих в поглощающий комплекс Гедройца, влияет на взаимо-
действие глинистых минералов с водой. Гедройц показал [112], раз-
вивая наблюдения своих предшественников, что способность к об-
мену катионов, адсорбированных почвами и глинами (эта способ-
ность выражается в миллиграмм-эквивалентах на 100 г сухой
глины), уменьшается с повышением валентности катиона в такой
последовательности:
Легче всего обменивается Li и труднее всего вытеснить-Н+. По-
видимому, в случае Н+ имеет место поверхностная хемосорбцион-
ная реакция.
Соответственно адсорбированному катиону степень прочности
связи воды с глинистыми частицами различна, так же как раз-
лична фильтрующая способность таких катионных глин и различна
степень подвижности (вязкости) этих глин в суспензиях.
Адсорбционная способность глин по отношению к катионам
определяется природой глинообразующих минералов. Так, по Гри-
му, емкость поглощения у каолинитов составляет 3—15 мг-экв на
100 г сухой глины, у иллитов — 10—40, у монтмориллонитов — 80—
150.
Однако состав поглощаемых оснований даже в глине одного
типа различен (табл. 11).
к*°л"“ Поглощенные катионы, мг-экв на 100 г
Са2+ МВ2+ N.+ Сумма
Просяновский Глуховецкий Кыштымский 22,7—14,3 16,3—8,2 12,8—10,0 2,6-0,8 2,5 0,5 3,8-2,3 L5=L2 27,8-16,1 23,3—9,9 22,4-13,5
Емкость поглощения глинистых минералов уменьшается по
мере их диспергирования. У мокромолотого мусковита емкость по-
глощения значительно меньше, чем у сухомолотого.
Диспергирование приводит к аморфизации слюды, к ослабле-
нию и даже исчезновению термоэффектов по термограмме; интен-
сивность дифракционных пиков на рентгенограмме уменьшается;
инфракрасная спектрограмма показывает ослабление полосы, отве-
чающей группам гидроксила. В то же время пластичность и свя-
занность значительно выше у мокромолотого каолина, чем у су-
хомолотого. Коллоидный мокрый размол каолина делает его кисе-
леподобным, пригодным для пластификации керамических масс.
Вместе с тем емкость поглощения уменьшается.
Как известно, каждый катион в водной среде сольватирован и,
присоединяясь к глинистой частице, вносит свою долю сольватной
воды в общую сольватную оболочку, охватывающую эту частицу.
Удаление катионов промыванием водой или раствором какой-
либо соли или слабой кислоты вызывает эквимолекулярное заме-
щение катионов комплекса на катионы из раствора. Процесс об-
мена катионов обратим, эквивалентен и подчиняется закону дей-
ствующих масс в условиях постоянства ионной силы растворов и их
pH, как это было показано Антиповым-Каратаевым и Кадер [113].
Таким образом можно получить Н-глйну, Na-глину, Са-глину-
и т. д. Свойства таких глин весьма различны и могут найти приме-
нение. Например, по Куколеву и Сыркину [114], количество удер-1
живаемой воды Na-глиной Часов-ярского месторождения в два
раза больше, чем Al-глиной при давлении на глину 80 кг/см2 и
в 1,5 раза больше у \а-као.тапа, чем у Al-каолина при том же дав-1
лении. Авторы выразили эту зависимость уравнениями для ка-
это сделал для монтмориллонита: K =
Броньяр в середине прошлого века показал [115], что введе-
ние весьма малого количества катиона в суспензию глины или
•каолина имеет большое практическое значение: введенный одно*А
валентный катион (в виде электролита — соды, поташа, силиката
натрия) разжижает глину, она становится текучей при той же
влажности, при которой она была пластично-прочной. На этом ос-3
новано получение шликера.
Адсорбированные анионы также удерживаются глиной-С разя
ной силой, а именно: OH->CO32->CHSCOO->O42->CI-.
Введение добавки — электролита — в сочетаний с поверхностно-1
активным веществом (ПАВ) содействует помолу твердого мине-
рала, как это установлено Ребиидером [116].
Электрокинетический потенциал. При движении глинистой ча-1
. стицы в воде между ней и водой (точнее — очень слабым солевым!:
раствором) возникает Незначительная разность потенциалов, ко-.;
торая может быть определена. Эта разность потенциалов назывм
ется «электрокинетический потенциал», или «[-потенциал» и выра-
жается в милливольтах (табл. 12).
Материал твердой фазы, % pH суспензии S-потенциал
Каолин 2 14,5 30,0 8 *4 4 —14,5 —14,5|
Бентонит ^6 7,89 7,80 —18,8 —18,8
Мусковит 24 8,28 8,09 —10,6 —10,6
Как видим, значение [/потенциала остается постоянным, неза-
висимо от концентрации глинистых частиц, а значение кислотности
(основности) суспензии меняется, уменьшается по мере возраста^
ния концентрации.
[-потенциал характеризует размытую, диффузную часть соль-
ватной’ оболбчки вокруг глинистой частицы. В общем случае чем
больше развита эта диффузная часть, тем более стабильна кол-
лоидная система и тем выше (относительно) значение с-потегщи-
ала. Сжатие диффузного слоя, что показывает уменьшение
^-потенциала, свидетельствует об уменьшении степени сольвата-
ции, о понижении устойчивости системы глина — вода.
Введение в систему глина — вода одновалентных катионов Na+,
К+ увеличивает степень сольватации глинистых частиц и повышает
стабильность системы. Введение двухвалентных катионов'—Са2*,
Mg2*, трехвалентного А12*, четырехвалентного Th4* уменьшает ста-
бильность системы и может вызвать слипание глинистых частиц,
их коагуляцию — выпадение твердой фазы в виде осадка.
0,004 0,012 0,020 0,020 0,032
% №20
Между ^-потенциалом, pH, вязкостью и концентрацией электро-
лита в системе глина — вода Куколев обнаружил взаимосвязь на
примере суспензии каолина и электролита — раствора жидкого
стекла (рис. 25). Наименьшая вязкость суспензии соответствует
наибольшему развитию диффузного слоя, судя по величине О-потен-
циала, равного 14,5 мВ.
Измерение pH и Иногда ^-потенциала керамических суспензий
применяется для производственного контроля при изготовлении
тонкой керамики и при обогащении каолина.
Вязкость. Вязкость глинистой суспензии или керамического
шликера приобрела со времен Броньяра [115] большое производст-
венное значение в технике литья. Опыт показал, что для получения
хорошей отливки (в гипсовой форме) необходимо осуществить та-
кое разжижение керамического шликера, при котором вязкость
его была бы наименьшей при наименьшем же содержании воды.
Снизить вязкость концентрированной суспензии могут соли од-
новалентных металлов или аммония, анион которых способен об-
разовать нерастворимые соли с катионами,, входящими в двойной
электрический слой на поверхности частиц глины. Практическое
значение имеют соли натрия — пирофосфат, карбонат, оксалат,
силикат; в особенности — жидкое стекло в сочетании с танни-
ббразующиеся в результате обменной реакции пирофосфаты,
карбонаты, оксалаты, силикаты кальция нерастворимы и выходят
из двойного слоя. Естественно, что растворимые соли, если они
есть в глине, в первую очередь реагируют с разжижающими реа-
гентами и усложняют разжижение, что должно быть учтено при
выборе разжижителя для глины.
С коллоидно-химической стороны процесс дефлокуляции (раз-
жижения) тонкодисперсных глинистых систем состоит в обмене
двухвалентных катионов сольватного слоя глинистой частицы на
одновалентные, в значительном увеличении электрокинетического
потенциала и в освобождении части связанной воды.
Чем больше обменных катионов в глине, тем больше требу-
ется электролита-разжижителя. Таннин и коллоидный кремнезем
из растворимого стекла играют роль защитных коллоидов, адсор-
бируясь и понижая гидрофильность глинистых частиц.
Вязкость суспензии при этом становится минимальной. Даль-
нейшее увеличение концентрации электролита (при неизменном
количестве воды) вызывает понижение ^-потенциала в связи
с уменьшением диффузного слоя; происходит сближение частиц,
и вязкость системы возрастает. Таким образом, вязкость проходит
через минимум, а концентрация электролита достигает оптимума.
На разжижение влияет также анионная часть электролита, как
это видно на рис. 26. Среди четырех указанных электролитов наи-
лучший — силикат натрия, он снижает вязкость в наибольшей сте-
пени и обеспечивает сохранение этой вязкости в широких пределах
концентрации электролита.
Разжижение контролируется измерением вязкости шликера.
Обычно принято измерять относительную вязкость по скорости ис-
течения 100 см3 шликера при +15° через отверстие диаметром
6 мм вискозиметра Энглера. Вязкость обычного фарфорового шли-
кера влажностью 32% составляет по скорости истечения 18 с, что
соответствует 400 сП.
Загустеваемость как результат самопроизвольного тиксотроп-
ного упрочнения шликера выражается отношением вязкости через
30 с стояния шликера к начальной вязкости. Загустеваемость фар-
форового шликера 1,18.
кера целесообразно избрать коэффициент заполнения объема твер-
дыми частицами (гранулами), удельную поверхность этих частиц
и степень их гидратации. Это позволило ему рассчитать вязкость
шликера и константу нарастания черепа изделия.
Действие поверхностно-активных добавок (ПАВ). Поверхно-
стно-активные вещества, имея сильные полярные группы и непо-
лярную часть в виде цепочки, при адсорбции на сольватированных
глинйстых частицах ориентируются так, что полярные группы на-
правлены к одной фазе, а неполярные — к другой, и создается ги-
дрофобизация поверхности глинистой частицы. В результате могут
возникнуть такие явления: 1) вовлечение жидкой фазы в микро-
трещины и мйкропоры глинистого минерала (твердого тела), что
создает условие для углубления микротрещин (расклинивание по
материала — стабилизации — следствие как большей степени дис-
пергирования, так и внедрения молекул ПАВ в структуру глини-
ской глины как после прессования, так и после спекания при вве-
дении талькомагнезитовой добавки вместе с ПАВ.
Рассмотрение поверхностно-активных веществ сделано Швар-
цем и Перри [119]. В качестве ПАВ могут служить эфиры, низко-
молекулярных кислот, кубовые остатки дистилляции высших жир-
ных спиртов и синтетических жирных кислот, экстракты коры дуба,
валонеи, квебрахо, отходов целлюлозной промышленности (суль-
фитно-спиртовая барда, щелочные вытяжки из ржаной и овсяной
соломы, из бурого угля, торфа).
Даже небольшое количество (доли процента) ПАВ не только
стабилизирует шликер, но и позволяет понижать его влажность,
ускоряет размол и повышает прочность отлитого изделия после су-
шки и обжига. В качестве сильного ПАВ выступает водораствори-
мый препарат —карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ). Натровая соль
КМЦ получается по реакции щелочной целлюлозы с натровой
солью монохлоруксусной кислоты
C8H,Oa(OH)2ONa + ClCH!!COONa= (C,HsO4)OCH-ONa;
0,3—0,5% препарата достаточно для названных целей.
Поливиниловый спирт (растворим в воде при нагревании) в ко-
личестве 1 % также улучшает литейные свойства шликера, не повы-
шая его вязкости. Имеют применение производные поливинилового
Хорошо разжижает суспензию глины пипередин (по Андза-
геру). Он полезен в случаях непригодности разжижения содой
и жидким стеклом, например иногда при нанесении глазури на
отлитое изделие.
Влияние температуры на разжижение сказывается в пониже-
нии вязкости шликера, в усилении гидролиза полевошпатовых ча-
стиц, в ускорении созревания шликера. Большое значение в про-
цессе размокания и разжижения имеют размеры исходных конгло-
длительном перемешивании глины с водой, при нагревании ее
с водой, под действием раствора электролита с одновалентными
катионами. Этот процесс называется созреванием шликера, он со-,
стоит главным образом в гидратации и в частичном гидролизе гли-
нистых и других минеральных частиц. Происходит также замеще-
ние катионов поглощенного комплекса катионами, введенными
в виде электролита. Процессы эти протекают медленно: у глин —
7—Гбсут, у каолинов — 2—4 сут, у лёссов— 1—2 сут.
Увеличение дисперсности глины и изменение состава погло-;
щенного комплекса в ней сказываются на изменении (повышении)
ее вязкости, тиксотропии, пластичности и связности. Изменения эти
могут быть значительными. Поэтому на производствах практикуют
совместное применение в смеси (в массе) нескольких глин и ка-
олинов. Случайные недостатки, вносимые одной .глиной или као-
лином, покрываются преимуществами других глин и каолинов.?
Например, на зарубежных заводах в состав фарфоровой массы
входят четыре-пять каолинов разных месторождений. Опыт этот
проверен многолетней практикой.
Случайные отклонения исходного минерального или зернового,;
состава той или иной глины или каолина не будут, заметно влиять?
на общее изменение технических свойств смеси глин, если до,дм
участия этой глины или каолина в общей смеси небольшая.
Свойства шликера можно регулировать в довольно ширрйЯ
пределах, изменяя количество вводимого молотого боя обожжен-
ных изделий. Такая добавка не меняет химический состав и тех-
нические свойства материала, но существенно сказывается на вяз-
кости и загустеваемости; увеличение содержания молотого боя
(шамота) уменьшает загустеваемость и повышает текучесть шли-
^Много боя не рекомендуется вводить — шликер получается
малосвязным, а изделие из него малопрочное и легко деформиру-
емое (до сушки).
Пластичность. Одни глины проявляют пластичность наилуч-
шим образом в узких пределах влажности и при большом коли-
честве введенной в глину воды, другие — при небольшом количестве
воды. Первые называются пластичными глинами, вторые — то-
щими, но и те, и другие, пригодны для пластического формования.
Вспомнить об этих тривиальных представлениях необходимо
для того, чтобы подчеркнуть недостоверность и промышленную не-
пригодность тех методов оценки формуемости, которые построены
шёго или меньшего количества воды.
Таков, например, распространенный метод определения п.тас-
тичности Аттерберга, состоящий в определении разницы влажно-
стей при пределе текучести W'i и пределе раскатывания W Осно-
вываясь па этом методе, Джиппини разработал [120] систему труп- -
пировки глин и дал сводную диаграмму. В непригодные для
формования глины попали лёссы и каолины, тогда как известно,
что они формуются. Это недоразумение происходит из-за непра-
вильного толкования тезиса о возможности оценки формовочной
способности глины по показателю пластичности.
Впрочем, этот тезис косвенно содействовал на протяжении бо-
лее полувека многочисленным исследованиям, которые привели
к выяснению интересных и полезных обстоятельств структурного
и коллоидно-химического характера применительно к глинам. Эти
исследования в значительной мере рассмотрены в давней моногра-
фии Земятченского [100], позднее —в книге Грима [82]? в моногра-
фиях Галабутской [111], Фадеевой [121], Круглицкого [122] и др.
Античное определение понятия пластичности глин лХаапхюа —
годный для лепки (древнегреч.) — свидетельствует о способности
материала изменять свою форму под влиянием усилий и сохранять
эту форму. Из этого определения следует, что измерения пластично^
сти и формовочной способности целесообразно основывать на изме-
рении того усилия, при котором глинистое тело начинает пластически
деформироваться, претерпевая необратимый сдвиг. Поэтому ве-
личина сдвига т, кг/см2, по методу Пфефферкорна, предложенная
Хаазе [123], значительно ближе к действительным условиям фор-
мования глинистой массы, чём величина ее влажности. По Хаазе,
т = Р-Я/2Г-1п(/!о/й1), (1) '
где Р = 1,2кг (масса падающей планшайбы), #=18,5 — при 18,5см
высоты размещения планшайбы и ht — высоте смятого цилиндра
из глины высотой Ло=4 см, диаметром 3,5 см; V—38,5 см3 —объём
цилиндра глины перед падением планшайбы.
Сам Пфефферкорн (1924 г.) предлагал оценивать пластичность
по количеству воды, необходимому для затворения глины, при
котором соотношение h0/ht=3,3, что, конечно, совершенно условно.
Предложенная Земятченским аналогичная мера пластичности
П по способности шарика глины противостоять деформирующим
усилиям до появления трещин на этом шарике, долгое время слу-
жила критерием пластичности глин. Были предложены и другие
методы. В дальнейшем появились предложения определять сте-
пень пластичности и рабочего состояния глины по величине меха-
нических усилий, необходимых для скручивания глиняного бруска
(Салливан и Грехем), по сжатию при одновременном кручении
(Энделл и соавторы), по сдвигу глинистой массы, зажатой между
двумя зазубренными пластинками (Толстой [124]), пб .глубине
вдавливания шарика штифта мессура при определении тиксотроп-
ного упрочнения глин (Августиник [125]). Был разработан метод
прямого измерения усилий формования по экструзии глин [126],
метод ротационного вискозиметра Нютценаделя [127] и др.
Все эти методы более или менее пригодны для сравнительной
оценки пластичности глин, но ни один из них не отвечает на во-
прос о мере формуемости глины.
—
же те методы определения пластич-
ности, при которых скорость нара-
стания деформации близка к ско- <
роста пластической обработки гли-
ны в условиях производства.
Тиксотропное упрочнение. Суще-
ственное значение в керамической
технологии имеет самопроизвольное
обратимое упрочнение т» глинистых
масс разной степени влажности,
происходящее под влиянием тик-
сотропии, как это было впервые ус-
тановлено нами [128]. Количествен-
но это явление может быть выра-
жено в процентах нарастания во
времени сопротивления глины сдви-
гу при вдавливании шарика или ко-
нуса на постоянную глубину:
т< = [(-Р„-Ро)/Ро1-1ОО, (2)
где Ро — начальная нагрузка на индентор; Ря— нагрузка через тот
или иной отрезок времени.
Оно может быть также выражено по величине Р, дин/см2 напря-
жения при сдвиге путем вдавливания конуса:
P = K-(F/A2),
где F — нагрузка на конус, г;
h — глубина погружения конуса, мм;
К = [(100 • 981)/л 1 • cos2(a/2) ctg(a/2),
если угол конуса при его вершине а=45°; /<=0,658 -105 (кониче-
ский пластомер Ребиндера).
Для каждой глины, каолина или массы изменение тиксотроп-
ного упрочнения в зависимости от влажности характеризуется кри-
вой (рис. 27), имеющей свой максимум [125].
Каолины I и II Глуховецкого месторождения отличаются один
от другого тем, что в каолине I имеется 29,8 мг • экв поглощенных
катионов оснований, в каолине 11—6,9 мг-экв, что заметно сказа-
лось на изменении величины ть большей у того каолина, у кото-
(3)
рого больше поглощенных оснований (Na+—17,4 мг-экв, К+—0,26,
Mg2+—1,17, Са2+—8,6 мг-экв). Как видим, тиксотропное упрочне-
ние может быть весьма значительным.
Причина тиксотропного упрочнения связана с развитием соль-
ватных оболочек на глинистых частицах. Через сутки — двоетиксо-,
тропное упрочнение достигает предела. Если глинистую массу пе-
ребить или промять, ее прочность вернется к прежнему начальному
уровню, но затем.снова начнет нарастать. Процесс этот повторим
многократно.
Нарастание прочности глинистой массы без потери ею влаги
(например, при вылеживании во влажном помещении) приводит
к необходимости разрушения возникающих тиксоструктур путем
перебивки или перегонки массы через ленточный пресс во всех тех
случаях, когда это необходимо, так как тиксотропно отвердевшая
масса плохо формуется. Аналогично протекает тиксотропия гли-
нистых суспензий — явление, установленное впервые Буза [129].
С механической стороны тиксотропия проявляется также в уве-
личении упругой деформации глины.
ХАРАКТЕРИСТИКА ГЛИН ПО МЕСТОРОЖДЕНИЯМ
Часов-ярские глины. Эти глины, разрабатываемые уже около
полувека, распространены в виде линзообразных слоистых залега-
ний на площади около 50 км2 в Донецкой области, вблизи г. Арте-
мовска. Мощность от 3—4 до 12 м. Залегают совместно с песками
мощностью от 3 до 10 м.
Глины делятся на две группы — полукислые и основные (табл.
13). Главная особенность этих беложгущихся глин состоит в боль-
шом интервале спекания: у основных глин — 600—700°, у полукис-
лых — 300—400° при низкой начальной температуре спекания
1000—1250°. Эта особенность связана с главным глинообразующим
минералом в этих глинах — монотермитом (по Белянкину), или
разновидностью гидрослюды, содержащей KzO в количестве 2,2—
2,9%, распределенной равномерно внутри элементарных пакетов.
Формула монотермита: 0,2(K2Na2CaMg)O- АиОз-2,85Юя-2Н2О.
Отсутствие на термограмме этой глины экзоэффекта (что
и дало Белянкину основание назвать ее монотермитом) объясня-
ется тем, что теплота образования муллита тратится на плавление
и образование калиевого стекла; в остальном ее термограмма
сходна с термограммой дружковской глины.
Высокая пластичность часов-ярских глин объясняется, помимо
кристаллохимических особенностей монотермита, высокой сте-
пенью дисперсности. Количество частиц менее 0,005 мм достигает
96%.
Дружковские глины. В радиусе 10—25 км у ст. Дружковка,
вблизи г. Артемовска, имеется группа месторождений огнеупор-
Свойотва гкн. Полукислые Основные
4-1 ПК 4-2 ПК Ч-О, 4-1* 4-2*. Ч-З '
Содержание, %: Si 0-2 58,3 78,3
А1,О, 14,9 27,4 • 2Л2 36 7
ТЮа 0 27 1,36 0,36 0,87
Fe2O3 0,41 2,05 0,61 Ь56
Водосодержание, % 16,4 26 9 24,2 32,5
Воздушная усадка, % 5,0 11,8 6,4 15,6
Полная ^усадка, %, при: 9,6 16,0 14 4 23 0
1250° 9,3' 23.7 16,8 24,4
1300° 9,3 20,7 13 8 23Д
^поглощение, ^и" 2,7 13 5 0 3 6,7
1250° 0,1 1б;о 0 06 2,0 т
1300° 2,5 6,8 0 02 6,4
Огнеупорность, °C 1580 1690 1630 1730
ных и низкоспекающихся глин. Веселовское и Ново-райское ме-
сторождения содержат глины, залегающие, подобно часов-ярским,
в виде крупных линз в толще песков. Они отличаются тем, что
глинообразующие минералы в них представлены монотермитом,
каолинитом и гидрослюдой. Интервал спекания около 550°. Огне-
упорность от 1610 до 1770°.
Веселовские глины представлены четырьмя промышленными
слоями, в которых содержание глинозема повышается от 23—27%
в первом слое до 26—30% в четвертом слое. Показатели глины по
Ново-райские глины. Эти глины представлены также че-
тырьмя промышленными слоями. Состав глин приведен в табл. 15.
Пластичность этих глин высокая: 1 и 2 слои — от 22 до 43; 3 и
4 — от 13 до 28 (по Аттербергу и Васильеву).
По ТУ 14-06-26—63, глины маркируются: основные —ДН-0
(отборная), ДН-1, ДН-2, ДН-3 и полукислые — ДНПК. Показа-
тели по сортам приведены в табл. 16.
Таблица 16
Свойства глин ДН-О Дн-1 ДН-2 ДН-з днпк
Al2O3-KTiO2, %, не менее 35 34 32 30
Fe2O8, %, не более 1,3 1,6 2,3 3,0 НруетсяИ'
Огнеупорность, °C, не менее 1710 1690 1670 1630 1580
Артемовские глины. Эти в основном полукислые тугоплавкие
глины, добываемые в 5 км от лотемовска. имеют глинозема
в своих трех сортах, соответственно не менее 22, 18, 15% и окиси
железа 2,6—3,0%, спекаются при 1200°, имея огнеупорность 1580°
и выше. Главные потребители — Щекинский «Кислотоупор», Ря-
занский кислотоупорный завод, Харьковский завод керамических
труб, заводы строительной керамики.
щиеся при 1200—1250°, с содержанием глинозема не менее 19%
и окиси железа не более 5 % — используются для производства
камнедельной, кислотоупорной и фаянсовой керамики.
Николаевские и Никифоровские (вблизи г. Славянска) туго-
плавкие, спекающиеся при 1140—1200° глины широко используются
в производстве плиток для пода.
Печорские тугоплавкие незапесоченные глины (Псковская обл.)
содержат глинозема 17—26%, окиси железа 2—12%, спекаются
при 1080—1100°, пригодны для кислотоупорной и облицовочной
керамики и дренажных труб. Запесочеиные глины используются
для строительной керамики.
Трошковские глины находятся в районе ст. Половина Иркут-
ской области, недалеко от Хайтинского фарфорового завода. Мощ-
ность'пластообразных залеганий (при соотношении вскрыша : по-
лезный слой —5:1) порядка 22 м; глины — беложгущиеся, огне-
упорные. В них линзообразно размещены глины, пригодные для
фарфорового производства, с содержанием РегОз до 2% и Т:О2-
до 0,9%.
Различают две разновидности: I — плотная каолинитовая с не-
большой Примесью монтмориллонита, почти не размокающая
в воде и требующая механической обработки для получения пла-
стичного теста, цветом От светло-серой до темно-серой и коричне-
вой; II — рыхлая каолинито-монтмориллонитовая с переменным
содержанием монтмориллонита, достигающим 50% (термограммы
обеих разновидностей — на рис. 10), и галлуазита [130].
Основная масса глин — I разновидности, содержит много крем-
невого щебня. По ВТУ 837—67
в табл. 17.
Для фарфорового производства рЕ
вый сорта, для капселей — II сорт.
Латненские глины. Эти глины находятся в районах Семилук-
ском и Хохольском, вблизи г. Воронежа, размещаются на площади
около 20 км2 и разделены на ряд участков по правому и левому бе-
регам р. Девицы. Промышленная минимальная мощность падает
до 1 м. Коэффициент вскрыши в некоторых участках достигает 24.
Глины эти огнеупорные, местами пластичные, местами малопла-
стичные, по цвету светло- и темно-серые до углистых, тонкодйс-
персные (частиц менее 0,001 мм —от 50 до 70%, содержание'пе-
счанистой фракции незначительное). Основная минеральная сла-
гающая— каолинит, но иногда встречается гидрослюда. Термо-
грамма приведена на рис. 10.
Марки глин указаны в табл. 18.
Используются эти глины для производства огнеупоров и в фар-
форо-фаянсовой промышленности для изготовления капселей, фа-
сонных камней и прочего печного припаса. Высокое содержание
красящих окислов делает их непригодными для производства фар-
фора и фаянса. Полукислая глина ЛТ-1 ПК в сочетании с тонко-
молотым сиенитом пригодна для производства плиток (по данным
Зайонца).
Отмечено уменьшение содержания кремнезема по слоям сверху
вниз и некоторое увеличение содержания полуторных окислов
и ТЮ2.
Наличие двух эндотермических эффектов (кроме главного) —
при 150—170° и при 230—245°—может быть объяснено присутст-
вием гидрослюды. Содержание частиц менее 0,001 мкм от 54 до
89%, а более 10 мкм от 8 до 30%.
Показатели усадки, прочности и пористости приведены в
Интервал спекания этих глин велик — около 650°.
Боровичско-любытинские глины (Новгородская обл.). В трех
основных своих разновидностях— пластичные (мыловка), полу-
Марки
.eASie
Основные
Отборная ЛТ-0 41 1 5 15 1730
39 1»5 18 1730
II ЛТ-2 35 2,0 20 1690
III ЛТ-3 30 2.5 20 1670
Полу кислые
I ЛТ-1 ПК 24 Не норми- 14 1670
руется
II ЛТ-2 ПК 18 То же 1670
III ЛТ-3 ПК 15 10 1580
Углистая Л ТУ 30 35 1670
Таблица 19
сухари (постепенно размокающие в воде) и сухари (не размокающие
в воде)—почти не попадают в производство тонкой керамики,
так как направляются на производство огнеупоров.
В качестве добавки к низкокачественным глинам, с целью при»
Дания светлого оттенка изделиям архитектурной керамики и для
увеличения их интервала спекания иногда применяют пластиче-
скую разновидность этих глин. Средний состав такой глины, по
Гончарову [131], приведен в табл. 6.
Особенность этих глин состоит в том, что их состав может
иметь значительные отклонения как в сторону увеличения SiO2,
так и в сторону увеличения содержания А12О3 по сравнению с тео-
ретическим составом каолинита, что связано с их генезисом.
Уральские глины. Среди многочисленных уральских месторож-
дений огнеупорных глин, относительно пригодных для тонкой ке-
рамики, можно отметить глины Белкинского месторождения (Сверд-
ловская обл.), содержащие 2,5—3% окиси железа и поэтому требу-
ющие обогащения; глины Нижнеувельского месторождения (под
г. Троицком, Челябинской обл.) также требующие обогащения;
глины Троицко-Байневского месторождения, пригодные только для
капселей.
Глины Берлинского месторождения Челябинской области, в 15
км от ст. Магнай, представлены продуктивным пластом мощностью
4 м, простирающимся на площади в ПО км2 (около 460 млн. т
по всем категориям). Глины—пластичные, торкодисперсные, тем-
но-серого и желтого цвета, каолииито-гидрослюдистого состава,
огнеупорностью 1580—1740°, спекающиеся при 1250°. Пригодны
для производства кислотоупоров, труб, плиток, санитарно-стро-
ительного фарфора и полуфарфора (Гальперина и Павлов).
Сибирские глины. Евсинские тугоплавкие глины .(Новосибир-
ская обл.), преимущественно спекающиеся, светло- и беложгу-
щиеся, размещены чередующимися по качеству полосами и лин-
зами (запасы около 4 млн. т), содержат глинозема в обоих сор- •
тах более 16%. Первосортные используются для сантехнических
изделий, второсортные — для кислотоупоров, труб, строительной
керамики (запасы около 3 млн. т.). Огнеупорность 1440—1640°.
Глины Вороновского месторождения (26 км к юго-востоку от
Томска) представлены двумя горизонтами: верхним — в виде бурых
легкоплавких суглинков и серых четвертичных глин средней мощ-
ностью 17 м и нижним —в виде тугоплавких беложгущихся белых
и светло-серых глин мощностью 15—17 м. По Усову и Вороновой,
огнеупорность тугоплавких глин от 1400 до 1600°, содержание крем-
незема от 60 до 77%, глинозема от 8,3 до 28%, окиси железа от,
0,8 до 3%. Запасы суглинков по категории А около 2 млн. м’, ту-
гоплавких глин по категории В и С около 14 млн. № Су-
глинки пригодны для производства строительной керамики; туго-
плавкие спекающиеся при 1200° глины пригодны для производства
литьем санитарно-технического фарфора с обжигом при 1250—
1300° (водопоглощение менее 0,5%), облицовочных глазурованных
'плиток полусухим прессованием и обжигом в щелевой роликовой
печи при 1000—1050 , плиток для пола, фасадных плиток, канали-
зационных труб (Гальперина, и Павлов),
В Сибири имеется ряд иных разведанных месторождений ту-
гоплавких глин преимущественно местного использования; таковы
месторождения: Тулунское, Каменское (Иркутская обл.), Липо-
вецкое, Спасское (Приморский край), Юхтабузулинское (Амур-
ская обл.).
В Казахстане известны крупные месторождения: Белое Гли-
нище (вблизи Караганды) — тонкодисперсных глин (глинозема
19:—22%) огнеупорностью 1580—1690° и Айзин-Тамарское (неда-
леко от Целинограда) — пластичных глин (глинозема до 35%), за-
соренных гипсом.
Танкерисские тугоплавкие глины (вблизи Целинограда) каоли-
ййто-гидрослюдистые с содержанием глинозема 19—29%, окиси
железа — менее 3%, предназначаются для производства санитар-
ной и строительной керамики. Запасы их около. 3 млн., т;. Для
хозяйственной посуды эти глины непригодны, так как содержат
около 3,5% окрашивающих окислов.
Танкерисские глины довольно крупнозернисты —содержание
частиц более 40 мкм у них около 10%, а частиц менее 1 мкм —
Около 39%, поэтому прочность на излом высушенных при 110°
мала —не более 34 кг/см2. Спекание — при 1100—1200?.
В связи с ограниченностью запасов высококачественных бело-
жтущихся глин, в частности часов-ярских й дружковских, встает
вопрос об обогащении и очистке от красящих окислов танкерисских
и других глин, которые в настоящее время при изготовлении свет-
лых изделий не используются, но могут в ряде случаев после обо--
гащения заменить собой высококачественные привозные издалека
глины.
Развитие сырьевЬй базы отечественной керамической промыш-
ленности рассмотрено Гальпериной, Слепневым, Ерохиной (см.
«Перспективы развития сырьевой базы керамической промышлен-
ности». М., Стройиздат, 1973, 205 с.) на примере 67 месторождений
тугоплавких и огнеупорных глин, разрабатываемых или намечен-
ных к эксплуатации, с запасом более 1 млн. Т по состоянию на ян-
варь 1972 г., и дан анализ потребностей в глинах по видам изде-
лий до 1990 г. включительно.
Бентонитовые глины, Бентонитом называют продукт естест-
венного расстеклования, гидратации и гидролиза стекловидной
фазы некоторых лав, пеплов, туфов. Главным минералом в бентони-
тах выступает монтмориллонит, ему часто сопутствуют гидрослюды,
каолинит, бейделлит, иногда палыгорскит, примеси кварца, опала,
полевых шпатов. Акцессорные минералы — циркон, ильменит, ру-
тил. дистен, турмалин, гранат.
Сравнительно давно используются грузинские бентониты, (ме-
сторождения Гумбринское, Асканское). В Туркмении известно
Огланлинское месторождение (ст. ДЖебел); в Фергане — Шор-Су,
на Украине, в Среднем Приднестровье,—
Пыжевское; в Закарпатье — Горбское;
в Крыму — Курцевское (кил), вблизи
Симферополя.
Недавно открыто уникальное Черкас-
ское месторождение монтмориллонито-
вых и палыгорскитовых глин в Черкас-
ской и Киевской областях на площади
около 700 км2 [132]. На Украине известно
около 60 выходов бентонитовых глин.
Палыгорскитовые месторождения име-
ются в Горьковской и Житомирской об-
ластях, на р. Малке (Северный Кавказ).
Бентониты Азербайджана освещены
Сеидовым и Ализаде [133].
Химический состав некоторых бенто-
нитов приведен в табл. 21. Теплоты сма-
чивания довольно хорошо характеризуют
удельную поверхность глинистых мине-
ралов, по Овчаренко; эти и другие спе-
цифические характеристики приведены
в табл. 20.
Показатель набухания, или бентони-
товое число,— это набухание четырех
граммов бентонита, высушенного и рас-
тертого с 0,2 г MgO в 100 см3 суспензии
за 24 ч. Этот показатель выражают в ку-
бических сантиметрах. Он определим,
по Филатову, для Na-бентонитов. У Са-
бентонитов такое определение затрудни-
тельно, и вместо него предложено опре-
делять показатель пластичности.
Бентониты характеризуются, по Гри-
му, емкостью поглощения более
40 мг-экв на 100 г материала.
Для керамических целей бентонит
(крымский, активированный соляной
кислотой, кил) был впервые применен
Зубчаниновым взамен часов-ярской
глины; добавка 1% такого кила увели-
чила вдвое прочность изделий из фар-
форовой массы после высушивания и
улучшила формуемость. Позднее Фи-
линцев [134] разработал технологию
ввода бентонита в керамические массы.
Было показано, что при вводе 4% Пы-
жевского бентонита вместо глины тем-
пература обжига фарфора снизилась на
20-30°.
Бентониты не имеют самостоятельного значения в керамике;
их вводят для повышения пластичности и формуемости масс вза-
мен глины, с которой вносятся в массу окрашивающие окислы. По-
этому изделие из массы с бентонитом имеет повышенную белизну.
Полуэктова [135] успешно применила добавки бентонита в шли-
кер, чем повысила прочность и модуль упругости материала. Дра-
бан показала успешность добавки бентонитов к украинским лёс-
сам для придания им большей связности; однако при добавке
5% бентонита усадка при сушке немного возросла, и масса по-
требовала более осторожной сушки. Якименко и Шестопалова про-
вели исследование относительно улучшения прочности высушен-
ных и обожженных изделий из суглинков, а также повышения их
морозостойкости.
Если обработать серной кислотой грузинскую асканглину,
можно получить высокоактивный асканит (Филатов). При затво-
рении водой бентониты набухают, увеличиваясь в объеме иногда
в 1,0 раз, и образуют гелеобразную пасту. Степень набухания бен-
тонита зависит от температуры его сушки; по мере увеличения
температуры сушки способность его к набуханию уменьшается
(Твалчрелидзе (136]).
Адсорбционная способность бентонитов используется для
очистки масел, керосинов, для поглощения красителей. Огланлин-
ский бентонит способен адсорбировать метиленовую синь из рас-
твора в количестве до 300 мг на 1 г бентонита. На огланлинский
бентонит имеется ГОСТ 7032—54.
Кил почти не размокает в воде, но может быть активизиро-
ван путем обработки соляной кислотой и последующего воздей-
ствия едким натром, благодаря чему он становится способным
к усиленному набуханию и, удерживая 80—90% воды, дает пасто-
образную массу, застывающую в студень. ,
Какабадзе показала возможность придания водоустойчивости
керамической массе путем ввода 4—6% аскангеля. Сухое изделие
из такой массы можно глазуровать без предварительного обжига.
Термограммы огланлинского бентонита, аскангеля и гумбрина
приведены на рис. 10.
тальк и ПИРОФИЛЛИТ
Тальк. Триоктаэдрический пакет талька 3MgO-4SiO2'H2O
типа 2: 1 приведен на рис. 28. Спайность талька весьма совершен-
ная (по 001), твердость 1,5—2 по Моосу. Незначительная часть
ионов магния может быть изоморфно замещена ионами Fe2*, Fe3+,
Mn2+, Ni2+, Cr3+. Помимо гидроксильной воды, в тальках может
присутствовать молекулярная; поэтому содержание воды в тальке
меняется от 2,9 до 6% (теоретическое содержание — 4,74%).
Минералы — тремолит, серпентин, хлорит, энстатит, а также
доломит, магнезит, пирит, пирротин — нередко сопровождают
тальк в его месторождении. Сопряжение слоистой структуры
талька с цепочной структурой тремолита вызывает значительное
повышение твердости породы, что имеет технологическое значе-
ние (ускоряется износ механизмов и форм, обрабатывающих и
прессующих тальковые массы). Возможны также слоисто-смешан-
ные образования из совмещенных решеток талька и пирофиллита.
Образование талька в природе связано с действием в гидро-
термальных условиях щелочных растворов, содержащих СО2 и
SiO2, влияющих на оливины или доломит [137]. Отальковывание
карбонатных пород дает наиболее чистые и ценные для производ-
ства тальки. Онотское месторождение у ст. Черемхово, Алгуй-
ское — в Кемеровской области (Новокузнецкий район) обладают
запасами свыше 12 млн. т талька.
Известны также месторождения талька в Горной Шорин и Юж-
ной Осетии, в Казахстане, в Таджикистане, на Урале, в Красно-
дарском крае. Талькомагнезитовые породы (тальковый камень)
имеются в Шабровском месторождении, вблизи Свердловска,
в Сыростанском месторождении (Южный Урал).
Талькохлоритовые породы (горшечный камень) известны
в месторождениях Карельской АССР (Сегозеро), на Урале. Под
названием «мыльный камень», содержащий 50—80% талька, этот
минерал известен в Индии и Италии, где он подвергается обога-
щению.
Содержание в тальках СаО принимается иногда за основу их
потребительской классификации. Такие тальки более пригодны
для производства бытовых изделии, так как СаО содействует по-
вышению прочности черепа и уменьшает влажностное расшире-
ние. Вместе с тем керамические массы с повышенным содержа-
нием талька (более 15%) проявляют склонность к впитыванию
глазури. Это требует более вязких глазурей — с волластонитом
или с повышенным содержанием глинозема.
Плотная порода со скрытокристаллической структурой и
жирным блеском называется стеатит (от греч. атеар— жир).
У стеатита более интенсивны рентгеновские рефлексы, чем
у талька.
Тальк гидрофобен, его твердость всего 1,5—2, по Моосу; в по-
рошке характерен своей адгезионной способностью и прилипает
к гладким поверхностям; стоек по отношению к кислотам и осно-
ваниям, плохо размалывается, придает скользкость трущимся де-
ревянным частям, плохой проводник тепла и электричества.
В очень тонко измельченном состоянии имеет высокую белизну
(ДО 94%).
Добытую тальковую породу подвергают сортировке, магнит-
ному обогащению, тонкому измельчению и воздушной сепарации.
Используют также флотацию, позволяющую осадить карбонатную
часть и повысить содержание талька до 98%.
В керамическом производстве используется около 6% добы-
ваемого талька. Более широко он применяется в фармацевтиче-
ской, резиновой, кабельной, бумажной, пищевой промышленности.
Тальк устойчиво адсорбирует кислые субстантивные красители и
микроорганизмы из питьевой воды.
Изучение алгуйского талька Красноусовой [138] показало, что
огнеупорность его около 1500°, спекание —при более высоких тем-
пературах, чем онотского (после обжига при 1350° водопогло-
щение алгуйского составило 21—22%). Термограмма (рис. 10)
показывает наличие трех эндоэффектов: при 100° —выделение
гигроскопической влаги, при 575° — превращение кварца (содер-
жание кварца в тальке от 2—7 до 23—25%), при 960° —выделе-
ние конституционной воды. Общая потеря при прокаливании
3,35—4,44%, усадка 3—7% при 1300°. ’
Экзотермического эффекта у талька нет, что, возможно, объ-
ясняется распадом нестабильных промежуточных образований
nMgO-mSiOa при возникновении клиноэнстатита MgO-SiOj — теп-
лота кристаллизации тратится на теплоту деструкции этих проме-
жуточных образований, многократно изучавшихся исследовате-
лями [139].
Метасиликат магния построен из одинарных цепей, образован-
ных тетраэдрами (SiOJ, сочлененных вершинами; ионы магния
располагаются между звеньями пар этих цепей [140]. Возможность
структурных колебаний в сочленении таких цепей и некоторые
изменения вследствие этого в размещении ионов магния опреде-
ляют многообразие форм метасиликата магния, из которых на-
дежно определены четыре, но описано их больше, в том числе ме-
тастабильные у и ₽, М, и М2 [139].
По Фостеру [141], энстатит переходит в клиноэнстатит через
протоэнстатит. Усцов и Собора наблюдали образование прото-
энстатита у алгуйского и онотского тальков при обжиге выше
4 Заказ М 2И1 97
1400° [142]. Образование клиноэнстатита может быть условно вы-
ражено уравнением 3MgO-4SiO2=3(MgO-SiO2) + S1O2.
Метасиликат магния образует с некоторыми другими минера-
лами твердые растворы, например пироксены (Mg, Fe) SiO3, ши-
роко распространенные в земной коре и в каменных метеоритах.
В пироксенах характерно отсутствие конституционной воды и дру-
гих летучих компонентов, чем пироксены отличаются от амфибол
(структура из сдвоенных цепей) и от слюд.
Перестройка метаталька сопровождается ослаблением связей
в интервале 700—1000°, что обнаруживается по появлению опти-
мума растворимости MgO в 20%-ном растворе хлористого .аммо-
ния и кремнезема — в 10%-ном растворе соды [143]. После 900°
растворимость MgO в тальке снижается, так как начинаются ре-
акции образования фазы клиноэнстатита. Кривая диэлектриче-
ских потерь также имеет скачок при 900° [144]. Возникший клино-
энстатит плавится инконгруэнтно с увеличением объема на 11%,
распадаясь при 1557° на стекло и форстерит 2MgO SiO2, который,
в свою очередь, плавится конгруэнтно при 1890°. Практически ор-
тосиликат магния — форстерит может появиться в прокаливаемом
тальке уже при 1400°.
При давлениях порядка 130—150 кбар и 500° ромбический фор-
стерит переходит в кубическую шпинель. Тальки плавятся при
температурах от 1490 до 1650°. При охлаждении до 1010° появля-
ется высокотемпературная форма клиноэнстатита, которая при
995° превращается в низкотемпературную с увеличением объема
примерно'на 4%. Это превращение может служить причиной рас-
трескивания керамических деталей, содержащих в своем составе
клиноэнстатит.
Изменения в тальке при обжиге характеризуются тем, что ме-
ханическая прочность резко возрастает начиная с 1000° и дости-
гает прочности в 585 кгс/см2 при изгибе после обжига при 1250°;
пористость (водопоглощение) также резко снижается после 1000—
1100°, а усадка плавно растет, достигая 4,5%.
Диэлектрические потери претерпевают задержку в области
800—900°, после чего они резко снижаются до 10—15' (tg6 =
=0,003—0,0015) после обжига при 1300°. Последнее обстоятель-
ство имеет промышленное значение — тальк используется в стеа-
титовых массах для изготовления высокочастотных диэлек-
триков.
С увеличением тонкости помола талька увеличивается расхож-
дение усадок между диаметром и высотой спрессованных образ-
цов. Коэффициент линейного расширения обожженного талька
изменяется от 4,9-Ю-6 при 1250° до 4,0-10-6 при 1440° [145].
Умеренный ввод талька в керамические массы, в том числе и
в шамотные, повышает их термостойкость [146], но снижает интер-
вал спекания; для увеличения интервала спекания вводят наряду
с тальком каолин.
Пирофиллит. Этот лучисто-пластинчатый минерал моноклин-
ной сингонии структурно подобен тальку; в его октаэдрической
98
подрешетке размещены
ионы алюминия вместо
ионов магния в подрешет-
ке у талька.
Формула пирофиллита
А12Оз-48Ю2-Н2О. Хими-
ческий состав приведен
в табл. 22, он свидетель-
ствует о наличии избы-
точного кремнезема в
обоих пирофиллитах. Его
п,=1,600, Пт=1,588,
п„= 1,552, 27=53—60°.
Пирофиллит находится
в некоторых метаморфи-
ческих породах, в част-
ности в пирофиллитовых
сланцах Волыни (на гра-
нице УССР и БССР),
в Казахстане, в гидро-
в Закавказье (Заглик,
Шарукар). Большой из-
вестностью пользуется
японский пирофиллит.
Показателем фазовых
изменений при обжиге
может в некоторой сте-
пени служить направле-
ние хода диэлектрической
характеристики е при со-
блюдении постоянной ча-
трического поля [147].
В рентгенограммах
прокаленных при разных
температурах пирофилли-
тов отсутствуют линии,
отвечающие какой-либо
промежуточной фазе, воз-
никающей и затем исче-
зающей при дальнейшем
прокаливании. Судя так-
же по растворимости
ионов алюминия в 6%-ной
НС1 и кремния в 10%-ной
температуры прокалива-
ния, можно считать, что
образование муллита в пирофиллите происходит сразу между
1000 и 1100° [148].
Выделение конституционной воды происходит при 600—700°,
но не сопровождается такой. значительной деструкцией решетки,
как в каолините. Огнеупорность пирофиллитов от 1610 до 1710°.
Мягкость пирофиллита позволяет легко вытачивать из него до
обжига детали, которые после обжига при 1050° сохраняют форму
и размеры. Прочность после обжига при 1300° соответствует ана-
логичному показателю фарфора, к. т. р. в среднем 6-10-®.
ПОЛЕВЫЕ ШПАТЫ, ПЕГМАТИТЫ И ЗАМЕНИТЕЛИ
Универсальным плавнем в технологии тонкой керамики, произ-
водстве глазурей и эмалей выступают полевые шпаты. Зем-
ная кора состоит более чем на 50% (массовых) из полевошпато-
вых пород, ио местонахождения полевых шпатов, пригодных для
промышленной разработки, весьма ограниченны и в подавляющем
большинстве исчерпаны. Наиболее распространенными полево-
шпатовыми породами являются граниты — породы глубинного про-
исхождения.
Излившиеся (эффузивные) породы гранитного состава назы-
ваются риолитами. Перекристаллизованное стекло того же со-
става называется обсидианом. Интрузивные породы менее кис-
лого, чем гранит, состава (без свободно выделившегося кварца)
называются сиенитами, а их поверхностные и лавовые аналоги —
трахитами. Породы с еще большим недостатком кремнезема и
наличием наряду с полевым шпатом нефелина называются н е -
фелиновыми сиенитами, а их поверхностные аналоги —
Со всеми типами этих пород связаны пегматиты. Они
представлены особыми геологическими телами — жилами, реже —
линзами и телами неправильной формы. Пегматиты характеризу-
ются следующими чертами: 1) необычайной крупнозернистостыо
(иногда гигантозернистостыо) минеральных индивидуумов;
2) наличием минералов, содержащих редкие, редкоземельные и
летучие компоненты: 3) наличием закономерного срастания ка-
лиевого полевого шпата и кварца (графическая или пегматито-
вая структура) с определенными количественными соотношениями
этих минералов.
Для керамического производства большое значение ' имеют
гранитные пегматиты обычно следующего состава: полевых шпа-
тов 60—70%, кварца 25—30%, слюды и других минералов — ос-
тальное. Пегматиты и указанные выше полевошпатовые породы
выступают как заменители полевых шпатов.
Потребность в 1975 году отечественного фарфорового и фаян-
сового производства составляет около 122 тыс. т и для производ-
ства высоковольтной керамики требуется 130 тыс. т пегматитов.
Помимо пегматитов необходим собственно полевой шпат для гла-
зурей и для подшихтовки некоторых масс (например, на гусев-
ском камне) и для изготовления фарфора повышенной прочности
[149]. Мировое производство полевого шпата в 1970 г. составляло
около 2,5 млн. т.
Полевые шпаты — ортоклаз KfAlSiaOs] — моноклинной синго-
нии, альбит Na[AlSisOs]—триклинной сингонии и анортит
Ca[Al2Si2O8] —триклинной сингонии. Эти минералы встречаются
не часто, представляя минералогическую ценность. Помимо ука-
занных щелочных элементов, полевые
шпаты иногда содержат 2—3% руби-
дия и цезия. Незначительные примеси
железа почти всегда постоянно при-
сутствуют в кристаллической решетке
полевых шпатов, замещая атом алю-
миния. Схема пространственного со-
единения тетраэдров [SiOJ и [A10J
в четверные и шестерные кольца
в комплексах К (Na) AhSieOm в соот-
ветствии с идеями Брэгга показана на
рис. 29.
Кремнекислородные кольца, свя-
занные p-связями, могут еще сохра-
няться в расплаве, в то время как
ионы алюминия и щелочных металлов
уже оторвались от колец по более
слабым s-связям.
Постепенность разрыва р-связей
позволяет объяснить растянутый про-
цесс расплавления шпата и «блоко-
вый» механизм его растворения; такой
Тороповым и Румянцевым.
В сводке исследований о современном состоянии структур по-
левых шпатов [150] авторы подчеркивают несколько обстоятельств,
весьма интересных для технологии. Во-первых, во всех изученных
структурах тетраэдры [Al, Si]Os существенно искажены по срав-
нению с идеальной формой, и поэтому природа упорядоченности
не играет большой роли при определении геометрии структуры,
а тем более при изучении структуры расплава полевых шпатов.
Во-вторых, структура низкотемпературных и высокотемператур-
ных альбитов и ортоклазов характеризуется значительно большей
упорядоченностью размещения атомов А1 и Si в первых, чем во
вторых; низкотемпературную модификацию альбита Фергюсон —
Тайлор перевели в высокотемпературную нагреванием при 1065°.
В-третьих, реальные кристаллы полевых шпатов построены из
доменов, которые складываются в тонкие пертитовые структуры
(более грубые для низкотемпературных образцов). Учитывая ра-
боты Смита, показавшего, что две структуры точно соответствуют
только в плоскости их срастания и существенно отличаются в на-
правлениях, перпендикулярных этой плоскости, можно обосно-
вать предположение о распространимости и на полевые шпаты
представлений о блочной (мозаичной) структуре. Тогда вопросы
диффузии, например ионов алюминия при образовании фарфоро-
вого черепа, получают возможность некоторой количественной
оценки (см. стр. 430). В-четвертых, серия альбит —анортит с пол-
ной взаимной растворимостью в любых соотношениях крайних
членов этой серии в структурном отношении вовсе не является
примером полного изоморфизма.
Из трех систем К2О—А12О3—SiO2; Na2O—А12О3—SiO2; СаО—
А12О3—SiO2 имеют практическое значение для керамических про-
изводств две первые. Квазибипарная система KAlSi3Os, опублико-
ванная (1935) Шерером и Боуеном, приведена в исправленном
Шерером виде [151] на рис. 30. Непрерывный ряд твердых раство-
ров в расплаве характеризуется минимумом (Е) па кривых лик-
видус-солидус, отвечающим 65% альбита и 35% ортоклаза.* Ли-
ния AD — кривая ликвидуса для лейцита, линия DEF — кривая
ликвидуса для щелочных полевых шпатов с минимумом при
1063±3°.
Образующиеся «сухие» расплавы практически остаются стекло-
видными и лишь с трудом кристаллизуются (метод принудитель-
ной кристаллизации Пономарева). Весьма существенную роль,
содействующую кристаллизации таких расплавов, играет вода.
Вместе с тем растворенная в расплаве вода понижает кривую
солидуса. Эти обстоятельства могут быть использованы в техно-
логии обжига керамики.
Увеличение содержания KAlSiaOs в составе полевого шпата,
судя по рис. 30, расширяет температурный интервал плавления.
Так, чупинский калиевый шпат (чуп), содержащий около 70% ка-
лиевой составляющей в сравнении с белогорским (бел), имеющим
до 60% KAlSijOs, переходит в расплав при более высокой темпе-
ратуре и имеет интервал плавления шире, чем белогорский, по со-
общению Никулиной.
Твердые растворы ортоклаз — альбит при очень медленном ох-
лаждении распадаются, образуя пертитовую структуру — микро-
сростки альбита и микроклина или ортоклаза, обнаруживаемые
под микроскопом.
Минералогически полевые шпаты разделяют на две обширные
группы: 1) натриево-калиевые полевые шпаты и 2) натриево-
кальциевые полевые шпаты, плагиоклазы [152].
Для керамических производств имеют большое значение нат-
риево-калиевые полевые шпаты; среди них различаются минералы
решетке — моноклинной (ортоклаз) и триклинной (микроклин)
сингонии. Меньшее значение имеют плагиоклазы — твердые рас-
творы NaAISisOe и CaAhSizOs неограниченной растворимости. Для
удобства плагиоклазы разделяют на шесть групп: I — альбит, со-
держит до 10% анортита; II—олигоклаз — 11—20% анортита;
андезин — 21—50% анортита; IV — лабрадор — 51—70% анортита;
V — битовнит — 71—90% анортита; VI — анортит. Первые две
группы—кислые плагиоклазы; последние три — основные.
Тонкая структура полевых шпатов имеет вид трехмерного кар-
каса [Si, Al^Os, в котором часть ионов кремния замещена ионами
алюминия. Чем выше была температура кристаллизации магмы,
тем более неупорядочепны изоморфные замещения в полевых шпа-
тах. Ионы калия, натрия, кальция, бария, стронция размещены
в этом каркасе, занимая изометрические позиции, по Шибольду.
В пегматитовых жилах полевые шпаты ассоциированы с квар-
цем, слюдой, топазом, бериллом, турмалином, амфиболами, пирок-
сенами и другими минералами [151].
Плавятся натриево-кальциевые полевые шпаты конгруэнтно:
альбит при 1118°, анортит при 1550°. Ортоклаз плавится при
1170° йнконгруэнтно, образуя расплав и лейцит, который пла-
вится при 1686°. В калиевой системе имеется калиофиллит К2ОХ
XAl2O3-2SiO2 —огнеупорный минерал, плавящийся при 1800°.
При плавлении полевых шпатов в области температур 1300—
1360° происходит увеличение их объема у микроклинов на вели-
чину от 1,5 до 8,5% и у плагиоклазов — на 10—11%, что связано
с выделением мельчайших пузырьков газа (возможно — водяные
пары). Эти пузырьки газа придают беловатый оттенок охлажден-
ному составу. Расплав микроклина более жидко-молочно-белый,
расплав плагиоклаза более густо-молочно-белый, менее про-
зрачен.
Розенквист обнаружил в ряде щелочных полевых шпатов не-
большой эндотермический эффект при температуре около 900°, ко-
торый и объяснил фазовым переходом [153]. Аналогичный эффект
наблюдали Келер и Виден при 820° у альбита из Ришуна и при
780° — у анортита. Эти эффекты исследователи также относят
к фазовым переходам, хотя механизм этих переходов неясен.
В системе Na2O—А12О—SiO2, кроме альбита, имеются нефелин
Na2O-AI/)r2SiO2 и жадеит Na2O-Al2O3-4SiO2.
Природные р-нефелины (гексагон) превращаются при 1325—
1350° в кубическую модификацию; при быстром охлаждении об-
ратного превращения не наступает; при 687° появляется метаста-
бильная триклиническая (?) модификация, называемая корнегит.
Нефелин (нефелиновый сиенит) привлекает большое внимание
как плавень в тонкокерамических массах, широко используемый
в США. В европейских тонкокерамических производствах нефели-
новый сиенит пока не используется (за исключением Англии).
Причина отчасти в том, что калиевые полевые шпаты в расплав-
ленном состоянии обладают почти на один порядок большей вяз-
костью (10е П при 1300°), чем натриевые, обеспечивая поэтому
лучшую стойкость фарфоровых изделий против деформирующих
усилий при обжиге.
Для фарфорового производства более ценны полевые шпаты,
у которых отношение К2О : Na2O не менее 2.
Полевые шпаты (и их знаменатели) вводят в керамические
массы для образования стекловидной фазы, которая действует
трояким способом. Во-первых, она растворяет в себе другие со-
ставные части массы; во-вторых, придает пиропластичпость и
прочность материалу при обжиге, делая его способным в некото-
рой мере противостоять деформирующим усилиям от собствен-
ной массы обжигаемого изделия, и, в-третьих, способствует кри-
сталлизации новых кристаллических фаз из расплава (в част-
ности, муллита).
Степень участия полевых шпатов в керамических массах, на-
пример, такова: в хозяйственном фарфоре (в массе) '15—30%,
в полуфарфоре 25—35%, в витриес-чайпа 15—35%, в высоковольт-
ном фарфоре 32—45%.
Флюсующее действие полевых шпатов в керамической массе
становится заметным с 900°. По мере дальнейшего повышения
температуры происходит растворение в расплаве главным обра-
зом метакаолина, затем — кварца. Окись калия из полевого шпата
содействует увеличению интервала спекания и придает «густо-
плавкость» расплаву. Присутствие окиси натрия и в особенности
окиси кальция содействует значительному снижению температуры
плавления, вызывает сокращение интервала спекания и уменьше-
ние вязкости системы.
Считают, что калиевый полевой шпат способствует лучшей
Просвечиваемости фарфора, большей механической прочности и
лучшей термостойкости, чем натриевый, хотя этот вопрос дискус-
сионен. Характер плавления полевых шпатов может быть про-
слежен с помощью нагревательного микроскопа и дилатометра.
Интервал спекания микроклина (по Левину и Никулиной) по-
рядка 220°, плагиоклаза — порядка 140°.
Показателем интенсивности оплавления полевого шпата и ке-
рамической массы глазури может служить отношение высоты, си-
луэта цилиндра в объективе нагревательного микроскопа к на-
чальной его высоте (3 мм). Такой цилиндр готовят из порошка
изучаемого материала тонкостью порядка 60 мкм (сито 0056) на
декстрине.
Приложение фотоснимков силуэтов расплавляемого в нагре-
вательном микроскопе шпата вошло в практику оформления доку-
ментации к поставкам норвежских полевых шпатов (например,
у фирмы «Норфлот Фельдшпете»). На дилатометрических кривых
можно заметить начало спекания (НС), начало роста, пузыреоб-
разования (HP), конец роста, плавление (КР); на рис. 31 пока-
заны дилатометрические кривые микроклинов: белогорского — 1,
чунинского — 2, талды-курганского — 3 [154]. Большое влияние на
начало плавления и на полное расплавление оказывает размер
зерна полевого шпата и скорость подъема температуры. Чем
тоньше зерно и медленнее нагрев, тем ниже температура плавле-
ния и тем она ближе к теоретической.
Для сравнения оплавления полевых шпатов возможна система,
принятая некоторыми исследователями при использовании для
этих целей нагревательного микроскопа [155]. По этой системе
обозначаются только две температурные точки: НО — начала оп-
лавления ребра цилиндра и ОП- образования полусферы.
Количества кварца и каолина, которые может растворить
в себе расплав полевого шпата, изменяются в весьма широких
пределах (табл. 23).
т2=а Кр°“?е°
1350 48—67 % Попова, 1940 г.
1350 36% —
Не указано 70% — Бунцли,
1425 32 г на 36 г на Пармели и
100 г шпата 100 г шпата Амберг, 1919 г.
1425 40 г на 20 5 г на Пармели’и
100 г шпата 100 г шпата Амберг, 1919 г.
1400—1460 60—70 г на 11 г на Цельнер,
100 г шпата 100 г шпата 1908 г.
Плагиоклазы могут несколько заменить микроклин, как это
было показано Келером и Поповой, а также Барашенковым [156],
но замена эта не в лучшую сторону, так как плагиоклазовое
стекло сообщает фарфору меньший интервал спекания и более
легкую деформируемость при обжиге изделий. Требования к по-
левым шпатам по составу приведены в ГОСТ. Ограниченность
перспектив применения полевых шпатов изложена Козыре-
вым [157].
Пегматиты. В настоящее время полевые шпаты добываются из
пегматитовых тел. Ранее разрабатывались пегматитовые жилы, со-
стоящие почти из чистого микроклина. Такие месторождения прак-
тически исчерпаны.
В пегматитах очень часто присутствует слюда — вредная при-
месь в технологическом отношении: она вносит «мушку», портя-
щую товарный вид тонкокерамических изделий (в особенности
биотит, который дает темную «мушку»). Пегматиты характеризу-
ются крупнозернистой текстурой и взаимным прорастанйем поле-
вого шпата и кварца.
В отличие от пегматитов аплиты тонкозернисты, имеют анало-
гичный минералогический состав. Запасы и тех и других ограни-
чены. Наличие примесей в пегматитах вызывает необходимость их
обогащения путем тонкого помола и последующих операций су-
хого, водного и магнитного отделения примесей.
Довольно типичная схема обогащения пегматитов состоит из
операций: измельчения крупных кусков щековой или конусной
дробилкой с последующим грохочением, размола с помощью сталь-
ных стержневых мельниц до частиц 0,8 мм (при этом происходит
намол железа 0,2—0,3%), электромагнитной сепарации в поле
напряжением 16—20000 Э.
После этого этапа могут быть применены два варианта: 1) су-
хой помол по замкнутому циклу в конической мельнице с воздуш-
ным сепаратором типа «Альпино» до частиц размером 44 мкм и
2) мокрый помол в шаровых мельницах до 200 мкм с последую-
щей флотацией в кислой среде, фильтрацией и сушкой.
106
При измельчении и грохочении микроклин — наиболее-'ценная
часть пегматитов — может уйти в значительной мере в ртходй
с пылью, так как полевые шпаты менее тверды, чем кварцевая
составляющая, и обладают спайностью. Поэтому либо обеспечи-
вают герметизацию измельчающих устройств, либо предусматри-
Осуществляется проба пегматитов и шпатов на «мушку» пу-
и осмотра поверхности охлажденного расплава («мушки» не
должно быть).
На полевой шпат' и пегматит для тонкой керамики имеется
ГОСТ 7030—67, а на кварцполевошпатовое сырье для фарфорово-
фаянсового производства ГОСТ 15045—69.
Основные отечественные источники пегматитов на ближайшие
годы таковы. В северной Карелии — Хета-Ламбино (в районе Чупы)
и другие; в центральной Карелии — месторождения Беломорского
района; в южной Карелии — приладожская группа (Луппико и
др.). Материал пегматитов представлен микроклином и плагиок-
лазом в разных соотношениях. На Кольском полуострове — Ен-
ское месторождение (микроклин и Плагиоклазы). В Кондопоге и
Чупе имеются пегматитовые обогатительные заводы. Карелия по-
крывает почти 2/з потребности фарфорово-фаянсовых производств
в полевошпатовом сырье.
На Урале — Малышевское месторождение. Вблизи Усть-Каме-
ногорска— Белогорское месторождение микроклина и альбита.
В Узбекистане — Лянгорское месторождение микроклиновых и
плагиоклазовых пегматитов, в Казахстане —Талды-Курганское
месторождение, в Сибири — Нарын-Кунтинское, под Иркутском
(микроклиновый пегматит), Мамско-Чуйское, к северу от Байкала,
располагающее очень большими запасами высококачественных
шпатов и микроклинов.
Небольшое значение в общем балансе запасов и потребления
имеют украинские пегматиты — Елисеевское, Андреевское, При-
азовское и другие месторождения. Химический состав полевых
шпатов и пегматитов приведен в табл. 24.
Керамическая промышленность Западной Европы ориентиру-
ется в основном на финские и норвежские пегматиты; использу-
ются также пегматиты южноафриканские, французские, герман-
ские, португальские.
Заменители пегматитов. Нефелиновый сиенит — щелочная
глубинная интрузивная порода, состоящая Из нефелина
KzO’SNasO-aAlsOs-OSiOj, микроклина, альбита и минералов-при-
месей— слюды, роговой обманки, магнетита (табл. 24).
Впервые Пермяков и Оминин [158] показали технологическую
возможность замены в производстве керамики полевого шпата
нефелиновым сиенитом. Однако последний нуждается в хорошо
организованном обогащении, так как в нем много Ре2О3. Обога-
щенный -нефелиновый сиенит начинает сплавляться с 940Q и,
выступая хорошим плавнем и муллитообразователем, широко ис-
пользуется в американской керамической промышленности [159].
Американские обогатительные фирмы предлагают несколько марок
по крупности обогащенного нефелинового сиенита, но предпочти-
тельным является особо тонкомолотый, обеспечивающий относи-
тельно раннее спекание и созревание керамического черепа. Со-
держание Fe2O3 в нефелиновом сиените (штат Онтарио, место-
рождение Синие горы) 2%, после обогащения составляет всего
0,08%.
В СССР известны обширные месторождения нефелиновых сие-
нитов на Кольском полуострове, в Хибинах, на Урале (миаскиты),
на Украине (мариуполиты), в Сибири.
Материальные составы некоторых отечественных масс с уча-
стием нефелин-сиенита таковы: для облицовочных плиток (обжиг
1050—1080°)—глины 32%, каолина 16%, кварца 22%, нефели-
нового сиенита 20%, доломита 5%, черепа 5%; для половых пли-
ток (обжиг 1080—1110°) —глины 70%, нефелин-сиенита 30%.
Граниты и ортофиры. Наиболее интересны светло-серые и р'о-
зовые граниты Кольского полуострова с высоким содержанием
микроклина (до 70%) и практически без включений темных разно-
видностей слюды и окиси железа (до 0,7%). Ортофиры — излив-
шиеся аналоги сиенитов. Они также содержат ортоклаз, мало
кварца. В отличие от гранитов встречаются сравнительно редко.
Как те, так и другие требуют обогащения [160]. Механизация их
добычи и обогащения осуществима в больших масштабах; обога-
щенный продукт поэтому может быть более однородным.
Для обогащения необходим предварительный тонкий размол,
например до остатка 0,3% на сите № 009; весьма эффективно дей-
ствует предварительный обжиг материала при 900 , вызывающий
разрушение кварцевой и полевошпатовой составляющих. Обога-
щение на электромагнитном сепараторе, например 138 Б-СЭ, при
напряженности магнитного поля 12 000 Э и силе тока 8 А. После
четырехкратного пропускания выход концентрата 55% при сни-
женном в восемь раз содержании железа. Вредной загрязняющей
примесью выступает биотит. .
Так, крупнозернистый гранит рапакиви (из месторождения
вблизи Питкяранты) имел до обогащения 2,5% Fe2O3 и 0,2%
ТЮ2. После обогащения методом замкнутого цикла флотации вы-
ход кондиционного сырья составил 65,6% от исходной руды, со-
держание Fe2O3 снизилось до 0,2%, ТЮ2 остались следы, то есть
продукт стал соответствовать нормам. Содержание щелочей со-
ставило: Na2O —3,2—3,4%, К2О —5,9—5,5%, по Дмитриевой. Ог-
неупорность этого гранита 1280° [161].
Альбитофиры. Это светлоокрашенная тонкокристаллическая
эффузивная кварцево-полевошпатовая порода (главным образом
альбит), плавящаяся в интервале 1250—1380°; может быть исполь-
зована в производстве фарфора как заменитель полевых шпатов,
но нуждается в обогащении [162]. Необогащенный материал при-
годен для каменного товара.
Химический состав северокавказских альбитофиров, по данным
лаборатории треста «Севкавцветметразведка», таков: S1O2— 75—
ООО/ Л I ГЛ Ю 1 Л О/ Т.П ООО .покос __ГГ-!__1 10/.
CaO-
) —0,1—0,8%, МнО ' 0.1. 0.3%,' К2О-
.,TO,..v,v -4,4%, П п п—0,4—1,4%. Содержание
К2О значительно меньше, чем Na2O, что существенно влияет на
технические свойства такого альбитофира.
Опробование обогащенного северокавказского альбитофира
В' производстве фарфоров твердого (25% альбитофира в составе
массы) и мягкого (56% альбитофира) было сделано Гофманом
с положительными результатами [163].
Перлиты. Это распространенная порода в виде водосодержа-
щего вулканического стёкла, к которому относится обсидианы,
Пехштейны, привлекла внимание сравнительно недавно как мате-
риал для вспучивания и получения теплоизоляционных и термо-
стойких изделий. Средний состав перлитов — кремнезема 70—75%,
глинозема 12—15%, окислов железа 0,5—2%, окиси кальция 1—
2%, окиси магния 0,1—1,3%, щелочей много — 5—8%, потеря при
прокаливании весьма разнообразна — от 0,25 до 7—12%. Таковы,
например, перлиты Приморского края, арагацкий, кельбаджар-
ский и др.
Перлит как заменитель полевых шпатов был в последние годы
введен в отечественную керамику Хизанишвили и работниками
НИИстройкерамики Кондрашовым, Павловым, Красноусовой
[164]; перлит оказался весьма пригодным дли этой цели там, где
не требуется высокая белизна изделий. Размягчение перлитов на-
чинается с 1040—1070°, огнеупорность 1300—1,32.0°.
Перлит во вспученном виде используется в качестве легкого
заполнителя тепло- и звукоизоляционных плит, в строительных
растворах, в фильтрах, в засыпной изоляции и т. д.
Термодинамическое описание вспучивания перлита дано.Ахун-
довым и Рохваргером [165]. Для Получения вспученного перлита
породу измельчают до размера кусочков не более 6 мм, высуши-
вают и обжигают в печах специальной конструкции (с крутым
наклоном); перлит почти сразу попадает в зону действия пла-
менных газов с температурой 1200°, вспучивается и, пройдя ох-
лаждающий участок печи, ссыпается в виде шамота-легковеса
в бункер (силос). На основе такого шамота производят два типа
материала — строительный реопорит I, состоящий из 70% перли-
тового вспученного шамота и 30% местной легкоплавкой глины,
спрессованный в виде плит и камней и обожженный при 900°, и
реопорит II огнеупорный для кладки неответственных зон про-
мышленных печей, состоящий из огнеупорной глины (плавление
при 1710°) 30%, шамота из этой же глины 55%, всцученного, пер-
лита 15% и добавки 0,3% поверхностно-активного вещества в виде
диизрбутилнафталина и сернокислого аммония; изделия из реопо-
рита II обжигаются при 1350—1400° и служат при температурах
порядка 1200°. Технология реопоритов разработана Венгерским
Оригинальная технология вспучивания перлита в печи с кипя-
щим слоем разработана Ахундовым, Кондуковым, Полинковской
[166]. Технология изготовления перлитовых теплоизоляционных ма-
териалов на фосфатной связке разработана Сартаковым [167].
В зависимости от вида связки у нас изготовляют разнообраз-
ные теплоизоляционные изделия на основе вспучивания перлита
(объемная масса вспученного песка 60-12(1 кг/м3).
В последнее десятилетие большое внимание на перлитовую ке-
рамику обращено в Англии. Для получения вспученного перлита
объемной массой 60—120 кг/м3 отгрохоченную дробленую породу
подвергают быстрому обжигу при подъеме температуры с 250 до
1500° за 5—8 с и быстрому охлаждению до 400°. Потеря массы
перлита при этом составляет 10—12%. Печи — вертикальные или
наклонные, работающие на жидком топливе.
Мировая добыча перлита достигает 1 млн. т в год, из них 70%
ляют перлит, импортируемый из Греции, Италии (о. Сардиния),
Исландии, Южной Африки, Австралии.
лика белых и светло-серых тонов, залегающие в виде жил и пла-
стовых интрузий. Так же, как и кварцевые порфиры, распростра-
нены во многих местах — на Кавказе, на Камчатке, в Приморье,
в Северной Америке (Скалистые горы), на Липарских островах
в Средиземном море. Интересны для тонкокерамической промыш-
ленности те из них, которые дают после обжига при 1350° мате-
риал белого цвета или со слабым сероватым оттенком; они при-
годны для производства полуфарфора (1280°), а некоторые из
них, например риолиты Сергиевского месторождения в При-
морье,— для производства фарфора (1380°).
По составу Сергиевские риолиты содержат кремнезема 76—78%
глинозема 12—18%, красящих окйслов в сумме 0,2—0,5%, щело-
чей КзО — 4,3—5,2% и Na2O — 2—2,5%. Залегают риолиты Сергиев-
ского месторождения «потоком» шириной 150—200 м, мощностью
100 м на расстоянии 1 км.
Исмайлова показала возможность хорошего использования
азербайджанских липаритов для производства кислотоупоров, ка-
нализационных труб и плиток [168]; в этих липаритах SiO2 73,5—
77,5.%, А12О3 13—14%, Fe2O3 0,8—1,4%., щелочей 2,5—5,5%.
Собственно кварцевые порфиры (палеотипный аналог липа-
рита), по Исмайловой, могут выступать даже как главный вид
сырья в производстве кислотоупоров.
Лестивариты— лейкократовая щелочная аплитовидная порода,
плотная светло-серая тонкозернистая (до 85% полевых шпатов,
Около 1% слюды, 8—10% кварца), плавится при 1350°, выступает
как хороший плавень, содействующий муллитообразованию.
Аляскиты (лейкократовый гранит)—породы, состоящие из по-
левого шпата, кварца, примеси биотита, например Анкованского
месторождения (Армения); после электромагнитного обогащения
пригодны для производства полуфарфора и глазури, по опытам
Алавердовой и Силкиной на Ереванском фаянсовом заводе. Аляс-
кит был успешно применен Куколевым и Скоморовской в массах
для высоковольтного фарфора, опробованных на Славянском за-
воде, хотя соотношение К2О : NaaO в массах при этом понизилось.
В отдельных случаях наличие щелочесодержащих минералов
в каолине делает его пригодным для производства фарфора без по-
левого шпата. Примером может служить полетаевский гидрослю-
дистый каолин, макванетский каолин в Грузии (содержит 3,5—
4% щелочей), джарданакская глина, по Безбородову [169].
В Англии широко используют «корнвалийский камень» —
сильно каолинизированный гранит, в ФРГ — аплиты, порфиры,
в Японии —липариты и частично разложившиеся граниты [170].
КВАРЦ
Кремнезем выступает как «скелетообразующий» компонент в Л
структурах силикатных расплавов и отвердевших стекол и как
кислотное начало в пирохимических реакциях, протекающих в ке-
рамических композициях и глазурях при обжиге. В керамических
производствах используется кварц жильный молотый, кварцевый I
песок, кварцевые отходы каолиновых заводов, трепел, диатомит,
маршаллит, си-штоф. Химический состав некоторых кварцевых ма-
териалов приведен в табл. 25.
Кварц — фаза кремнезема, вероятно, стабилизированная при-
месями, в частности, это касается воды или групп ОН, присутст-
вующих в кварце и снижающих при расплавлении вязкость, плот-
ность, показатель преломления и повышающих коэффициент тер-
мического расширения кварцевого стекла. Кварц — плотность
2,655, По=1,544, лс=1,553; кристобалит —2,33, «=1,485, триди-
мит— 2,37, «=1,476.
В кварце содержатся жидкие включения размером 40—90 мкм
и поры, заполненные газом. При прокаливании жильного кварца
(1200—1500°) эти включения быстро уменьшаются, по краям пор
образуется расплав и начинается кристобалитизация; часть вклю-
чений сохраняется до 1700° [176].
Переход гексагонального р-кварца в а-кварц тетрагональный
(рис. 32) происходит при 573° и сопровождается поглощением
тепла 140 ккал/моль (наиболее вероятные данные Судо и соавто-
ров [171]); вместе с тем на 0,8% увеличивается объем кварца, что
(в соответствии с представлениями о s- и p-связях) сопровожда-
ется неодинаковым расширением кристалла по кристаллическим
осям и его растрескиванием. Этим свойством кварца пользуются
для облегчения его размола. Резкое расширение кварца при тем-
пературе трансформации, а после нее остановка расширения и
даже чуть заметное сжатие заслуживают внимания как в химиче-
ческом отношении.
При 1050° а-кварц в присутствии примесей превращается
в а-кристобалит с увеличением объема на 14,4% и затратой тепла
200 ккал/моль. Обратный переход а-кристобалита в р-кристобалит
сопровождается изменением объема на величину около 4%, что
вызывает растрескивание динасовых огнеупоров.
О тридимитах имеются весьма различающиеся суждения, из-
ложенные Бережным [29]. Переход кварца в тридимит происходит
при 870° и тридимита в кристобалит — при 1470°. Переходы эти
обратимы.
fi-кварц к-кварц
Из диаграммы (рис. 33) видно существование двух форм
кварца, стабильных при повышенных давлениях,— коэсита и стишо-
вита. В структуре коэсита тетраэдры соединены вершинами по че-
тыре в кольца, два смежных кольца соединены в одной вершине
тетраэдра в цепи, параллельные (010) или (101), что создает слои-
стую структуру из цепочек тетраэдров.
Коэсит имеет плотность 2,90, п= 1,602, стабилен до 1165° при
нормальном давлении, при более высоких температурах переходит
в кварц (в отсутствие воды) и затем в кристобалит. Коэсит плохо
растворяется в плавиковой кислоте.
При давлении 100—180 кбар и 1200—1400° кварц превраща-
ется в стишовит (плотность 4,28, п= 1,812), структура которого
состоит из октаэдров [SiOe], как у рутила [Т1О6], что и придает
высокую плотность стишовиту. Он не растворяется даже в горя-
чей плавиковой кислоте и стабилен при нормальной температуре
до 430°, превращаясь при более высоких температурах в кварц,
затем в кристобалит; перспективно интересен как один из самых
химически стойких материалов.
Плавление кварца (при нормальном давлении) происходит при
1400—1500° и начинается по границам зерен, распространяясь
постепенно в глубину кристалла. Теплота плавления 2,1 ккал/моль.
Образующееся стекло плотностью 2,204 и «=1,458 имеет понижен-
ную прочность связи и вследствие своей рыхлости проницаемо для
диффузии молекулярного кислорода (при 850—1250°). Коэффи-
циент термического расширения кварцевого стекла очень низок
,Si02 —^(давление) Волокнистая
_________J j ^Китат №!'
I 't'V
fi (. J * *
ЕЛ . /(лешатель
Рис. 33. Система кремнезема; схема превращений SiO, (при нагревании или
р или K/ifiAV [Q], где Р=0,001 кбэр=1^ ~ т^ота перехода,ккал/моль; Д V —измене-
Кварц из пегматитовых жил Чупин-
ского месторождения (Северная Ка-
релия)
Жильный кварц нарын-кунтинский
Иркутской области
Джезказганский кварц (Карагандин-
Медвежьегорский белый кварцит (Ка-
Люберецкий песок
Часов-ярский песок
Просяновские отходы непромытые
То же, промытые
Глуховецкие отходы непромытые
То же, промытые
SlOj TIO, А1аО3
92,14-97,70 0,02—0,11 1,12-4,52
97,7—98,7 Следы 0,51—1,61
97,91 Следы 0,86
98,78 0,05 0,52
98,68—99,5 0,06—0,5 0,28—0,02
99,4—99,7 Следы 0,1-0,5
97,33—97,9 0,74—1,03
87,8 0,06 7 65
91,1 0,08 5 80
92,5 0,09 4 60
96,5 0,08 1,4
(0,-5-10 6) и обеспечивает превосходную термическую стойкость из-
делиям из плавленого кварца.
Кремнезем при высоких температурах заметно летуч и до-
вольно легко переносится газовой фазой, особенно в восстанови-
тельных условиях. При 1800° упругость пара кремнезема равна
3-10-9 ат. При испарении кремнезем частично диссоциирует с об-
разованием твердой S1O (монокиси), которая метастабильна при
температурах менее 1200° и постепенно окисляется (даже в ком-
натных условиях) в кремнезем.
Другие разновидности Si2O3 и Si80i3 недостоверны. Структура
р-кварца, предложенная Брэггом, состоит из тетраэдров [S10J,
расположенных по спирали таким образом, что образуются по
оси с шестисторонние (считая по ионам кремния) каналы. Эти
спирали могут быть закручены вправо (правый кварц) и влево
(левый кварц). Разницы между ними в технологическом отноше-
нии, по-видимому, нет.
Переход в «-кварц характеризуется небольшой деформацией
шестиугольников, состоящих из ионов кремния, вследствие чего
правильные шестиугольники (для р-кварца) становятся немного
сплюснутыми с трех сторон (рис. 32).
В технологии тонкокерамических производств наиболее при-
годен жильный кварц или кварц, содержащийся в пегматитах.
Обычны требования в отношении содержания красящих окислов;
Согласно ГОСТ 7031—54, кварцевые пески для тонкой керамики
должны содержать кремнезема не менее 95% в первом сорте и
93% во втором сорте, окисей железа и титана соответственно не
более 0,2 и 0,3%.
Химический состав некоторых типичных кремнеземсодержащих
материалов приведен в табл. 25, по Лекаревой [172].
Fe2Os со MgO к,о Na,0 П. п. И.
0,03—0,14 0,22—1,22 0,03—0,57 0,18—0,84 0,14-0,74 0,3—0,29
0,08—0,10 0,31—0,48 0,11—0,15 0,09—0,25 0,07—0,12 0,14—0,24
0,08 0,45 0,2 0,11 0,1 0,16
0,14 0,15 Следы 0,16 0,05 —
0,02—0,01 0,005—0,003 0,28—0,45 Следы—0,3 СЛ0?25 0’14 в т™е - 0,13—0,05
0,04 0,05 о!б Ь2 o’oi Z
Весьма значительно Чупинское месторождение жильного
кварца в Карелии. Чупинская помольно-обогатительная фабрика
имеет возможность размалывать куски кварца до частиц, прохо-
дящих через сито 0056. Медвежьегорское месторождение в Каре-
лии белых кварцитов (более 10 млн. т) пригодно для использо-
вания в фарфоровом производстве.
сокой чистоты имеется в Мурманской области, однако промышлен-
Кыштымское месторождение Челябинской области богато
жильным кварцем, который обогащают для производства изделий
из плавленого кварца. Нарын-кунтинский кварц (Ольхонский
район Иркутской области) в меньшей степени обеспечивает по-
требности фарфоровой промышленности; месторождение эксплуа-
тируется , Хайтинским фарфоровым заводом. Джезказганский
кварц Карагандинской области — хорошее сырье для фарфоро-
вого производства.
Запорожский и Волынский кварцы имеют местное значение.
На кварц Лекаревой [172] составлены технические условия при-
менительно к требованиям фарфорово-фаянсовой промышленности
(табл. 26). Помимо отмеченных, имеется ряд других месторожде-
ний кварцев и кварцевых песков [50].
Содержание, % Сорта
высший | первый | второй
SiO2,3 не менее А12О3, не более 98’°8 1,08 0,10 - 0,15 95 о
В отношении кварцевых песков имеется общее указа-
ние—для целей керамической промышленности они не должны
быть пылеваты, размеры зерен желательно иметь 0,25—0,5 мм.
Большое практическое значение для фарфорового производ-
ства имеют кварцевые отходы после обогащения каолинов.
Они могут вполне обеспечить потребность производства тонкой ке-
рамики. Но эти отходы содержат после промывки некоторое коли-
чество каолинита и гидрослюды, а следовательно, повышенное ко-
личество глинозема, окиси кальция и окиси калия. Так, промытые
отходы просяновского каолина содержат 5—6% А1аО3, 0,6%СаО,
около 2% КгО. Эти отходы довольно однородны по зерновому
составу (зерна до 8—10 мм), содержат зерна полевого шпата до
12%, после обжига имеют белый цвет.
Глуховецкие отходы содержат зерна рутила, граната, извест-
няка. Размеры зерен весьма разнообразны, достигают 40 мм.
После обжига окрашены в желтоватые тона.
При использовании кварцевых отходов рекомендуется их про-
пустить через сито, имеющее 4 отверстия на 1 см2 для удаления
крупных зерен, которые, при размоле в шаровых мельницах оста-
нутся недомолотыми.
Си-штоф представляет собой отход химического производ-
ства при извлечении глинозема из каолинов и некоторых глин;
он может быть использован в керамических массах в количествах
не более 24% во избежание появления зыбкости масс.
Диатомиты (кизельгур, горная мука) — мощные скопления
остатков микроскопических диатомовых водорослей и скелетов ра-
диолярий, образовавшихся в морских и пресноводных отложениях
третичного периода (40 млн. лет назад), содержат 75—90% крем-
незема, до 5% глинозема, до 7% окиси железа и до 7% щело-
чей.; легкоплавки, тонкопористы; используются для производства
термоизоляционного кирпича по обычной кирпичной технологии,
для изготовления технических и бактериологических фильтров,
для полировки, в качестве адсорберов и катализаторов. Известно,
например, крупное месторождение диатомитов в Кисатиби (Ахал-
цихский район Грузинской ССР).
Трепелы состоят из тончайших зерен (0,005—0,02 мм)
аморфного кремнезема неорганогенного происхождения, связан-
ного с вулканической деятельностью, содержат примеси глины,
окислы железа, на ощупь нежны и легко растираются между
пальцами, имеют весьма разнообразную окраску светло-бурых и
красных тонов. Имеют то же назначение ,в промышленности, что
и диатомиты. Встречаются сланцевидные разновидности.
Месторождения трепелов довольно многочисленны — Жиздрен-
ское, Добужское, Инзенское, Ирбитское, Камышловское и др.
Как диатомиты, так и трепел имеют малую объемную массу —
0,22—0,87 т/м3, большое водозатворение — около 70—75%; в изде-
лиях— малую объемную массу — 0,6—1,2 т/м3, большую пори-
стость по водопоглощению — 50—80%, благодаря чему обладают
низкой теплопроводностью — 0,10—0,18 ккал/м-ч-°С.
Изучение и описание пористых слоистых материалов для филь-
трации и аэрации, способов их получения и областей применения
выполнено Смирновой и изложено в монографии [173]. Для изго-
товления фильтрующих материалов могут быть привлечены пемзы,
туфы, базальты, например андезитобазальты Арзнинского место-
рождения и камнеподобная порода Туманянского месторождения
Армянской ССР, которые после измельчения и спекания могут
дать регулируемый фильтрующий череп [174].
Глава 16
КАРБОНАТЫ
Керамическая промышленность использует карбонаты — мел,
мрамор, известняк, доломит, магнезит.
Мел — остатки микроскопических организмов (фораминифер),
отлагавшихся в пресноводных морях на протяжении 60 млн. лет.
Мел распространен широко на поверхности нашей планеты, так
же как и более твердая осадочная порода — известняки и еще бо-
лее твердая метаморфическая порода явного кристаллического
строения — мрамор.
Известняки, мрамор и мел выступают как строительные мате-
риалы самостоятельного назначения и весьма широкого исполь-
зования. Наиболее технологически чистые мел и мрамор исполь-
зуются в производстве фаянса, фарфора и глазурей в качестве
плавней. Хорошей известностью пользуется белгородский мел.
Доломит —двойная углекислая соль кальция и магния на-
ходится в природе как в виде плотной и твердой породы, так и
в виде более мягкой породы — опоки. Содержание СаО и MgO
в доломитах переменное, и при наличии 10—15% MgO известняк
называют доломитизированным. Известняк быстро растворяется
в соляной кислоте (1 : 10). На холоде доломит растворяется мед-
ленно, магнезит почти не растворяется.
Диссоциация СаСО3 происходит сравнительно легко, и при
900° упругость СО2 достигает почти атмосферного давления; ре-
акция сопровождается уменьшением объема материала на 10—
14%. Диссоциация CaCO3-MgCO3 сопровождается двумя эндотер-
мическими эффектами; первый относится к диссоциации магне-
зита при 55р—630°, второй —к диссоциации кальцита при 810—
855°. Плавятся СаО при 2600°, MgO при 2800°.
Окись кальция содействует спеканию масс и понижает темпе-
ратуру их плавления, сужая, однако, интервал спекания. Вместе
с тем добавка СаО в глинистые массы, не доводимые до спекания,
благоприятствует прочной связи глазури с телом изделия, усадка
и прочность черепа увеличиваются, пористость уменьшается.
Действие MgO на глинистые массы подобно действию силь-
ного плавня, но интервал спекания не столь сильно сокращается,
как от действия СаО, и MgCO3 менее опасен, чем СаО, в отношении
влияния на деформацию изделия при обжиге. Действие доломита
на глинистые массы более сильно, чем в отдельности СаСО3 и
MgCO3, что связано с взаимопроникновением кристаллических ре-
шеток обоих карбонатов.
Окислы MgO и СаО выступают как плавни благодаря обра-
зованию легкоплавких эвтектик, в частности —с кремнеземом.
Требование к чистоте карбонатов, применяемых для кера-
мики: не более 0,25% (в сумме) красящих окйслов, а количе-
ство примесей, не растворимых в соляной кислоте,—до 1,5%.
Содержание окйслов (в %) в высшем, I и II сортах доломита
для фарфоровых глазурей, по Лекаревой, предусматривается со-
ответственно: Fe3O3 — не более 0,05; 0,1; 0,15; СаО — ие более 32;
32; 33; MgO — не менее 19; А12О3 —не более 0,5; не растворимого
в кислоте остатка — не более 1,5; 3,0; 3,0.
Доломиты Орджоникидзевского и Ковровского месторождений
(среди других — Саткинское Челябинской области, Дехкапабад-
ское Узбекской ССР) отличаются наименьшим содержанием окиси
железа и постоянством состава.
ДАЦИТОВЫЙ ПОРФИР
Твердая порода, образованная в результате гидротермального
изменения кислой эффузионной породы типа дацитового порфира,
под названием «гусевский», или фарфоровый, камень находится
в месторождении недалеко от Владивостока.
Пригодность гусевского камня для производства фарфора за-
висит, по-видимому, от правильности отбора породы. Плотная раз-
новидность позволяет получить белый плотный череп фарфора при
обжиге с температурой 1400°; рыхлая разновидность вызывает по-
явление очень мелких вздутий на фарфоре при обжиге свыше
1350°.
Природная окраска породы изменяется от светлой, беловатой
до темно-серой и буро-черной. В породе иногда попадаются мелкие
зерна пирита, рутила и тонкочешуйчатого серицита. Страховым и
нами определено, что фарфоровый камень Гусевского месторож-
дения состоит из кварца, каолинита, гидрослюды и ректорита
в виде смешанослойного образования (мусковит и монтморилло-
Гусевский камень был опробован [175] в производстве для по-
лучения весьма белого фарфора (содержание г. к. составляло
57% в массе), результаты были положительны, белизна фарфора
достигла 78%. Выделены три основные разновидности [176] — бес-
щелочная с содержанием суммы щелочей до 0,5% (в ней као-
лина в среднем около 40% и кварца около 55%), щелочная с со-
держанием щелочей до 2,5—5% и нормально-щелочная с содер-
жанием щелочей до 2,5% (в ней каолина 20—30%, кварца
50—55% и гидрослюды 14—22%). Бесщелочная и нормально-ще-
лочная разновидности дают хороший фарфор, третья разновид-
ность— щелочная — дает фарфор пониженной белизны (66—
62%) и поэтому может быть использована для производства лишь
белого каменного товара. Химический состав приведен в табл. 6.
Минералогический состав твердой и рыхлой глиноподобной разно-
видностей указан в табл. 27.
Эта порода генетически близка японской, известной под назва-
нием «тосеки» с острова Кюсю (месторождения Амакуза, Ид-
зуси). Порода состоит из кварца (50—60%), каолинита (20—
Минеральные еоета.ля»Щн. Светло-серая Черная Рыхиаякреыр.
Кварц КПОЛИН ИТ Гидрослюда (серицит) Плагиоклаз Лейкоксен Окислы железа Углистое вещество 35*7—30*4 6,9—11,8 0,7-0,2 о.’з-оТ* 0,3— следы 0J 0,2 0,4 2,5 52*5—54^’* 27,7—30,1 18,8—14,6 0,4—0,3 0,2 0,4
30%), соединений КгО (3,05%), ЫагО (0,34%), SiO2 (74,5%),
AI2O3 (14,4%), FeaOg (1,0%). Обрабатывают тосеки на фарфоро-
вых заводах фирмы «Гайси Кайся» (г. Нагоя) в кулачковых дро-
билках до 0,3 мм, а затем — в шаровых мельницах 12 ч при за-
полнении 5 т материала и 6 т шаров.
Обжиг высоковольтных фарфоровых изоляторов, изготовленных
на массе с тосеки, производят при 1380°. Вводят в фарфоровую
В Китае с VII столетия н. э. используется в производстве фар-
фора «фарфоровый камень» месторождения Сань Бао-пень, пред-
ставляющий собой плотную породу светло-серого цвета с зеленова-
тым оттенком, состоящую главным образом из серицита, поле-
вого шпата, альбита, мелкозернистого кварца (0,03—0,05 мм).
Камень обогащают на месте добычи толчением в каменных сту-
пах с последующим отмучиванием в воде. Обогащенный камень
содержит больше серицита и способен образовывать после дли-
тельного вылеживания формующееся тесто. Однако природный
камень так же, как промолотый в шаровой мельнице, пластич-
ностью не обладает [177].
Содержание КгО до обогащения — 2,03% и Na2O — 4,50%;
после обогащения — соответственно 2,47 и 4,34%, по содержанию
кремнезема — 75,42 и 74,81%.
Как видно, имеется некоторое сходство между этими тремя
представителями дальневосточного сырья.
Проверка пригодности гусевского камня для производства вы-
соковольтного фарфора показала возможность ввода его в массу
до 65% (при 15—20% просяновского каолина, 15—10% пегматита
токаровского или нарын-куитинского полевого шпата и 15% часов-
ярской глины или 5% аскангеля). При этом после обжига при
1320° прочность при изгибе (диаметр стержня 10 мм) составила
1300 кг/см2 и коэффициент термического расширения 6,78-10-®,
что близко показателям японского высоковольтного фарфора.
Бесщелочная разновидность гусевского камня позволяет полу-
чить весьма белый фарфор (76% белизны), нормально-щелочная
разновидность — фарфор белизной до 70%. Муллитизация фарфо-
ровых масс с гусевским камнем хорошая.
Термограммы гусевского камня характеризуются значитель-
ным эндоэффектом при 500—600° и первым экзоэффектом при
950—1000°, что типично для каолинита. Наряду с тем встреча-
ются термограммы с небольшим эндоэффектом при 200°, харак-
терным для гидрослюд.
Дилатограммы гусевского камня показывают преобладание
расширения над усадкой при температуре до 1100° и иногда до
1170°; интенсивная усадка начинается с 1100—1120°, достигая
10,8% при 1280—1300°.
По РТУ РСФСР 822—67, гусевскии камень делится на сорта;
высший (красящих окислов до 0,6%), первый (красящих окислов
до 0,6%, щелочей до 2,5%) и второй (красящих окислов до 1,0%
и щелочей до 2,5%).
Глава 18
ВОЛЛАСТОНИТ
Строение волластонита p-Ca3Si3O3 — цепочное с кольцевым ра-
дикалом Si3O9, с периодом по оси 6=7,3 А (рис. 34), обеспечи-
вающее таблитчатую структуру кристаллов волластонита.
Природный волластонит в достаточно крупных месторождениях
встречается редко. Известны, например, месторождения вблизи
Караганды (Босагинское), в Самаркандской области (Койташ-
ское). Пользуются большой известностью месторождения Лаапен-
ранта в Финляндии с запасом около 0,5 млн. т. Уилсборо (штат
Нью-Йорк, США) с добычей 50 тыс. т в год.
Быстро возрастающее потребление волластонита для керами-
ческих целей, ограниченность его мировых запасов вызвали по-
вышение на него цен в Европе и разработку технологии промыш-
ленного синтеза, а также использования таких отходов произ-
водств, в которых минеральная слагающая представлена волласто-
нитом, а именно: доменные шлаки, рассмотренные Швите и кол-
легами [178], и шлаки фосфорного производства, рекомендуемые
Миркиным.*
Около 70% добываемого волластонита в США используется
в керамике (фаянсовые и фарфоровые массы и глазури). В Япо-
нии применяют также волластонит в изоляционной промышлен-
ности в виде пеноволластонита [179], в бумажной, лакокрасочной
и некоторых других отраслях промышленности.
Волластонитовая порода требует обогащения, так как содер-
жание волластонита составляет в ней часто не более 25%. Квят-
ковская и Мейтина произвели магнито-флотационное обогащение
волластонитовых руд — койташской, каргалы и босага с содержа-
нием волластонита соответственно 49,4; 48,0; 59,1% и получили
концентрат с содержанием волластонита — 87,3; 75,1; 84%. На
этих концентратах были изготовлены плиточные массы с содер-
жанием по 40% каждого концентрата и отформованные плитки
были подвергнуты (после глазурования борно-циркониевыми гла-
зурями) однократному обжигу при 1010°. Плитки и разлив гла-
зури были удовлетворительные [180]. Содержание кальцита в этой
породе весьма значительное и вызывает появление эндоэффекта
при 700—880°, связанное с декарбонизацией; в остальном термо-
грамма имеет довольно ровный характер.
В койташской волластоиитовой руде содержание волластонита
колеблется от 20 до 90%. Босагинский концентрат имеет СаО
40,9—43,3% и SiO2 около 53%; койташский — СаО 39,9—40,1% и
SiO2 54,2% против теоретического состава СаО 48,25% и SiO2
51,75%.
Содержание окиси титана в продуктах койташского и босагин-
ского волластонитов не более 0,1%, окиси железа до 1,0%. Ввод
такого концентрата в глазурь в количествах от 7 до 15% дает
фарфор, удовлетворяющий требованиям первого сорта.
Керамическая технологическая ценность волластонита состоит
в значительном снижении влажностного расширения фаянсового
черепа после обжига, в массу которого был добавлен волласто-
нит. Влагопоглощение такого черепа при эксплуатации значи-
тельно снижается, вследствие чего глазурь на черепе не цекуется.
Так, при добавке в фаянсовую массу 20% волластонита влажност-
ное расширение этого черепа снизилось с 0,09 до 0,006% [181].
Кроме того, наблюдается уменьшение усадки такого черепа почти
вдвое и увеличение прочности его, что ставят в связь с протека-
нием реакций
А12О8 • 2S1O2+Сао • SiOa=СаО • А12О8 • 2SiO2+SiO2 (кр.).
Грум-Гржимайло [182] видит «основу механизма» взаимодей-
ствия волластонита с метакаолином в образовании крупных за-
крытых пор на месте зерен волластонита; это возможно как по-
бочный результат, но не как основная реакция образования новой
кристаллической или стекловатой фазы.
Введение волластонита в глазури способствует хорошему их
разливу, придает им блеск и прочность.
Особое внимание следует обратить на целесообразность ввода
волластонита в массы для скоростных обжигов. Такие массы (для
стеновых плиток, для бытовых изделий) можно обжигать при ско-
рости подъема температуры 1000° в 1 час.
При нагревании р-волластонит переходит (при 1125±10°)
в а-волластонит с изменением плотности от 2,87 до 3,09. Темпера-
тура плавления волластонита 1540°. Синтетический волластонит
плавится при более низкой температуре. Коэффициент линейного
расширения р-волластонита 6,5-10-“ и а-волластонита 11,8-10-“.
Растворимость в воде волластонита 0,0095 г/100 мл. Плотность
с=2,9.
Промышленный синтез волластонита может быть осуществлен
по Курчику [183] и по Тарасову и Павлову [184].
РАЗДЕЛ II
СТЕНОВАЯ КЕРАМИКА, ДРЕНАЖНЫЕ ТРУБЫ, ЧЕРЕПИЦА
ИЗДЕЛИЯ СТЕНОВОЙ керамики
Изделия стеновой керамики могут быть сгуппированы по их
назначению.
Кирпич глиняный обыкновенный производят пластическим фор-
мованием и полусухим прессованием; объемная масса 1600—
1800 кг/м3. Размеры в мм: одинарный 250X120 X 65, модульный
250X120X88, полуторный 250X120X103. По прочности на сжа-
тие, согласно ГОСТ 530—71, может быть характеризован марками
200, 150, 125, 100, 75 кг/см2. Средняя прочность при изгибе кир-
пича пластического формования первых четырех марок соответ-
ственно 34, 28, 22, 18 кг/см2; то же, полусухого прессования-
20, 18, 16, 14 кг/см2. Водопоглощение высушенного кирпича — не
менее 9%. Морозостойкость при смене температур от —15 ДО
+ 15° —не менее 15 циклов.
Киопич глиняный пустотелый пластического формования, сог-
ласно ГОСТ 6316—55, имеет объемную массу до 1300 кг/м8
(класс А) и объемную массу 1300—1450 кг/м3 (класс Б); раз-
меры 250X120X65 и 250X120X88. Количество пустот, или пори-
стость, характеризуется такими величинами:
19
78
21
20
Средняя прочность на сжатие 150, 125, 100, 75 кг/см2; соответ-
ствующая этим маркам средняя прочность при изгибе 20, 18, 16,
14 кг/см2; водопоглощение — не менее 6%, морозостойкость — не
менее 15 циклов.
Кирпич пустотелый полусухого прессования (ГОСТ 530—71)
двух классов — объемной массой 1300 кг/м3 (класс А) и 1300—
1450 кг/м3 (класс Б) тех же размеров, с 8 или 18 пустотами, ха-
рактеризуется средней прочностью на сжатие 150, 125, 100,
75 кг/см2 и соответственно средней прочностью при изгибе — 20,
18, 16, 14 кг/см2; водопоглощение — не менее 6%, морозостой-
кость—не менее 15 циклов.
Кирпич и камни керамические лицевые (фасадные) рядовые
и профильные (ГОСТ 7484—69). Изделия этой группы выпуска-
ются разных размеров, глазурованные, ангобированные, офакту-
ренные крошкой и без всякой отделки; сплошные и пустотелые
с объемом пустот до 33%. Марки изделий по прочности на сжа-
тие: 300, 250, 200, 150, 125, 100, 75 кг/см2; средняя прочность
при изгибе соответственно этим маркам 34, 30, 26, 20, 16,
14 кг/см2. Водопоглощение — не менее 6% и не более 14%, из
беложгущихся глин —не более 12%, морозостойкость — не менее
25 циклов.
Кирпич строительный легковесный из диатомита или трепела
или из глины с выгорающими добавками (ГОСТ 648—41) классов
А (объемной массой 700—1000 кг/м3 и марок 75, 50, 35), Б (объ-
емной массой 1000—1300 кг/м3 и марок 100, 75, 50), В (объемной
массой 1300—1450 кг/м3 и марок 100, 75, 50), все с объемом пор
20—30%; размерами 250X120X65. Морозостойкость — не менее
10 циклов.
Камни керамические пустотелые стеновые пластического фор-
мования (ГОСТ 6328—55), объемной массой 1300—1400 кг/м3,
марок 150, 125, 100, 75, с объемом пустот—15—40%, имеющие
водопоглощение черепа не менее 6 %, морозостойкость — не ме-
Эта группа охватывает блоки стеновые, для межстенных пере-
борок, для междуэтажных и сводовых перекрытий, орнаментные
для изгородей, ограждений и штакетник; для тяг, карнизов, подо-
конников, трубчатые для газо- и паропроводов прямоугольного и
круглого сечений, таврового сечения для открытых водостоков,
раскалываемые блоки для фасадных тяг и обрамлений прочностью
при сжатии не менее 100 кг/см2 и морозостойкостью не менее 25
циклов, блоки для пола с каналами для обогрева пола, мусоро-
проводов, вентиляционных каналов, ступенек, электропроводки.
Блоки. Ассортимент камней (блоков) состоит из изделий до
пятисот типоразмеров, разных цветов и фактуры; производство их
не может быть организовано на одном и том же заводе. Целесо-
образна группировка изделий разной номенклатуры на разных за-
водах, как показывает опыт кирпичной промышленности США.
Размеры крупноформатных камней достигли величины в этаж
(таковы камни шириной 300, толщиной 100 и высотой 2600 мм).
Наибольшая теплоизоляционная эффективность в обычных ще-
левых камнях достигнута при форме щелей в виде очень вытяну-
тых (по вертикали) треугольников.
Лицевые блоки. В эту группу входят кирпич и камни лицевые,
изготовляемые пластическим формованием или полусухим прес-
сованием, облицовочные плиты рядовые и угловые разных тол-
щин, высокой морозостойкости (не менее 25 циклов), архитектур-
ные детали: капители, вставки — розетки, медальоны, панно и др.
Изделия этой группы обычно не глазуруются, но возможно также
их глазурование, и тогда они выступают как архитектурная майо-
лика. Изготовление глазурованных блоков может быть осущест-
влено путем покрытия высушенных изделий легкоплавкой гла-
зурью с обжигом при 980—1000° [185].
Требования стандартов зарубежных стран по водопоглошению
и морозостойкости блоков близки требованиям ГОСТа. Теплопро-
водность не регламентируется ни ГОСТом, ни зарубежными стан-
дартами; хорошо обожженная кирпичная керамика имеет К=
Наибольшим спросом в зарубежном строительстве пользуются
большеразмерные пустотные камни высокой прочности и неболь-
шой объемной массы (1100—1200 кг/м3), керамические детали для
индустриального строительства, лицевые изделия для архитектур-
ной отделки.
Объем производства пустотелых керамических изделий строи-
тельного назначения достигает за рубежом 70% общего выпуска
строительной керамики.
Глазурованная стеновая керамика. Глазурованный кирпич
имеет весьма ограниченное применение. Для глазурования кир-
пича применяются легкоплавкие фриттованные глазури, преиму-
щественно глухие, белые и цветные, например заглушенные дву-
окисью циркония [186].
Заглушенные бессвинцово-безборные легкоплавкие (950°) цинк-
содержащие глазури для стеновой керамики изучались Эйду-
ком и Седмалисом с соавторами [187]. По-видимому, виллемит
2ZnO-SiO2 может служить основой глушения легкоплавких (ниже
1000°) цинковых глазурей, хотя и невысокой степени белизны.
Алюминат цинка — ганит также легко может выступать глушите-
лем в магнезиальных цинковых глазурях с разливом немного
выше 1000°. Цинковые глазури для стеновой керамики интересны
своим голубым цветом, хорошо видимы при содержании в гла-
зури А12О3 менее 7% или щелочных окйслов—более 11%.
Могут быть использованы для стеновой керамики глухие гла-
зури на основе фосфатов и фторидов. Они легкоплавки, кислото-
стойки, могут быть хорошо заглушены. Эйдук и Иесалниек иссле-
довали в широком диапазоне составов такие глазури и показали,
что уже при 7—8% Р2О» и при 4—5% ZnO2 в алюмосиликатных
глазурях возникает хорошая заглушенность. Наилучшие резуль-
таты получены при вводе P2Qs в составе апатита и (МНгЦНРО-ь
Заглушение носит ликвациопный характер [188].
Как показали Азимов и Августиник [189], глушение глазурей
для стеновой керамики из лёсса (обжиг при 1000°) может быть
достигнуто применением в шихте доломита и развитием в глазури
тонкодисперсной фазы диопсида CaO-MgO-2SiO2. Хорошее глу-
шение легкоплавкой глазури придает также ТЮ2. Глушащей фа-
зой выступает тонкодисперсный сфен Ca0'Ti02-SiO2.
Своеобразное решение задачи глазурования керамзитобетон-
ных панелей в уже построенном объекте предложено Канаевым
[190]. Для этой цели могут быть применены легкоплавкие фритты
с Температурой разлива 750—850° за 3—5 мин, наносимые пульве-
ризацией водной суспензии с последующим расплавлением слоя
на изделии при помощи электрической экранной печи сопротивле-
ния или паяльной лампой, по Миклашевскому.
Ангобированная стеновая керамика. Значительно шире, чем
глазурование, применяется ангобирование стеновой керамики.
Этот более древний, чем глазурование, способ состоит в нанесе-
нии на поверхность сырца тонкого слоя высокодисперсной, специ-
ально тонкомолотой_ или тонкотертой белой или Окрашенной гли-
нистой суспензии.
Ангобирование может дать положительный результат лишь
в том случае, если ангоб Хорошо спечется с изделием при невысо-
ких температурах обжига (950—1000°). Это может быть достиг-
нуто вводом в ангоб сильных плавней — комбинированных (нефе-
линовый сиенит, оконное стекло) или собственно оконного стекла.
Мельникова получила хороший морозостойкий ангоб из суспен-
зии часов-ярской глины 90 и 70% и оконного боя 10 и 30% [191].
Вводом пигментов — 5% Сг2О3, 20% гематита и других — можно
получить окрашенные ангобы и придать весьма эффектный вид
фасаду зданий.
Технологическая линия ангобирования состоит из следующих
этапов: Склад материалов, взвешивание материалов, мокрый по-
мол в шаровой мельнице в течение 3—5 ч для получения суспензии
плотностью около 1,35, пропускание через сито 025, слив в ем-
кость, обеспеченную подачей давления 0,4 ат, поступление по
шлангам к форсункам в камеру для ангобирования, сушка при
70—75° С, обжиг сырца с нанесенным ангобным слоем.
Керамические блоки на основе керамзита. Получили широкое
распространение эффективные керамические блоки на основе вспу-
ченной при быстром обжиге легкоплавкой глины — керамзита
[192]. Обжиг длится 10—15 мин при 1100°.
Основные свойства керамзита такие: объемная масса 0,2—
1,0 т/м3, прочность при сжатии 20—150 кг/см2, теплопроводность
0,05—0,3 ккал/м-ч-°С, звукопоглощение 0,07—0,3.
Керамзит легкий имеет объемную массу 0,2—0,6; то же, тя-
желый— 0,6—1,0; водопоглощение — соответственно 20 и 30%'.ха-
рактеризует его высокая пористость. Керамзит используется в зер-
нах 40—20, 20—10, 10—5; 5—0 мм в качестве наполнителя круп-
норазмерных изделий из легкого керамзитобетоиа и железобетона.
Эффективность производства керамзитовых блоков состоит
в том, что по сравнению с производством красного (и силикатного)
кирпича требуется меньше глины в 3—3,5 раза, топлива — в 4—
6,5 раза, электроэнергии — в 2,5—3 раза, а работников — в 3,5—
6 раз меньше [193].
По своей способности к вспучиванию и к получению керамзита
глины между собой различаются. Например, Палемонский завод
(Литовская ССР), пользуется глиной состава: SiO2 — 48;14-57,0%;
Fe2O3 —7,7%; А12О3+ТЮ2 — 17,74-19,6%; СаО — 1,54-6,2%;
MgO — 1,54-3,8%; п. п. п,—6,44-10,9% (Новицкас).
126
Исследование большого количества глин (305 месторождений),
выполненное Колесниковым и Волчок {194], показало, что вспучи-
вающиеся глины характеризуются содержанием S1O2—47ч-73%,
А12О3—10-4-23%; Fe2O3+FeO —2-4-9%; СаО —0-4-6%, MgO —
от невспучивающихся глин несколько более высоким содержанием
А12О3, Fe2O3+FeO, щелочей и большей величиной п. п. п.
Наряду с керамзитом для производства пористой теплоизоля-
ционной керамики с регулируемой пористой структурой использу-
ются мелкие органические гранулы, вводимые в глину при сме-
шивании и полностью выгорающие при обжиге. Таковы, например,
запатентованные гранулы «стиропоры».
Черепица. В номенклатуру строительной керамики входит кро-
вельный материал —черепица. Глиняная черепица обладает наи-
большим эксплуатационным сроком (более 100 лет) сравнительно
с другими кровельными материалами — асбестоцементными плит-
ками, асбошифером, кровельным железом.
Наиболее рациональные виды черепицы предусмотрены ГОСТ
1808—71, но которому она делится на четыре типа: 1) пазовая
штампованная с одинарным или двойным боковым и поперечными
закроями и двумя шипами снизу (для крепления к обрешетке);
2) пазовая ленточная с шипами; 3) плоская ленточная с шипами;
4) коньковая. Кроме того, эпизодически выпускают традиционную
черепицу лоткового профиля (татарскую, за рубежом она назы-
вается монастырской); волнистую, одножелобчатую (за рубежом
также и двужелобчатую) и плоскую ленточную «бобровый хвост»,
по-видимому, самую неэкономичную из-за большого расхода пи-
ломатериалов на обрешетку.
Характеристика черепицы приведена в табл. 28, по Мо-
розу [195].
Дренажные трубы. Такие трубы позволяют решать задачу уда-
ления вод. с заболоченных местностей. Общая площадь дренажи-
Таблица 28
Т»П череп, Ч 3g Ия S8 ?is jffl
габаритные кроющие
S i I 1
Пазовая штампован- Не норми- 310 190 75 16- 2,7 50
Пазовая ленточная 400 I 220 200 75 15 50
Плоская ленточная 365 ' 155 150 46 36 1,1 65
Коньковая 365 200 333 Не наТм 2,8 Не более
ровапия земель составляет по Советскому Союзу около 38 млн. га,
поэтому потребность в дренажных трубах велика.
Ассортимент и размеры этих труб определены ГОСТ 8411—62
(табл. 29), Практически выпускаются трубы длиной 333 мм, а на-
чиная с диаметра 125 мм — длиной 333 и 500 мм. Водопоглощение
труб — не более 18% (в практике США — около 11%). Кислото-
стойкость (по ГОСТ 473.1—72)—не менее 84%. Условный (для
подсчетов) диаметр принят в 50 мм.
дааметр""Й Масса трубы, Масса^труби,
50 ' 75 100 13 15 150 175 200 ! 8’5—12 Й 11—12,5
Так как дренажные трубы предназначены для приема и стока
вод, то конструкция трубы предусматривает ровный обрез краев
и отсутствие раструба. Вода стекает через щели, образующиеся
в стыках труб при их укладке. В некоторых зарубежных конструк-
циях труб сделаны для этой цели продольные щели или канавки
по внешним граням труб. Для устройства смыкания в грунте труб
устраивают коническое их сочленение. .
Жолнеровский разработал технологию изготовления прочных
водопроницаемых по всей поверхности труб: в массу вводится
около 25% сапропеля, который при обжиге трубы выгорает, ос-
тавляя поры.
Трубы должны выдерживать внутреннее гидравлическое давле-
ние не менее 0,5 кг/см2.
Данные о расходе глинистого сырья для изделий строительной
керамики приведены в табл. 30.
Окраска кирпича при обжиге и пористость. В окислительной
среде кирпич — красный по причине образования твердых раство-
ров окиси железа с глиноземом; при температурах 1050—1100°
окраска («кирпичный цвет») сохраняется, если охлаждение проис-
ходило в окислительной среде. Присутствие в рлине 1% ТЮ2
вызывает (в слабовосстаповительных условиях) появление се-
ровато-синеватых тонов на обожженной глине. При увеличении
степени спекания эта окраска исчезает. Присутствие в глине со-
лей ванадия вызывает появление желтой окраски.
В восстановительных условиях окраска черепа — серая и тем-
ная, окись железа переходит в закись, которая способна образо-
вать шпинель FeO-FeaOg, окрашивающую череп в темные до чер-
ных тона. Вводя в глину пиролюзит (МпО2), можно получить тем-
ный череп и в окислительной среде обжига.
В избытке восстановительных газов, например при сжигании
смолистых корней хвойных деревьев, можно получить ко вре-
мени температуры спекания череп серебристо-черных тонов вслед-
ствие графитизации углерода при каталитическом (на накаленной
глине) разложении сложных углеводородов; выделяющихся при
горении смолы. Этим приемом исстари пользуются украинские ку-
стари-гончары, получая свою известную черную неглазурованную
посуду. В техническом отношении такой череп интересен своей хо-
рошей электропроводностью.
Присутствие в глине извести придает черепу бледные тона
вследствие образования силикатов кальция в тонкодисперсиом со-
стоянии.
Красный кирпич имеет разветвленную сеть открытых и сооб-
щающихся между собой пор, по которым практически не происхо-
дит движение воздуха; поэтому такой кирпич имеет малую тепло-
проводность (0,34—0,42 ккал/м-ч-°С). В спекшемся, оклинкеро-
ванном кирпиче (его называют «звончак») поры заплавлены,
замкнуты, и его теплопроводность в 1,5—2 раза выше.
Показатель Заводы-изготовители
л Б в г
Объемная ма^а, т/м3- Прочность при сжатии, Теплопроводность при 20°, ккал/м-ч-°С 0,35—0,37 1,0 20—30 0,23—0,25 0,16—0,18 70-80 10-12 0,08—0,10
1ускРеИ дейсТ8ующмГ?“одаш“услоы1'“обХмм"ымТнаПм>ГАГв?в! г"радувд"и' ,ы
.. j С повышением температуры теплопроводность кирпича возра-
стает. Так, при 20° Х = 0,35; при 100° Л=0,37; при 200° Х=0,38;
Развивая пористость в кирпиче, можно увеличить его тепло-
изоляционную способность, но одновременно происходит сниже-
ние прочности изделия (табл. 31). Крупные поры усиливают тепло-
проводность, мелкие однообразные поры сообщают лучшую теп-
лоизоляционную способность изделию. В этом отношении хорош
строительный легковесный диатомитовый кирпич с 1.-0,052-:-
4-0,058 ккал/м-Ч'°С (ГОСТ 648—41). Однообразная мелкая по-
ристость получается у вспученного перлита, имеющего X=0,03-=-
4-0,04.
ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
Морозостойкость. Замерзанию воды в порах керамического из-
делия предшествует ее поглощение черепом этого изделия. По-
этому способность материала противостоять растягивающим уси-
лиям замерзающей в порах воды непосредственно связана с по-
ристостью этого материала и с прочностью стенок пор.
По (196], поры условно подразделены (по отношению к морозо-
стойкости) на безопасные (менее 0,1 мкм, в которых вода не за-
мерзает); опасные (от 0,1 до 200 мкм, в которых вода замерзает)
и резервные (более 200 мкм, в которых вода не удерживается).
Наибольшая часть пор в кирпиче — порядка 90% по объему —
объединена капиллярами, по которым может перемещаться (миг-
рировать) вода. Некоторая часть пор замкнута.
При стандартном насыщении черепа водой поры менее 0,1 мкм
удерживают воздух и водой не заполняются, а крупные поры не
удерживают воду из-за незначительности действия капиллярных
Замерзание воды в тонких капиллярах и тонких порах проис-
ходит вследствие проявления поверхностной энергии при темпера-
турах значительно ниже нуля (—25°).
При замораживании разная степень переохлаждения воды
в капиллярах и порах из-за разных их размеров вызывает мигра-
цию этой воды, а также пластическое перемещение льда, что в об-
щем создает повышенное внутреннее давление в керамическом
изделии. Было показано, что в кирпиче с малым средним эквива-
лентным радиусом капилляров и не очень значительным водо-
насыщением преобладает движение воды в направлении движе-
ния теплового потока, но при увеличении эквивалентного радиуса
капилляров наблюдается изменение направления движения воды
против движения теплового потока. Этот факт авторы связывали
с напорным действием расширения замерзающей воды. Лед, остав-
шийся в сообщающихся порах, действует таким образом, что, как
показал Эверетт [197] на термодинамической модели, создается
перепад давлений:
Ap = ps—р' = 2<т(1/г—1/R),
где р1 — давление льда в поре (в цилиндре А по модели Эве-
р‘ — давление льда в сообщающейся через капилляр поре Б
(цилиндре Б);
в — поверхностное натяжение на разделе фаз вода —лед;
г — радиус капилляра;
К— радиус поры (цилиндра).
Когда избыточное давление в капиллярах (и крупных порах)
превысит прочность их стенок, происходит, по Эверетту, их разрыв.
Следуя изложенным обобщениям, можно признать, что разру-
шение керамического изделия происходит единственно по причине
увеличения объема воды при ее замерзании в допах и капиллярах.
Такое представление неточно, т. к. опускается существенный эле-
мент замерзания, связанный с перемещением льда на поверхность
изделия и миграцию переохлажденной воды. Наблюдения над
внешним видом замороженных и разрушившихся изделий под-
тверждают роль движения переохлажденной воды в черепе и сви-
детельствуют о разном виде разрушения — поверхностном (от-
слаивание) и объемном (раскалывание).
Садунас постулировал два вида напряжений в замораживае-
мом изделии: первое — при малом эквивалентном радиусе капил-
ляров и второе — при большом. Для первого случая высота водо-
подсоса за 1 ч не достигает 2,5 см и разрушения наблюдаются
в виде отслаиваний; для второго случая высота водоподсоса за 1 ч.
превышает 5 см и разрушения — в виде раскалывания изделия на
куски.
Практически изделия^ строительной керамики эксплуатируются
при одностороннем замораживании и медленном влагоподсосе.
Поэтому методика определения морозостойкости по. ГОСТ 7025—
67 не соответствует реальным условиям. Изучение теории процесса
замораживания керамических изделий привело к разработке ско-
ростных и вполне достоверных методов определения морозостой-
кости по Садунасу [198].
Прочность и разрушение. Физика прочности различает два Ме-
ханизма разрушения, протекающих: I — при невысоких темпера-
турах (менее 0,5 7'пл) и больших напряжениях и II —при высоких
температурах и малых напряжениях.
В обычных условиях эксплуатации керамических изделий
(кроме огнеупорных) действует механизм I, при обжиге керами-
ческих изделий — механизм И.
Оба механизма характеризуются ползучестью блочных струк-
тур и дислокаций под влиянием напряжений, превосходящих проч-
ность связи между блоками. Напряжения эти концентрируются
На границах блоков и на поверхности пор и приводят в действие
(предположительно) механизм дислокационных зарождений ва-
кансий и развития трещин.
Действие механизма I выяснено еще недостаточно [199]. Проч-
ность (понимая долговечность материала) выражается уравне-
T = fe-exp [(U —yn)/liT],
где k— пр.едэкспоиенциальный множитель, имеющий один и тот
же порядок с периодом колебаний атомов;
U —энергия активации, линейно зависящая от напряжения в
и но величине совпадающая с теплотой сублимации;
у — активационный объем, характерный для материала [200];
Т — абсолютная температура.
При эксплуатации и даже просто при хранении керамического
изделия на складе наблюдается заметное — на 10—15% — сниже-
ние прочности'не только строительной (пористой) и фаянсовой
керамики, но и более плотной кислотоупорной и фарфоровой ке-
рамики. Происходит это вследствие адсорбции и капиллярной кон-
денсации влаги черепом, которая вызывает по крайней мере три
последствия — гидролиз стекловатой фазы, образование гидратов,
или твердых растворов, и частичную регидратацию глины, если
она была обожжена при температурах до 1000°. Даже глазурь не
предохраняет пористый череп от адсорбции влаги, как это пока-
зано рядом исследователей (см. обзор Лемана, Абрагама, Фа-
рука [201]).
Многие признает, и с этим можно согласиться, что главную
роль во влажностном поглощении и расширении играет стекло-
фаза керамического черепа. Если же рассматривать прочность ке-
рамического изделия (без учета влияния адсорбированной им
влаги), то она зависит от следующих причин: 1) однородности
композиционного размещения составных частей в исходной массе
и черепе; 2) плотности (пористости); 3) нарушения дискретности
зернистых включений, например зерен кварца, из-за полиморг
физма; 4) поля напряжений. В черепе изделий тонкой керамики
прибавляются нарушения строения стеклофазы и дефекты поверх-
ности оплавления (глазури). Разумеется, в данном случае не рас-
сматриваются минералогический и химический составы черепа и
глазури и влияние режима обжига.
Объективным показателем однородности может служить крите-
рий Вейбулла, принятый им в его статистической теории проч-
ности [202]:
где щи®— напряжения при разрыве двух образцов объемами
ш — коэффициент однородности.
Испытания проведены в одних и тех же условиях и на одной
и той же аппаратуре.
Неоднородность строительного кирпича по прочности в зави-
симости от направления действия разрушающей нагрузки может
изменить ее в пределах 300%.
Повышение температуры обжига с 800 до 900° увеличивает
прочность кирпича на 25—30%, а с 900 до 1000° —на 15—20% и
в какой-то степени уменьшает неоднородность, но отнюдь не устра-
няет ее.
Размер образца и неоднородность его материала влияют на
показатель прочности [203], как это видно на рис. 35. .
Влияние пористости на
прочность [204] выражается
эмпирическим уравнени-
где оц — приведенная проч-
ность материала
без пористости;
В — величина, опреде-
ляющая наклон
In о от П — поряд-
П — объем пор в долях
единицы.
Применение этого уравнения ограничено керамическими мате-
риалами с пористостью до 40—50%. Для изделий средних по-
ристостей (по водопОглощению 10—20%) увеличение пористости
на 10% снижает прочность на величину до 50%.
Наличие округлой микроскопической поры вызывает увеличе-
ние концентрации напряжений вокруг нее примерно в два раза,
чем в окружающей матрице материала, и соответственно вызы-
вает ослабление прочности. Для растянутой плоской микроскопи-
ческой поры длиной I и радиусом закругления г коэффициент кон-
центрации напряжений равен 2]/77г, и значение с вокруг такой
поры возрастает соответственно этому коэффициенту в 5 и 10 раз,
в таких же пропорциях уменьшая прочность материала.
Сочетание двух округлых пор и капилляра между ними дли-
ной, например, в 10 раз более своего диаметра, усиливает поле
напряжения примерно в 20 раз.
Взаимодействие напряжений смежных пор разных диаметров
и капилляров создает поле напряжений, действие которого сум-
мируется с полями напряжений, возникающих как при полиморф-
ных превращениях, например кварца и кристобалита, так и при
неодинаковом термическом расширении кристаллических фаз и
стеклофазы. Несомненно, не все поля — одного знака, но большая
отрицательная напряженность создается в более композиционно
неоднородном материале.
1зз
Если бы не было пор и иных нарушений кристаллической ре-
шетки, то теоретическая прочность (при разрыве) материала, оп-
ределяемая уравнением
Rv = k\f Еа/г, (8)
при г —расстоянии между атомами в направлении действия рас-
тягивающих усилий; а — поверхностном натяжении и коэффициенте
А, достигла бы величин в 10s—10s раз больше практических. По
Крылову [205], для материала, лишенного дефектов,
Яр = (1/4п)Е?, (9)
где- п — параметр ангармоничности кривой межатомного воздей-
Eo —модуль упругости бездефектного твердого тела.
Для характеристики прочности реальных твердых тел без раз-
рушения определяют ультразвуковым методом динамический мо-
дуль Ед:
Ед = ус8[(1 + р.)(1-2р)]/(1-р),
где у — объемная масса;
с — скорость распространения продольных ультразвуковых
волн в данном материале;
И — динамический модуль Пуассона.
Для перехода от лабораторных образцов к натуральным зна-
чения прочности лабораторных образцов умножают на 0,6—0,68.
Переходя ко П механизму, отметим, что мнения относительно
этого механизма довольно единодушны; пластическая деформация
протекает посредством диффузионной ползучести. Эта диффузион-
ная ползучесть определяется рождением вакансий преимущест-
венно на межблочных границах, там, где они составляют малые
углы с направлением растяжения. Возникающие вакансии затем
поглощаются межблочными (межзеренными) границами, там, где
эти границы испытывают наибольшие растягивающие напряжения.
Такой общеизвестный механизм Набарро —Хериига [206; 207]
во времени —довольно замедленный. Если скорости рождения и
поглощения вакансий совпадают, то наблюдается скольжение по
границам зерен —пластическая деформация. Если скорости не
совпадают, то происходит накапливание вакансий на границе
зерен, объединение их в поры, рост пор, и скорость деформации
совпадает со скоростью разрушения; она велика.
По Коттрелу [208], долговечность г материала обратно пропор-
циональна скорости ползучести, что описывается в общем виде
уравнением (11):
(10)
r=l2k/[D(a—p)QT],
где I — расстояние между зародышевыми порами;
k — постоянная Больцмана;
D — коэффициент объемной самодиффузии вакансий;
о —величина нормального растягивающего напряжения;
р — дополнительное всестороннее давление;
Q — величина порядка атомного объема;
Т — температура.
По мере повышения Т значения D повышаются значительно
интенсивнее, а вакансии возникают уже внутри зерен как резуль-
тат массового движения дислокаций. При этом вклад движения
дислокаций в пластическую деформацию возрастает.
Этот механизм объясняет пластическую деформацию твердого
. тела при высоких температурах, если в ней нет реакций, разви-
вающихся при нагревании.
Керамические композиции, однако, отличаются прохождением
в них реакций при нагреве. Поэтому механизму II сопутствуют и
са 2, величины деформации ср при кру-
чении 3 в соответствии с термограммой^
‘латненской глины (по Келеру)
соучаствуют с. ним эти реак-
ции. Теория такого совмест-
ного действия и вакансионно-
го механизма ползучести не
разработана.
Можно пока лишь вос-
пользоваться общей (качест-
венной) картиной деформа-
ций при нагреве и сопо-
ставить ее с некоторыми
изученными явлениями, про-
текающими в глине при на-
гревании. Для этой цели мо-
жно применить диаграмму
деформации при кручении
глины, нагреваемой до 1200°,
полученную на приборе Ке-
лера и Козловской [209].
По этой диаграмме (рис. 36) видно, что на кривой деформации
3 наблюдается небольшой пик (ускорение деформации), соответ-
ствующий первому экзотермическому эффекту. Такой пик наблю-
дался авторами на всех исследованных пяти каолинитовых гли-
нах (в том числе — просяновском каолине). У дружковской глины
пик ускорения деформации лежал выше — при 1075°, при темпе-
ратуре выше 1200° у дружковской глины наступало пластическое
течение.
Как общий вывод, с которым можно согласиться: авторы приз-
нают отсутствие существенного ослабления структуры каолинита
при дегидратации и упрочнения структуры после дегидратации.
Этот вывод объясним с позиций гипотезы разрыва s-связей и со-
хранения p-связей, обеспечивающих сохранение прочности струк-
туры в некотором интервале температур.
Авторы отмечают также подвижность (пластичность) структур-
ных элементов материала под действием силы сдвига в этапы фа-
зовых изменений — образование новых соединений.
Кристаллизация муллита препятствует развитию пластических
деформаций.
Хрупкость. Физический смысл хрупкости не совсем ясен, но
обычно понимают под этим свойством способность материала
легко разрушаться при ударе. Хрупкость стекла выражают чис-
лом Феппля, представляющим отношение прочности при сжатии
Леж к работе А, затрачиваемой на разрушение кубической еди-
ницы материала ударом. Хрупкость изделий строительной кера-
мики, выраженная числом Феппля (КЮк/А), дает, например, воз-
можность показать, что изделия, обожженные в восстановительной
газовой среде, более хрупки, чем обожженное в восстановитель-
ной среде с завершающим окислительным этапом, по Садунасу.
По-видимому, увеличение в керамическом черепе содержания стек-
лофаз.ы и изменение ее состава в сторону легкоплавкости способ-
ствует увеличению хрупкости. На связь хрупкости черепа с пони-
жением его морозостойкости указывает тот же автор.
По-видимому, неоднородность материала отчасти сказывается
на повышении его хрупкости; это подтверждается величиной хруп-
кости огнеупорных материалов как отношение динамического мо-
дуля упругости к величине деформации [210].
Гл ава 3
СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТЕНОВОЙ КЕРАМИКИ
Исходное сырье. Согласно ГОСТ 9169—59, основное сырье для
производства кирпича, черепицы и дренажных труб представлено
легкоплавкими (плавление при температуре менее 1350° С) и ту-
гоплавкими (плавление при 1350—1580° С) глинами.
По геологическому возрасту большинство этих глин относится
к четвертичному периоду —к аллювиальному и дилювиальному
отделам. Наряду с этим хорошо используются в промышленности
глины третичного периода — спондиловые (мергелистые) и кем-
брийского периода — самые древние.
Глины для строительной керамики могут быть сгруппированы
следующим образом (табл. 32). Содержание песка в таких глинах
может достичь 50%, в суглинках —от 50 до 85%. Примеры хими-
ческого состава глин приведены в табл. 6.
Минералогический состав легкоплавких глин представлен во
многих случаях гидрослюдами, иногда незначительным количе-
ством гидроокиси железа (лимонит, гематит), гидроокиси алюми-
ния и многочисленными примесями, среди которых кварцевый
песок обычно занимает главное место, сообщая глине запесочеи-
ность. Присутствие карбонатов кальция и магния в виде извест-
няка и доломита придает глине короткоплавкость и переводит ее
в категорию мергелистых, более пригодных для производства вя-
жущих материалов. Крупные включения известняка в такой глине
существенно ее ухудшают (появляется «дутик»).
Сланцевые глины содержат слюду и нередко — пирит. Углис-
тые остатки придают им цвет темно-серый до черного.
136
Глинистые сланцы, в отличие от сланцевых глин, относительно
твердые, уплотнившиеся породы — также широко используются
для производства кирпича. Они могут быть использованы как хо-
роший отощитель вместо песка (как это принято на заводах
США). Тонко измельченный и пропущенный через сито сланец
подвергается сухому смешиванию с глиной и увлажняется в двух-
вальном смесителе до влажности 13—15%, с которой смесь фор-
муется в мощном ленточном прессе.
Зерновой состав легкоплавких глин довольно разнообразен.
Содержание частиц менее 1 мкм составляет от 5 до 30%, редко
поднимаясь выше; главная масса частиц (40—70%) имеет раз-
меры 0,05—0,005 мм, если не считать песка и камней в глине раз-
мерами в поперечнике от 0,25 до 5 мм и выше.
Пластичность легкоплавких глин (по Аттербергу — Васильеву)
обычно от 20 до 7, реже менее 7, т. е. глины эти — средней и уме-
ренной пластичности. Их рабочее влагосодержание 25—15%, ог-
неупорность обычно порядка 1150—1250° и температура спека-
ния (до 5% водопоглощения) 1100—1150°; таким образом, интер-
вал температур спекания таких глин 50—100°, редко выше, и глины
эти в основном низкотемпературного спекания.
Трепелы и диатомиты, имея незначительную объемную массу
(от 0,4 до 1,2 г/см3) и высокую естественную пористость (60—
65%), связанную с их происхождением, выступают либо как са-
мостоятельный вид сырья, либо как пористая добавка к глинам.
Благодаря высокой пористости сырец из этого сырья сохнет бы-
стро, обычно без трещин, имеет малую воздушную усадку (3—
5%) и огневую усадку 1,2—1,5% в процессе обжига при 920-
Добавки. Введение добавок преследует цели регулирования пластичности,
связности, усадки (при сушке и обжиге) исходной глины. Это достигается при
кирпичного боя (шамота), частично дегидратированной глины, золы каменно-
угольного топлива от ТЭЦ и ТЭС, молотых шлаков некоторых отходов хими-
ческой промышленности (пиритных огарков), флотационных хвостов, боя
стекла и т. д.
При тощей исходной глине эта цель достигается вводом .более пластичной
глины (лучше в виде шликера), сульфитно-спиртовой барды, мылонафта или
Регулирование пористости и объемной массы изделия, а также придание ему
теплоизоляционных свойств осуществляется путем ввода выгорающих добавок —
древесных опилок, фрезерной торфяной крошки, отходов промышленности поли-
мерных материалов, например крошки полистирола, или вводом пористых мате-
риалов — керамзита, аглопорита, порообразующего перлита и др.
Повышение прочности и морозостойкости изделий может быть достигнуто
ность и усадку (пиритные огарки, стеклобой, шлак), а также фосфатов натрия,
фосфата кальция и некоторых отходов химических производств. Нередко вводят
комбинированные добавки, например, для легковесного кирпича —10—15%
опилок и 10—15% шлака [211].
Ослабление и устранение высолов вследствие выхода растворимых солей на
поверхности изделий (главным образом сульфатов натрия и магния) достига-
ется вводом в сульфатсодержащую глину карбоната бария, действующего по
Na2SO4 -|- BaCO., = NaaCO3 + BaSO4 .
Введение выгорающих добавок и отощителя, а также изготовление дырча-
того, щелевого кирпича и пустотелого камня соответственно уменьшает расход
глины, что необходимо учитывать.
выбирают с небольшим уклоном в сторону завода для облегчения работы транс-
порта, груженного глиной. Завод нельзя располагать в котловине. Предпочти-
тельно эксплуатировать те ближайшие к заводу участки месторождения, в ко-
торых соотношение пластов сохраняется постоянным, так как это обеспечивает
однородность шихты и устойчивую работу завода. Участки с выклинивающимися
пластами глины обходят, вскрышу переваливают в выработанные участки.
Технологическая влажность массы должна быть 20—24%; карьерная влаж-
ность глины колеблется в широких пределах — от 16 до 34%, поэтому в случае
повышенной карьерной влажности глин (как, например, у приневских ленточных
зыбких глин) требуется вводить в них «осушающие добавки» — более сухую
глину, специально подсушенную местную глину, молотый бой высушенного от-
бракованного сырца.
торф, древесные отходы, камыш, солома, подсолнечная лузга. Весьма целесооб-
разно использовать паровозную изгарь и золу электростанций, содержащую не-
сгоревший углерод, а также древесные отходы целлюлозной и дубильной про-
мышленности для смешивания с глиной и запрессовывания в сырец.
Топливоснабжение определяется расходом условного топлива на 1000 шт.
полнотелого кирпича, который составляет в кольцевых печах 140 кг для кирпича
пластичного прессования и 150 кг —для кирпича полусухого прессования, в тун-
138
ДОБЫЧА И ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ СЫРЬЯ
Добыча глины. Разработка карьера включает две самостоя-
тельные операции: 1) удаление в летнее время верхнего слоя
почвы («очистки»), непригодного для кирпичного производства и
2) добычу глины, которая осуществляется либо по всем пластам
одновременно с целью получения более или менее однородной
смеси, либо выборочно послойно, когда требуется специальная
шихтовка.
Перед разработкой карьера целесообразно раскорчевывать ку-
старники и деревья в пределах намеченного участка на 2—3 года
вперед, так как свежие корни, попав в глину, могут служить при-
чиной значительного нарушения формы будущих изделий. Для
резки мелких деревьев применяют навесной кусторез на тракторе.
Для выкорчевывания пней и удаления валунов применяют корче-
ватель или бульдозер с навесным отвалом, снабженным зубьями.
Растительный слой необходимо удалять одновременно с раскор-
чевкой, благодаря чему ускоряется разложение глубоких корне-
вищ и обнаженный пласт глины попадает в благоприятные усло-
вия длительного воздействия атмосферных агентов. Луговой расти-
тельный слой, не имеющий корневищ деревьев, целесообразно
удалять за 6—8 месяцев до начала разработки участка. Всю
«очисть» перемещают обычно в выработанные участки карьера.
Вскрышу растительного слоя удобно производить бульдозе-
ром (на тракторе), который одновременно и поднимает слой и
транспортирует его в отвал на расстояние до 100 м. Описание
технологических операций и машин при добыче глины сделано
Госиным [212].
Карьеры производительностью 50—100 м’ в смену и более об-
служиваются обычно в две смены многоковшовым или одноков-
шовым экскаватором (на рельсовом ходу) с нижним черпанием.
Реже применяются экскаваторы на гусеничном ходу — они удобны
в тесных забоях. Кроме того, добычу глины можно осуществлять
скрепером, бульдозером, фрезерным экскаватором, скребком. Вы-
бор экскаватора определяется условиями.
Для рациональной разработки карьера конец рамы экскава-
тора должен иметь планирующее звено длиной 2—2,5 м, шар-
нирно или неподвижно соединенное с рамой [213]. Кирпичные за-
воды пользуются обычно одним из двух типов экскаваторов:
139
ЭМ-182 с ковшом вместимостью 0,018 м3, ЭМ-302 с ковшом
0,030 м3 и ЭМ-503 с ковшом 0,050 м3.
Необходимость круглогодовой работы кирпичных заводов в се-
верных широтах вызвала появление различных способов обеспе-
чения питания завода глиной в зимнее время. Это открытая раз-
работка карьера с утеплением поверхностного слоя; закрытая раз-
работка карьера с устройством тепляков; создание летом запаса
глины для использования ее в зимнее время.
Длина фронта выработки зимнего карьера, разрабатываемого
многоковшовым экскаватором с планирующим звеном, обычно не
превыш: 80 м. Для очередной дневной выработки освобождается
от утепления участок длиной 4—7 м, который снова отепляется
после прохода экскаватора. Утепление может быть достигнуто глу-
бокой вспашкой верхнего слоя с последующим боронованием (са-
мый дешевый способ). Применяют также снегозадержание уста-
новкой щитов 1,5X2 м с просветами; этот способ в четыре раза
дороже предыдущего.
На Урале и в Сибири при мощности слоя глины не менее 5 м
практикуется создание отепляемых зимой закрытых помещений по
фронту выработки карьера с одновременным прикрытием разраба-
тываемой площади сверху.
Созданные летом запасы глины хранятся в штабелях (кону-
сах) или в котлованах. В первом случае глину подвозят из карь-
ера самосвалами и уже с мая закладывают в штабель высотой
6—8 м, а по ширине откоса (будущего зимнего забоя) — не более
80 м из расчета создания запаса на зимнее время. С трех сторон
штабель глины ограждается насыпными валами практически той
же высоты, что и сам штабель, а с четвертой он разрабатывается
экскаватором.
Размеры котлованатлинохранилища определяются объемом
запаса глины, хранимой немного выше нулевой отметки, с учетом
оседания и обмятия глины при укладке рельсов и движения экс-
каватора. Котлован размещают удлиненной осью с запада на вос-
ток, с тем чтобы фронт разработки был обращен на юг. Добычу
глины начинают с южной стороны.
Котлован, обычно бетонированный, глубиной 4—6 м, огражден-
ный высокими кирпичными стенами и теплой кровлей, обогрева-
ется изнутри, например дымовыми газами обжиговых печей. Пост-
ройку такого глинохранилища в особенности рекомендуют, если
температура воздуха зимой держится длительное время ниже
—20°.
Поступление глины в глинохранилище на заводе и извлечение
ее для переработки и формования необходимо организовать с од-
новременным ее усреднением. Это может быть осуществлено, на-
пример, применением глиноразбрасывающей тележки.
Глиноразбрасывающая тележка (рис. 37), движущаяся вдоль
транспортера 1 над глинохранилищем, имеет рассекатель 2 для
сдвига глины и два ребристых вращающихся валка 3, имеющих
частоту вращения 380—800 об/мин (на что расходуется 1,7 кВт),
разбрасывающих глину поперек площади глинохранилища (вме-
стимость в данном случае 2000 м8).
Увеличение длины здания менее выгодно, чем развитие его по-
перечного сечения, так как в последнем случае теплопотери мень-
ше. Чем полнее закладывается глиной здание по этому сечению,
тем лучше используется его кубатура.
При сопоставлении разных глинохранилищ имеет существен-
ное значение величина ограждающей поверхности (в м2), прихо-
дящейся на 1 м3 полезной вместимости сооружения. Величина эта
колеблется ОТ 0,07 до 0,22.
Транспортирование глины. Наиболее экономически выгодным и
обеспечивающим бесперебойную подачу глины на завод считается
рельсовый транспорт. Пользуются обычно колеей шириной 750 мм
при ширине полотна 3 м.
Удобны троллейные электровозы, работающие на постоянном
токе при напряжении 250 или 550 В и развивающие скорость 8—
10 км/ч. Такой электровоз может вести одновременно до 8 вагоне-
ток. Применяют обычно опрокидные вагонетки узкой колеи
(750 мм) емкостью 0,75; 1,0; 1,5 И 3,0 м3, грузоподъемностью со-
Безрельсовый транспорт (транспортеры, автомашины, тягачи,
тракторы, воздушно-канатные дороги) используется на керамиче-
ских заводах в зависимости от расстояния, на которое переме-
щаются грузы, с учетом местных условий.
Ленточные транспортеры применимы при небольших расстоя-
ниях и некрутых Подъемах (ДО. 18°), для ручной разработки мате-
риала и разгрузки железнодорожных вагонов; они плохо дейст-
вуют на открытом воздухе в зимнее время и имеют ограниченное
использование для транспортирования глины с карьера на завод.
Автотракторный транспорт имеет наибольшую маневренность
и подвижность, но экономически целесообразен только при рас-
стоянии откатки глины (песка), не превышающем 2,2 км для ав-
томобиля и 0,3 км —для трактора. При этом необходимо устрой-
ство дорог и подъездов к карьеру с уклоном до 15° в грузовом
направлении. Удобен при разработке карьера широкими уступами,
не требует дорогостоящей операции перекладки узкоколейных
путей.
Третья категория механизмов, обслуживающих карьер,— ма-
шины для совместного выполнения операций по добыче и транс-
портированию глины-—скреперы и бульдозеры. Этот вид машин
обладает периодичностью действия и ограниченностью расстояния
транспортирования, которое определяется для бульдозеров в 100 м,
для канатных скреперов —в 150 м и для прицепных тракторных
скреперов — в 500—600 м.
Опыт постройки мощных трехосных автосамосвалов и других
землевозных устройств и успешное их применение в глиняных
карьерах делает их конкурентоспособными с рельсовым транс-
портом.
ОБРАБОТКА ГЛИНИСТОЙ МАССЫ
Задача автоматизации производства изделий строительной ке-
рамики, как и автоматизация любого другого технологического
процесса, может быть решена, если свойства исходного сырья или
полуфабриката постоянны. В данном случае производство кера-
мики должно быть обеспечено непрерывной подачей однородного
глинистого материала, лишенного каменистых включений, имею-
щего разрушенную природную «структуру» для лучшего смачи-
вания, сохраняющего достаточно постоянную влажность незави-
симо от времени года и равномерно перемешанного с теми или
иными добавками [214].
Каменистые включения не могут быть полностью выделены из
глины общепринятыми механическими приемами — дезинтегратор-
ными ребристыми вальцами. Опыт показывает, что при пользова-
нии этими машинами в глине может остаться около половины
(а иногда и более) камней. В дальнейшем эти камни будут в зна-
чительном своем количестве перемолоты гладкими вальцами или
бегунами, что, однако, вызовет быстрый износ бандажей и повле-
чет частые ремонты.
Ниже приводятся типовые способы обработки глинистой
массы.
Пластичный способ. Возможен такой вариант схемы.
Карьер глины _> Автомат резки бруса
Экскаватор Транспортер разрядки
Автотранспорт Автомат-укладчик
на рейки *"
Утепленный склаД»
Возврат реек
Кран с грейфером или
Аппарат-накопитель
Наклонный пластинчатый
транспортер
Вагонетка-сниматель
Глинорыхлитель
Передаточная платформа
Питатель-дозатор до6авки
1 Двтомат-штабелер
Бункера на печную вагонетку
«Фильтр-решетка»
Дозаторы
Туннельное сушило
Глиносмеситель двухвальный
с пароувлажнением "
Туннельная печь
Промежуточный
глинозапасник Автомат разгрузки штабелей
Пластинчатый транспортер Электропогрузчик
Тарельчатый питатель 1 Упаковка штабелей
1 Ленточный вакуум-пресс Транспортно-погрузочный
На ряде заводов приняты, в зависимости от свойств глин, та-
кие, например, сочетания машин для. переработки: а) гладкие
вальцы грубого помола (зазор 1,5—3,0 мм) —вальцы тонкого по-
мола (зазор 0,8 мм)—глиномялка — ленточный пресс; б) вальцы
грубого помола — глиномялка — вальцы тонкого помола — глино-
мялка— ленточный пресс; в) бегуны — вальцы тонкого помола
(иногда за рубежом ставят две их пары); г) глинопротирочная
машина; д) ленточный пресс. Во всех случаях ставят вакуум-лен-
точный пресс [215]. Для оценки однородности переработки массы
полезен конический пластомер, по Ничипоренко [216].
Шликерный способ. Этот способ позволяет полностью удалить
камни, совершенно разрушить «структуру» глины, получить одно-
родную массу [217]. Возможна схема:
по предыдущей схеме
Влажность глины при пластичном способе производства 19—
23% позволяет осуществить прессование на обычных прессах, на-
пример 443-А, ио требуется организация сушки с перекладкой
сырца с сушильных вагонеток на печные. При влажности сырца
13—16% можно осуществить штабельную садку сырца сразу на
печную вагонетку, сушить и обжигать без перекладки, ио для
этого требуются более мощные прессы.
Полусухой способ (влажность 6—8%) в производстве стеновой
керамики применяется мало.
Для распускания больших количеств глины в воде предложены
машины CMK-HI и мельница Сладкова. В машину 1 (рис. 38)по-
дается автоматическим дозатором (СМ-864) глина через рукав 2
на вал 3 с билами. Вода поступает сверху. Вал вращается
(950 об/мин) двигателем 4 (мощностью 22 кВт). Регулировка
внутренних конусов производится системой 5. Каменистые вклю-
чения поступают в сборник 6. Шликер выходит из патрубка 7.
144
эм
Привод 8 — с ручным дублированием. Штурвал 9 регулирует
утечку шликера при камнеотделении. Производительность по су-
хой глине 5—10 т/ч.
Мельница Сладкова (рис. 39) измельчает глину и частично
камни в токе воды (влажность шликера около 50%) при враще-
нии ротора с частотой 250 об/мин [218]. Шликер проходит через
двойное сито с отверстиями 3—10 мм. Производительность 20 т/ч
по сухой массе, расход мощности 75 кВт. Совмещение сушки и
помола глины в одном агрегате рассмотрено Рохваргером [219].
Основы проектирования распылительных сушил приведены Лыко-
вым и Леончик [220]. Общая схема распылительного сушила
НИИСтройкерамики показана на рис. 40. Распыление глинистой
суспензии производится системой форсунок при 10—12 ат. Расход
суспензии — 4 м3/ч. Сушка осуществляется за счет тепла сжигае-
мого газа в металлических камерах внутри сушила. Количество
испаряемой влаги —2,5 т/ч. Диаметр камеры — 4,5 м.
В конструкции сушила КБ Минского строительного комбината
[55] (рис. 41) фонтанное распыление суспензии (влажность 40—
42%) производится одним соплом 1 диаметром 7,5—8 мм при дав-
лении 25—28 ат. Сушка производится за счет теплого воздуха или
горения газа (жидкого топлива) посредством шести вертикальных
горелок 2: одновременно действуют три топки (горелки) через
одну. Центральный отсос показан стрелкой. Дымовые газы вместе
с уносом проходят циклоны 3 и выбрасываются вентилятором 4;
для тяги при растопке служит труба 5. Номинальная нагрузка го-
релки 140 м3/ч. Производительность по порошку 4,5—5 т/ч. Расход
газа 300—330 м3/ч. Дисперсность частиц от 0 до 250 мкм —12—
18%; от 250 до 500 мкм —65—70%; от 500 до 1000 мкм —12-
17%, Объемная массапрро'шка 0,85—0,92 г/см5. Испарение влаги —
3,1—3,5 т/ч. Диаметр камеры — 9,2 м.
Тепловой баланс минского сушила из расчета на 1 ч приведен
в табл. 33.
Сравнительные данные работы суши», по Белопольскому [221],
приведены в табл. 34.
Общий недостаток существующих распылительных башенных
сушил — невысокий удельный влагосьем, значительно ниже того,
порядка 50 кг/хг-ч, который имеет место в сушильном барабане.
Для повышения удельного влагосъема до 45 кг/м3-ч ПКБ
НИИСтройкерамика разработало вариант распылительного су-
шила производительностью по сухой массе от 22 до 35 т/ч при
влажности суспензии соответственно от 55 до 45%. Влажность по-
рошка 8.—10%, удельный расход тепла 740 ккал/кг испаренной
влаги. Расход природного газа 2200 м3/ч. Количество испаряемой
влаги 25 т/ч. Расход воздуха 47 000 м3/ч. Удельный расход элект-
роэнергии 3,7 кВт.ч/T испаренной влаги. Установочная мощность
электродвигателей 234 кВт. Расход воды в мокром пылеуловителе
5,3 м3/ч.
Сушат суспензию в металлической башне прямоугольного .сече-
ния длиной 12 м, шириной 5,6 м, высотой с днищем-бункером
10,7 м. Суспензия нагнетается через 20 форсунок диаметром по
мм, установленных в днище, направленных вверх; давлений
распыления 10 : 12 ат. Ниже форсунок . расположен вытяжной
зонт для удаления отработанных газов. Сжигают газ в 22 инжек-
ционных газовых горелках ИНК-100 производительностью по
100 м3/ч каждая. Предусмотрены наружные вибраторы для эпизо-
дического включения при задержке порошка на конусном днище.
ок Де™дРатиР°вание глины. В качестве добавки, составляющей
да—40% массы, обеспечивающей возможность получения хорошего
Рис 42. Печь «кипящего слоя» ВНИИСтрома
строительного кирпича и блока с минимальными потерями при
сушке, предлагается частично дегидратированная глина. Для не-
прерывного получения такой добавки в значительных количествах
ВНИИСтром разработал две системы.
Одна система — печь «кипящего слоя» ВНИИстрома (рис.
42) —состоит из двухкамерной печи, включающей зоны под-
сушки — 1 и дегидратации — 2, примыкающей к ней топки 4 и от-
дельно стоящего холодильника 3. Подсушка, дегидратация и ох-
лаждение материала происходят в псевдосжиженном состоянии за
счет дымовых газов и воздуха, поступающих под напором через
газораспределитеЛБ'Йие металлические решетки 6 и 9. ЖивОе се-
чение каждой решетки составляет около 6%. Воздух для создания
псевдоожиженного слоя и сжигания топлива подается специаль-
ной воздуходувкой. Глина, подготовленная дроблением, поступает
через дозатор по каналу 5 в зову подсушки на решетку 6, где
подсушивается и по мере накопления поступает через сливной
патрубок в секторный затвор 8, а затем в зону дегидратации на
решетку 9. Там при температуре 650—700° происходит частичная
(на 70%) дегидратация материала. Дегидратированный материал
поступает по трубе 10 в холодильник 3, на решетку 15, где ох-
лаждается и протекает в контейнер 11. В топке 4 производится
сжигание газа с помощью двухпроводной горелки, в которую по
трубе 12 поступает газ, а по трубе 13 — воздух. Вторичный воз-
дух, поступающий через трубу 14, служит для снижения темпера-
туры продуктов горения до заданной (1000—1050°) и охлаждения
металлического кожуха топки [222].
Удельная производительность установки в указанном темпера-
турном режиме дегидратации составляет 3 и 6 т/м2 в 1 ч для
дробленой глины (0,25—3 мм) и гранул 10—12 мм соответственно,
считая по глине. Расход тепла 480—500 ккал/кг дегидратирован-
ной глины. Расход электроэнергии 25 кВт на 1 т дегидратирован-
ной глины.
Имеется типовой проект Гипрострома (Москва) на отделение
дегидратированной глины производительностью 10 т/ч с пло-
щадью пода печи 1,5 м2.
Вторая система — печь с «падающим слоем» ВНИИСтрома
(также непрерывного действия) — предусматривает шахту, имею-
щую три зоны: 1). подсушки и подогрева, 2) обжига, являющейся
также зоной горения топлива и 3) охлаждения [223], В опытах
авторов общая высота шахты была 10 м, зона подогрева и об-
жига—7 м (включая топку с теплонапряжением 1,5-10 ккал/м3
в 1 ч), зона охлаждения —3 м. Производительность печи 1250 кг
дегидратированной глййы на 1 м3печи в 1 ч при температуре 1.095°
в зоне обжига и 340° в зоне охлаждения. Скорость витания гранул
22,7 м/с в зоне обжига и 16 м/с в зоне охлаждения. При раз-
мере гранулы 1—2 мм дегидратирование происходит на 90%, при
размере 5—7 мм — на 50—55%.
Вопрос о влиянии размера частиц на величину критической
скорости псевдосжижения (витания) проанализирован Абрамовым
и Рохваргером [224], которые показали, что решающую роль
имеют частицы диаметром менее 0,31 мм и в меньшей мере — ча-
стицы диаметром более 2 мм.
Весьма также интересен вопрос о критической скорости вита-
ния более мелких частиц (порядка 10—40 мкм), получаемых при
газбструйном Измельчении. Количество таких частиц при измель-
чении кварцевого песка достигает 87%, по опытам Волгоград-
ского керамического завода, проведенным А. А. Ивановым,
В. И. Горобец, Л. Ж. Горобец и др. («Стекло и керамика», 1974,
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕХАНИЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
Экскаватор многочерпаковый. Этот экскаватор без нижнего
планирующего звена применяется для обслуживания глинохрани-
лища. В два-три смежных отсека глинохранилища закладываются
с осени на зимние и отчасти на весенние месяцы два-три сорта
глины, обеспечивающие шихтовочный рецепт для производства
изделий строительной керамики в количествах, обеспечивающих
потребности производства. При емкости ковша 0,060 м3 и 28 чер-
паниях в 1 мин производительность по глине достигает 100 м3/ч;
расход мощности 60—70 кВт.
ГлинорЫхлитель. В корпусе глинорыхлителя вращаются на-
встречу друг другу два вала с билами по винтовой линии. Под
валами неподвижные ножи образуют «решетку». Налипшая на
ножи глина самоочищается особыми приспособлениями. Глыбы
глины попадают в небольшой' приемник (2—4 м3) и поступают
в глинорыхлитель. Производительность 60—70 т/ч. Принят тип
СМ-1031 А.
В чехословацком глинорыхлителе RVI-800 производительность
при влажности 20%—120—200 т/ч (при 30%-ной влажности —
120—270 т/ч и расходе мощности 80 кВт). Глинорыхлители фирмы
Hendel («Хендель», ФРГ) WM — от 12 до 60 м3/ч.
Ящичный питатель (питатель-дозатор). Эта машина должна
обеспечивать равномерную и непрерывную подачу глины и дро-
бить комки. Принят тип СМ-664. Практически при многокомпо-
нентной шихте питатель плохо выполняет функцию дозатора, и
целесообразно ставить питатель, отдельный для каждого компо-
нента . шихты. Хорошо использовать в производстве строительной
керамики питатели СМ-1090 с резиновой лентой на капроновой ос-
нове, производительностью 25 м3/ч, мощностью 3 кВт.
Зарубежный опыт показал целесообразность сочетания пита-
теля с бункером большого размера (до 180 м3), снабженным пла-
стинчатым металлическим или ленточным транспортером, регули-
рующим подачу глины. Так, ящичный питатель 7D (Бонджианни,
Италия) с металлической лентой шириной 1,5 м и тремя скоро-
стями подачи имеет установленный над ним бункер до 100 м3. За
рубежом применяются также круглые Питатели в виде.полого ци-
линдра емкостью 4—5 м3 с вращающимся дном (тарель диаметром
1,9—2,1 м), с крестовиной для перемешивания массы и выпуск-
ным бункером, выдающим 15 м3 массы в 1 ч.
Вращающиеся сушильные барабаны.* Для глин повышенной
карьерной влажности (26—30%) применяют подсушку во вра-
щающихся сушильных барабанах СМ-147, что одновременно спо-
собствует разрушению «структуры». Опыт показал возможность
152
снижения влажности до 19—21%, при температуре подогрева
глины до 50—60’ (температура газов, поднимающихся в барабан,
780—860°, отходящих — 180—220°), производительность барабана
Ленточные транспортеры. Дозирование осуществляется корот-
кими (1,5—2 м между центрами барабанов, при ширине ленты 0,5
и 0,8 м) ленточными транспортерами, установленными непосред-
ственно под расходными бункерами. Производительности и скоро-
сти движения транспортеров —соответственно 46 и 100 м3; 0,32 и
0,54 м/миц. Весовой Дозатор С-8Й4 непрерывного действия мало
используется в производствах строительной керамики.
Смеситель двухвальный лопастный СМ-246. Обеспечивает не-
прерывное и равномерное перемешивание компонентов керамиче-
ских масс, их увлажне-
ние и паропрогрев. Про-
изводительность — до 35
ния валов 32 об/мин;
установленная мощность
40 кВт, габариты вместе
с приводом 6225Х1630Х
Х1200. (высота) мм, об-
Смеситель СМ»446дей-
ствует без паропрогрева.
Аналогичные зарубеж-
ные смесители дополнены
ножевыми звездочками на концах валов, способствующими раз-
мельчению кусков глины (ЧССР), или Г-образпыми лопастями,
также способствующими разбиванию комков глины и выпуску
ее через. торцевую стенку (Англия), и другими малосущественными
конструкционными деталями.
За рубежом широко применяют тарельчатые шнековые смеси-
тели с разгрузкой в одну или в две стороны (рис. 43). Они легки,
дают удовлетворительное смешивание, могут быть использованы
для непрерывной разгрузки башенного глинозапасника, будучи
подведены в основание башни. Например, тарельчатый смеситель
МТО-2-2800 (ЧССР) двух марок—I и II имеет показатели, при-
веденные в табл. 35.
Глиномялка одновальная. Эта машина в своей современной
конструкции объединяет функции промина глины, ее увлажнения
(водой или паром) и отделения крупных камней. Опытная произ-
водственная глиномялка СМ-744 сконструирована на основе шне-
кового пресса СМ-294, где вместо формующего цилиндра помещен
цилиндр с решётками (отверстия 12—14 мм), закрытый камне-
улавливающей головкой. Производительность — до 25 м3/ч, мощ-
ность—75 кВт.
Глиномялка двухвальная с протирочной головкой. Эта ма-
шина выполняет одновременно функцию камнеотделителя и под
названием «фильтр» предлагается некоторыми зарубежными фир-
мами (рис. 44). Она имеет решетчатую торцевую стенку /, задер-
живающую крупные камни (более 10 см). Привод валов 2 осуще-
ствляется через электромагнитную муфту от электродвигателя
к редуктору. При накоплении камней перед решеткой 1 давление
в накопительной камере повышается, срабатывает датчик давле-
ния 3, который подает сигнал к автоматической передвижке
решетки в бок по направляющим 4- Камни удаляются, и «фильтр»
продолжает работу. В смесительной части глиномялки имеется
форсунка для пропаривания глины.
500
34
500
Аналогичная глиномялка СМ-1238, изготовленная заводом
«Красный Октябрь» (Харьков), принята для, серийного изготовле-
ния; ее производительность — 25 м3/ч, расход мощности —55 кВт.
Двухвальная глиномялка ДМРР-1000 (ЧССР) при отверстиях
в решетке 20X20 мм выдает 7—10 м3/ч глины влажностью 20—
24% при расходе мощности 57 кВт. Масса — 7,4 т.
Фирма «Хендель» (ФРГ) решает эту же задачу глиномялкой
РЗ 40/5Н, в нижней части цилиндра которой имеется перфорация
для продавливания глины и отделения ее от камней. Производи-
тельность— 12 м3/ч, расход мощности 37 кВт.
Фирма «Мораидо» (Италия) предлагает «фильтр» производи^
тельностыо около 30 м3/ч при расходе мощности 46 кВт, масса —
Вальцы. При разной частоте вращения обоих валков Осущест-
вляются усилия сжатия и сдвига и разрушается природная
«структура» глины. Степень разрушения «структуры» возрастает
при увеличении разности частоты вращения валков; это обстоя-
тельство учтено в современных моделях вальцов зарубежных
фирм. Так, фирма «Мораидо» (Италия) поставляет вальцы с со-
отношением частот вращения равным 1,57 и даже 2. Принятое со-
отношение частот вращения в вальцах тонкого помола СМ-696А —
.200/180 об/мин, равное 1,1—1,2, —мало для обработки пластич-
ных глин [225].
Существенное значение имеет величина щелей (зазоров) меж-
ду валками. С уменьшением этой величины возрастает степень
разрушения «структуры». Отношение величины зазора к диаметру
валков целесообразно иметь равным 0,003—0,001.
Золотарский исследовал вопрос о распределении давления на
глину в вальцах (при 200 оборотах и при соотношении частот вра-
щения 1,2) и показал, что деформация в основном зависит от вели-
чины зазора и частоты вращения валков, и максимум деформации
определяется углом захвата от 2 до 6° [226]. Вопрос о влиянии от-
ношения частот вращения на разрушение «структуры» нуждается
еще в анализе;
Сторонники вальцовой обработки глины ставят последова-
тельно две или даже три («Юникерам», Франция) пары вальцов
с последовательным снижением величины зазора от 8,2 до 0,6 мм.
Гладкие валки даже из марганцовой прочной стали быстро
срабатываются в средней части и перестают выполнять свою функ-
цию. Поэтому нормальные условия эксплуатации требуют их ча-
стой подшлифовки: вальцов грубого помола с зазором 1—1,5 мм —
один раз в неделю, вальцов тонкого помола с зазором 0,8 мм —
ежедневно. Для подшлифовки устанавливается при вальцах на
суппорте (с перемещением вдоль вальца) абразивный шлифоваль-
ный круг, имеющий окружную частоту вращения 24—34 м/с. Ис-
пользуют также автоматическое устройство, выключающее вальцы
при увеличении зазора более допустимого предела.
Удельная производительность вальцов в среднем 0,7^0,8 м3
на 1 т массы металла вальцовой установки, расход мощности
155
в среднем 1,5 кВт на 1 т массы; по этим показателям вальцы пре-
восходят бегуны.
Бегуны. Эксплуатационная сторона этой древнейшей машины
характеризуется переменно направленным развитием усилий
сдвига, сжатия и разрыва, в результате чего происходит весьма
эффективное и быстрое разрушение первичной структуры глины,
сопровождаемое уплотнением и перемешиванием массы.
Бегуны характеризуются значительно большим, чем у вальцов,
удельным расходом мощности — порядка 2—2,2 кВт/м3 массы и
большей металлоемкостью — в среднем порядка 1,6 т/м3 массы.
Бегуны СМ-268 и СМ-365 при диаметре катков 1800 мм могут
выдать соответственно 25 и 35 м3/ч массы при потребляемой мощ-
ности соответственно 40 и 85 кВт.
Группа тяжелых бегунов «Кема» (ГДР), «Инкла» (Англия),
«Бонджйанни» (Италия) и др. широко используется в зарубежных
производствах строительной керамики.
Бандажи катков, плиты поддона, скребки, изготовленные из
весьма прочных сортов стали (марганцовистой), изнашиваются и
служат' неравномерно: бандажи катков — до 12000, плиты — 5—
5,2 тыс. ч работы.
Бегуны мокрого помола МКМН-1800 (ЧССР) имеют произво-
дительность при отверстиях в днище 12X40 мм — 50 т/ч, расход
мощности 40 кВт, диаметр катков 1800 мм, ширину 550/450 мм, ча-
стоту вращения каждого вала — 22 об/мин; отверстия в днище мо-
гут быть также 8X40, 10X40 мм. Габариты 4490X3350X3200
(высота), масса —25,8 т.
Скребки, распрыскиватель водь
ляют часто предмет патентования.
Глинопротирочная машина (тонрасплер). Эта машина —не-
большой металлоемкости, вошедшая сравнительно недавно в тех-
нологию механической переработки рядовых глин (разрушение
«структуры»), не содержащих камней. Характеризуется хорошей
эффективностью переработки глинистой массы.
Глина, поступая на тарель-дно полого стального цилиндра
(диаметром 1,9—1,3 м), протирается лопастями крестовин через
перфорацию-отверстия (диаметр 8—16 мм) в стенках этого ци-
линдра. Протирание осуществлено различно — вращением кресто-
вин в отечественных машинах (4—боб/мин) СМ-671, СМ-859, Орг-
техстрой (Минск) и зарубежных — «Кема» или вращением
цилиндра (58 об/мин) при неподвижных крестовинах — фирм
«Хеидель» (ФРГ), «Бонджианни» (Италия).
В глинорастирателе МП-1900 (ЧССР) глина продавливается
через перфорацию на стенах и дне цилиндра. Удельный расход
мощности довольно значителен — от 5 до 2 кВт на 1 м3 протертой
глины, но он меньше (около 2 кВт/м3) при большой производитель-
ности— 20—45 м3/ч (в растирателях Оргтехстроя, «Хендель» и
«Кема»). Износ лопастей и перфорированных плит цилиндра рас-
тирателя значителен: лопасти требуют наварки через 130—150 ч,
плиты надо сменять через 200 ч работы.
ха представ-
Глинозапасник. Практически невозможно сформовать из рядо-
вых глин крупные тонкостенные блоки, например многопустотные
блоки разного строительного назначения с толщиной промежуточ-
ной стены 8—10 мм, если их не подвергнуть прогреву паром, осу-
ществив гидратацию и гидролиз глинообразующих минералов
в глинозапаснике. Помимо того, пребывание в течение 12—24 ч
(иногда в зависимости от качества глины — и дольше) глинистой
массы в глинозапаснике создает промежуточный запас сырья пе-
ред, этапом формования.
Эта задача решается постройкой обычно бетонных башенного
типа глинозапасников той или иной вместимости в зависимости от
качества глины и степени сложности профиля изготовляемых из-
делий. Так, суглинок в смеси с белой глиной и песком для про-
изводства 16-щелевых блоков пустотностыо 62%, массой по 11 кг
выдерживается после бегунов и вальцов 1 месяц в глинозапаснике
вместимостью 8 тыс. м3. На одном французском заводе постройки
1966 г., производящем пустотелые блоки для стен, перекрытий и
перегородок, смесь трех глин после мокрой (влажность 18%)
проработки на бегунах вылеживается в глинозапаснике в штабе-
лях под навесом 15—20 сут.
На заводе в Лоде (Латв. ССР) глины для производства ще-
левых блоков после валков и бегунов мокрого, помола выдержи-
вают в глинозапасниках 7—10 сут (вместимость глинозапасника
около 10 тыс. м3).
На кирпичном заводе Мерри и К° (Англия) постройки 1970 г.
глина выдерживается в запасниках двое суток. На других зару-
бежных производствах глины выдерживают перед формовкой в ба-
шенных запасниках часто вместимостью 100, 200 М“ и более от 5
до 36 ч, а в утепленных глинозапасниках-глинохранилищах —
даже в течение нескольких недель.
Разгрузка башенного глинозапасника может производиться по-
средством нижней вращающейся (2—7 об/мин) тарели и выводя-
щего шнека. Разгрузка крупных глинозапасников с насыпной гли-
ной, разделенных на отсеки, часто производится малогабаритным,
многоковшовым экскаватором, действующим по графику.
ФОРМОВАНИЕ
Формуемость. Понятие «формуемость»,, то есть способность ке-
рамической массы принимать необходимую форму под влиянием
внешних усилий без нарушения сплошности и сохранять эту форму
при устранении внешних усилий, охватывает более широкий ди-
апазон консистентных состояний, чем понятие «формуемость» при
пластическом состоянии. Античное понятие nXaorixog (годный
для лепки) соответствует понятию формуемости в узких преде-
лах влажности. Иными словами, формуемость в пластическом
(12)
состоянии глины (массы)—частный случай формуемости в широ-
ком диапазоне влажиостей.
Структурирование в смысле ориентационного размещения као-
линитовых частиц может быть осуществлено при экструзии массы
через мундштук, и тогда свойства массы (тиксотропное упрочне-
ние, прочность, усадка) будут неодинаковы по оси экструзии и
перпендикулярно к ней.
Теория пластического формования опирается на два положе-
ния. Одно — положение Кулона, высказанное в 1773 г. [227], вы-
ражается уравнением (12):
r = atgq>+c,
где т — предельное сопротивление сдвигу, кг/см2;
о —нормальное, сжимающее пластическое тело, напряже-
ние, кгс/см2;
tgq>—угол внутреннего трения, равнозначный коэффициенту
внутреннего трения / при постоянном значении о;
с —некая величина, составляющая величину сопротивления
сдвигу, не зависящая от нормально действующего на-
пряжения на глину, обозначаемая как сцепление,
кгс/см2.
Второе положение было высказано Шведовым в 1881 г. [228]
и выражено уравнением, которое позднее (в 1919 г.) повторил
Бингэм [229], предлагая свой метод оценки пластичности глин.
В отечественной литературе это уравнение обозначают как урав-
нение Шведова— Бингэма (13):
T=ti(do/dr)+T„p, (13)
где т —общее напряжение сдвига при постоянном значении
влажности и температуры глины в установившемся те-
чении глины, кгс/см2;
1] — коэффициент вязкости, характеризующий внутреннее тре-
ние глины;
— — градиент скорости, то есть изменение величины скорости
" v текущей глинистой массы на элементарном расстоянии
г, перпендикулярном течению глины в трубе;
Тпр — предельное напряжение сдвига, которое необходимо со-
здать, чтобы началось течение глины, кгс/см2.
Истинно вязкие материалы отличаются от пластичных тем, что
у вязких отсутствует предельное напряжение сдвига тщ> и они те-
кут под влиянием собственной тяжести даже в тонких слоях; это —
Ньютоновское вязкое течение, присущее асфальту, смолам.
Из уравнения (13) следует, что влажные глины и глинистые
суспензии обладают упругим обратимым состоянием до начала
течения. Опыт показывает, что после предела текучести,, то
есть начала течения, глинистая масса проявляет одновременно
и пластическое необратимое и упругое состояния. Это можно ви-
деть на рис. 45, где показан ход изменения деформации в в зави-
158
W=const
симости от напряжения о как при нагрузке, так и после разгрузки.
Участок еУпр соответствует упругой оупр, исчезающей при разгрузке
деформации. Участок евл соответствует пластической, остающейся
деформации.
По уравнению Кулона (12) величина сопротивления глины
сдвигу т определяется коэффициентом внутреннего трения f и
сцеплением с. Эти величины из-
меняются в зависимости от влаж-
ности глины и от сжимающего
глину напряжения о. Графически
уравнение . Кулона выражается
прямой в системе координат, где
ось ординат выражает величину
усилий, сжимающих глину, а ось
абсцисс — величину напряжений
при сдвиге. Эта прямая отсекает
по оси ординат отрезок, который
обозначает величину сцепления с,
а тангенс угла наклона этой пря-
мой к оси абсцисс выражает
внутреннее трение: f=tg <р.
Опыт показывает, что с уве-
личением влажности глины коэф-
фициент внутреннего трения f
резко уменьшается, как это сле-
дует по данным, приведенным на рис. 46, где под цифрами 1 и 2 —
коэффициенты внутреннего трения соответственно часов-ярской и
трошковской глин по Заварзиной [230]; 3 — лёссовидного суглинка
jo is оо IV, %
по Саатчян и Зайцеву [231]; 4 1 5—-бескудниковской и кембрий-
ской глин по Федеевой [232]; 6 — кудиновской глины по Хэ И-хуа
[233]; 7 — просяновского каолина, по Заварзиной. Все опыты были
проведены без вакуума и без нагрева глины. Сопоставление пока-
зателей f и с затруднено из-за большого диапазона влажностей.
Во всяком случае, сами по себе значения f и с, хотя и взаимосвя-
заны, но не могут характеризовать пластичность глины-
По Жукову и др. [234], значение f часов-ярской глины в пре-
деле 32—40% влажности — очень мало (менее 0,1) и не меняется
от влажности, величина сцепления с той же глины при влажности
32% равна 0,72, а при влажности 40% равна 0,34 кгс/см2.
Весьма заметно сказывается вакуумирование до 740 мм бес-
кудниковской и кудиновской глин: примерно в три раза.снижается
коэффициент внутреннего трения и в два раза повышается сцеп-
ление; сопротивление сдвигу при вакуумировании возрастает на
70—80%, судя по данным Будникова и Альперовича [235].
Зависимость величины сдвига т- от влажности для некоторых
глин приведена, по Заварзиной, на рис. 47. Внешние давления
были незначительны (порядка 1 кгс/см2). Давление, осуществляе-
мое в современных ленточных прессах до 100 кгс/см2, существенно
увеличивает сопротивление сдвигу.
Наши и Яковенко данные исследования (по особо разработан-
ной методике определения сдвига влажных глин при вакууме,
давлении и нагреве) кембрийской, рябовской, дружковской глин,
просяновского каолина и лёсса показали, что наблюдается в интер-
вале 12—14%-ной влажности глин переход быстрого падения зна-
160
чения f к замедленному, составляя 0,05—0,1, то есть подтвержда-
ются наблюдения других авторов.
Нами замечено также, что величина сцепления с проходит при
увеличении влажности глин через максимум (с равно от 10 до
20 кгс/см2), который соответствует 11—12% влажности у лёсса и
Глин и 18% — У каолина при с=10 кгс/см2. Вакуумирование умень-
шает значение f и увеличивает значение с. Нагрев (до 60°) не-
много уменьшает значения f и заметно уменьшает с. Отощение
песком заметно уменьшает f и весьма значительно уменьшает с
Дегидратация глины увеличивает общее сопротивление сдвигу и
соответственно увеличивает значение си/.
Увеличение влажности глины уменьшает коэффициент трения
ее о поверхность стали.
На производительность пресса оказывают также влияние:
1) коэффициент сжатия КС глины в прессе; под КС понимают
отношение сечения входного отверстия в головке к сечению отвер-
стия в плите мундштука и 2) шаг шнека — расстояние между вит-
ками. На рис. 48 показана зависимость производительности
(в кг/мин) пресса от сечения выходного отверстия (в см2) и от
шага шнека, равного 75, 90 и 130 мм (сплошные линии для часов-
ярской глины, тире — для суглинка), по Жукову и др. [234].
Как видим, увеличение шага винта существенно повышает про-
изводительность пресса, так же как повышается производитель-
ность пресса с увеличением сечения выходного отверстия мунд-
штука. В то Же время, судя по этим кривым, влияние внутреннего
трения /, связности с глины на производительность пресса (при
постоянном сечении F), хотя и заметно, но не имеет особенно
большого значения.
Другая методика оценки рабочих свойств состоит в определе-
нии ее формуемости. Попытки выразить формуемость в каких-либо
единицах, например по опытам вдавливания штампа (по Фаде-
евой), с помощью вращения конуса (по Юрчаку), ротационным
вискозиметром, имеют ограниченное, а иногда и не удовлетворяю-
щее характеру процесса значение.
Наблюдения над формуемостью глин сделаны также Шлеви-
ным [236]; им показано в описательной форме следующее: 1) гли-
на в прессующей головке обычно образует фигуру истечения, не
соответствующую форме головки, поэтому для выравнивания дви-
жения потоков глины форма головки должна быть близка форме
истечения данной глины; 2) глина движется в головке и в мундш-
туке с разными скоростями —в центре с большей, у стены —
с меньшей и выходит из мундштука в виде тела, имеющего в про-
дольном разрезе форму, близкую параболе; 3) форма параболы
меняется в зависимости от свойств глины и конусности головки:
чем пластичнее глина и меньше /, тем более вытянута парабола.
На форму может также влиять степень влажности глины.
Рекомендация относительно профиля головки была сделана
еще Сирлом [237], который предлагал для каждой глины подго-
нять профиль головки сначала из дерева, а затем отливать ее из
6 Заказ № 2641 161
металла. На прессах, способных перерабатывать глину при малых
влажностях и больших давлениях, величина f резко возрастает,
парабола истечения становится круче, и профиль головки приоб-
ретает более универсальный вид.
Для уменьшения пульсации- глинистой массы при проталкива-
нии ее двухзаходной выпорной лопастью при шнеке с непрерыв-
ным винтом, Шлевин предложил создать разрыв в 40—60 мм ме-
жду этой лопастью и средней частью винта. Этот прием может
благоприятствовать уплотнению глинистой массы, достигающему
максимума (по Шлевину) уже в районе выжимной лопасти. При-
менение для опытов головки регулируемой длины, предложенной
Абрамовичем [238], позволило Шлевину найти оптимальную длину
ее, которая обеспечивала выравнивание потоков глины и наилуч-
шее качество изделий после обжига.
Замена двухзаходной выпорной лопасти на трехзаходную
в сумме с другими улучшениями позволила увеличить произво-
дительность пресса СМ-443 и придать равномерность формованию
благодаря уменьшению и устранению свилеобразования и S-об-
разных трещин [239].
Условия свилеобразования в кирпиче, завершающегося разры-
вом в виде S-образной трещины, определяются большой неравно-
мерностью движения массы в головке и в мундштуке. Этот-основ-
ной порок пластического формования ослабляется и даже устраня-
ется удлинением головки на 100—120 мм [240], установкой вырав-
нивающих вставок, по Фадеевой [241] и др.
Вибрация. Своеобразный прием решения задачи формования и
устранения свилеватости предложен Хагеном [242], применившим
вибрацию массы при движении в прессе (головке и мундштуке).
Дальнейший опыт показал возможность применения вибрирующих
головок [243], вибрирующих вставок между головкой и мундшту-
ком и других вибрирующих деталей. Вибрация способствует свое-
образному разжижению массы на всю ее толщину. Теория разжи-
жения глин при вибрации не разработана.
Наметилось применение ультразвука для разжижения и дезо-
риентации глинистых частиц с помощью механизма кавитации,
что нашло практическое применение при формовании по методу
Нахамкина — Энтелиса [244].
О расчете формования. Возможности расчета формующих уст-
ройств пока ограниченны. Ценен для производства расчет напря-
жения а в массе, проходящей мундштук, предложенный Фадеевой.
Конкретные значения, принятые Фадеевой в подстановке к ее
уравнению, дали <г=6,6 кгс/см2, что возможно для действующих
маломощных прессов.
Коэффициент бокового давления массы в цилиндре пресса
можно определить равным 1=ах/оу, приняв напряжение по ра-
диусу цилиндра о.» и по оси цилиндра — ои. Из теории сопротив-
ления материалов ax=Pd/26 и ay—Pd/46, где d — диаметр ци-
линдра и в —толщина стенок цилиндра. Тогда g=o'«/o„=0,5. Прак-
тически значения g находятся в пределах от 0,35 до 0,42 при фор-
162
мовании на ленточном прессе и малых значениях нормального
сжимающего напряжения (до 25 кгс/см2).
В мощных вакуум-прессах с о, достигающей 80 и 100 кгс/см2,
значение g должно быть близко теоретическому 0,5.
Фадеева показала причину возникновения параболы истечения
глины: наличие зон давления в массе, не лежащих на оси мунд-
штука; фронт движения массы при выходе из мундштука не совпа-
дает с распределением массы, и кривые сечения фронта движения
могут быть выражены приближенно серией уравнений пара-
болы. Коническое уплотнение не обеспечивает условия выравнива-
ния давлений по сечению массы в мундштуке. К этому добавля-
ются: 1) пульсирующая подача массы как следствие совмещений
выталкивающих усилий выпорных лопастей и вязкости и прили-
паемости массы к металлу; 2) спиральные наслоения массы как
следствие поступления массы из межвитковых участков шнека,
в результате которых появляется «свиль», а при определенных ус-
ловиях возникает разрыв в свилях в виде S-образной трещины.
Поэтому невозможно получить в обычных ленточных прессах при
больших влажностях массы брус (заготовку), в котором плот-
ность массы при достаточно значительном сечении его была бы
одинаковой.
Белоногов установил [245], что уменьшение угла а наклона сте-
нок плоского мундштука почти не влияет на распределение ско-
ростей потока массы по сечению канала независимо от влажно-
сти, но и уплотнение массы при этом становится малым. Поэтому-
то и нельзя возлагать задачу уплотнения массы на мундштук;
задачу эту решает прессующая головка, как то было уже давно
отмечено Сирлом [237]. Другой вывод из опытов Белоногова ва-
жен тем, что указывает возможность получения бруса без струк-
турных дефектов в случае изготовления такого бруса уменьшен-
ных влажностей (менее 19%). А это — путь развития современ-
ных мощных ленточных прессов.
Глина после выхода из мундштука претерпевает упругое по-
следствие. Поэтому ширина и высота b (к) выходного отверстия
мундштука определяются по формуле (14):
6(Л) = Ш)(1+о/100)-й, (14)
где 60(М—заданная ширина (толщина) обожженного изде-
лия, мм;
а —общая линейная усадка, %;
k — величина упругого расширения глиняного бруса при
выходе его из мундштука (обычно 1—1,5 мм).
Можно также отметить уравнение (15) Ильевича [246] произво-
дительности ленточного пресса на основе идеи о «твердой гайке»,
удерживаемой от вращения:
Q= Цп(Ог-сР)(17-6)п-601/4ч]-к,
где D — внутренний диаметр цилиндра пресса, м;
d — диаметр ступицы лопастного винта, м;
(15)
6 —толщина лопасти шнека, м;
п — число оборотов шнека в 1 мин;
q— расход сырья на 1000 шт. кирпича, м3;
k — коэффициент использования пресса.
содержит в сжатой форме некоторые свойства керамической мас-
сы, имея такую расшифровку:
k— Хфр,
где 1 — коэффициент проворачивания массы;
<р— коэффициент возврата массы;
[Л — коэффициент уплотнения массы в прессе.
Значения внутреннего трения и связности массы не учтены.
В общем значение k многих прессов лежит в пределах 0,1—0,25.
Золотарский предложил [247] уравнение, в котором производи-
тельность ленточного пресса признается пропорциональной ради-
усу шнека в кубе, числу оборотов шнека и тангенсу угла подъема
винтовой линии (до некоторого предела); однако указание о том,
что производительность пресса увеличивается при повышении
прочности массы на сдвиг и при увеличении ее вязкости, не нахо-
дится в соответствии с опытом.
Попытку связать давление пластической деформации с водосо-
держанием и пределом текучести сделал Новопашин [248]. Вопрос
о влиянии упругих и пластических свойств глин, неоднородности
их строения и неодинаковости уплотнения при формовании впер-
вые поставил Ярошевский [249]. Разработка параметров, заложен-
ных уравнением Кулона, позволяет связать основные технологи-
ческие свойства массы — сопротивление сдвигу как результат внут-
реннего трения и сцепления с возможностью расчета требуемой
мощности формующих машин. Это направление плодотворно.
1250] Vnl>V
ео и пластической е2 и гра-
диент скорости деформации
де,: х как отношение прира-
щений величины деформа-
ции за время z деформации.
Кроме того, может быть
определена пластическая
вязкость как
^рузмН^аждом^^аправдани^^соотВетств^т^Су^ма^велич^ины
™:ца К s’Sy rtopZ " как сумму упругой деформации
Е,=а/во — условно мгно-
венный модуль
упругости;
£2=О1/е2 — «эластический»
модуль упру-
гости.
Для этих измерений при-
годна методика определения
сдвига глинистой полоски,
зажатой между двумя за-
зубренными пластинками,
ПО Толстому. „г.-вгял построить зависимость
влажности глины w, /о, и получит ₽ Р,хся прямых; точка
Зависимость эта имеет вид д д к0 рабочей влажности
сопряжения соответствует, п° .^^Зется а угол наклона про-
глины, при которой глина хорошо> ф р У ; У сть, глины.
должения прямой может характ Р и масс МОЖет
=• ?=»:“
«формуемость» эта имеет знаачзеНЫХТИПОВГЛИНПОзво-
Зависимость Pm от влажности да а и иалов_лёссы J,
ляет наметить четыре группь бе!1топить1 4 (рис. 50). Если при-
суглинки 2, глины и каолины 3, t \₽ т0 значения этого
пять в качестве параметра для сравнения £g 7,5-13;
пяпяметоа будут для лессов —1,1—2,2, для суьнип
для глин и каолинов - 10-35; для бентонитов - 60-85.
Можно заметить, что значения Рт у всех глинистых материа-
лов лежат при их рабочем влагосодержании в пределах (5—10) X
Х105 дин/см2, или 0,5—1 кгс/см2. По-видимому, это практически
минимально необходимое усилие для создания необратимого
сдвига у разных глинистых материалов при их рабочих влажно-
стях и нормальном давлении.
Неудобство использования многочисленных «констант», разви-
тых на основании уравнения Шведова — Бингэма, для технологи-
ческих расчетов дали основание Нютценаделю заменить это урав-
нение уравнением Ньютона [127]:
r = t)'Ae. (16)
Так как величина упругих деформаций в глине мала, то можно
исключить второй член в уравнении (13) — тпр, и тогда зависимость
между г, и е может быть выражена уравнением:
Нютценадель принимает значение b для разных глин от 0,85
до 0,95, а значение a=T)j=1 при перепаде величины деформации,
равном единице. В результате всех этих упрощений он предлагает
диаграмму, на которой распределены кривые а в зависимости от
влажности для разных типов глин. Однако эти данные не мо-
гут быть применимы для расчета усилий, необходимых при обра-
ботке глины в пластическом состоянии.
ФОРМОВАНИЕ ЛЕНТОЧНЫМ ПРЕССОМ
Способы формования. Основной способ формования — пласти-
ческое (влажность от 24 до 14%) на шнековых ленточных прессах
с вакуумом или без вакуума. При вакуумировании глина уплот-
няется. Масса кирпича-сырца в среднем 4—6 кг, то же из ва-
куумированной глины —5 кг. После сушки соответственно 3,9 и
4,3 кг. Формование глиняной массы прокаткой валками носит ис-
следовательский характер.
Формование полусухим способом при влажности 6—8% незна-
чительно из-за ограниченности ассортимента изделий, которые мо-
гут быть изготовлены этим методом, из-за необходимости повы-
шения на 40—50° температуры обжига для обеспечения необхо-
димой степени спекания изделий из глинистого пресс-порошка по
сравнению с температурой обжига изделий, полученных пластиче-
ским формованием. Описание производства кирпича методом по-
лусухого прессования дано Лундиной [251].
Современный вакуум-ленточный пресс состоит из глиносмеси-
теля, вакуум-камеры, шнекового винта, вращающегося внутри ци-
линдра пресса, прессующей головки и мундштука.
В глиносмесителе производится обычно паропрогрев массы,
при температуре 50—80°. Имеется опыт замены пара для прогрева
дымовыми газами, проходящими через систему нагревательных
трубок (фирма «Бедекаляр», Италия). Масса может быть под-
вергнута электропрогреву в головке пресса, что облегчает работу
головки и подготавливает массу к- быстрой сушке.
В вакуум-камере происходит удаление воздуха и частично па-
ров воды из тонких лент или жгутов массы толщиной до 10—
15 мм у тощих глин; разрежение тем больше (порядка 720—
740 мм рт. ст.), чем пластичнее масса. Количество воздуха в глине
3—5 объемных процентов.
В вакуум-прессе СМ-443А вакуум создается насосом ВН-4Г,
работающим от электродвигателя мощностью 7 кВт с воздушным
фильтром. Малая степень вакуума — 600—620 мм рт. ст.— приме-
няется для удаления воздуха из грубодисперсной глины, благо-
даря чему глина становится прочнее в сушке и в обжиге, умень-
шается на 25—30% общая усадка и появляется возможность
уменьшить влажность массы на 1—2% при сохранении необходи-
мой степени ее формуемости.
Масса движется в головке ленточного пресса с параболиче-
ским распределением скоростей и немного поворачивается при
этом. При входе в мундштук происходит задержка вращения
массы и изменяется скорость ее движения. Свиль возникает в го-
ловке пресса, и чем меньше вязкость глинистой массы, тем более
эта масса склонна к свилеобразованию, так как она легче разру-
шается при движении. Поэтому длина головки должна быть наи-
меньшей у пластичных глин и масс (50—100 мм) и повышаться
по мере понижения пластичности, например для лёссов 260—
280 мм [281].
Раздельный привод шнекового вала пресса и смесителя целе-
сообразен и принят во всех современных конструкциях ленточных
прессов (рис. 51).
Отечественные машиностроительные заводы выпускают прес-
сы вакуумные СМ-443А, СМ-142, СМ-446, СМ-683 и безвакуум-
ные — СМ-294, СМ-712, СМ-727. Все эти прессы работают при
20—24%-ной влажности глины (не менее 18,5%). Технические
характеристики вакуум-прессов приведены в табл. 36. В настоя-
щее время происходит модернизация прессового хозяйства отече-
ственных заводов.
Многочисленные исследования, касающиеся выбора размеров
основных деталей ленточного пресса в соответствии со степенью
влажности массы и ее уплотнения, с трением массы о поверхность
металла, внутренним трением массы и ее сцеплением и т. д.
остаются еще не приведенными в систему взаимосвязанных пред-
ставлений о шнековом прессовании.
Тем не менее практика работы современных вакуум-ленточных
прессов на тугих массах с влажностью 13—15%, при температуре
выходящего бруса порядка 80° потребовала увеличить давление
прессования до 80—100 ат, повысить частоту вращения шнекового
вала и создать монолитную конструкцию этого вала. Его вытачи-
вают из цельной стальной болванки, способной служить 10—
12 лет. Рекомендуют также износостойкий низколегированный
чугун.
Конструктивные изменения привели к резкому возрастанию
расхода мощностей. Однако удельный расход мощности на
1000 шт. условного кирпича снизился до 12—13 кВт вместо преж-
них 20 кВт. Производительность ленточных вакуум-прессов воз-
в пересчете на формат ГОСТ). Возросшее давление глины в ци-
линдре и головке —до 35, 65, 100 ат и более — потребовало зна-
чительного увеличения прочности стенок цилиндра и комплектую-
щих деталей. Мощность привода шнекового двувального смеси-
теля составила, например, 118 кВт, привода шнека пресса —
260 кВт.
Естественно, что показатели свойств глиняных масс, в частно- -
сти коэффициенты внутреннего трения и сцепления, при таких дав-
лениях и при таком нагреве значительно изменились.
Существенное улучшение связности и пластичности глинистых
масс, достигнутое новыми улучшенными и старыми приемами под-
готовки и обработки глины, позволило отойти от прежних пред-
ставлений о построении мундштука и заменить его стальной пли-
той с укрепленными на внутренней скобе кернами (для пустоте-'
лых изделий).
Для уменьшения трения массы о стенки мундштука подается
смазка — отходы автола или машинного масла в количестве 0,3 л
на 1000 шт. кирпича. Масляное орошение немного замедляет
сушку, но и уменьшает трещиноватость изделий.
В современных мощных прессах предусмотрена подача масла
для смазки поршневыми насосами (0,4 кВт) с расходом масла
1—5 л/ч при давлении 11—14 ат. Толщина изделия (блока, кир-
пича) определяется расстоянием между струнками резательного
аппарата.
Формование блоков с пустотами. Для получения бруса с пус-
тотами устанавливаются внутри мундштука скобы, на которых
крепятся держатели кернов и навинчиваются керны, определяю-
щие своим сечением и количеством вид и количество пустот в
блоке. Общая поверхность скоб, держащих керны, часто состав-
ляет 2000—3000 см2 (что требует иногда регулировки наваркой
169
добавочных тормозных поверхностей). Сумма трущихся поверх-
ностей держателей кернов и самих кернов должна быть равной
сумме внутренних поверхностей несмачиваемого мундштука. Фор-
ма кернов по длине должна быть хорошо обтекаема.
Для полного слияния потоков глины, образующихся при раз-
резке бруса скобой, необходимо иметь .достаточное .расстояние —
100—120 мм от скобы до краев выходного отверстия мундштука.
Материал скоб — прочная легированная сталь. Материал кер-
нов— хромированная сталь, карбид, керметы на основе карбида
вольфрама и т. п. Керны и скобы хорошо хромируют. Мундштуки
за рубежом производят специализированные фирмы.
В современном конструировании ленточных вакуумных прес-
сов различают агрегативное и неагрегативное сочетания пресса
и смесителя. В первом случае каждый агрегат —и пресс и смеси-
тель— имеют самостоятельные редукторы, и каждый швив имеет
свою фрикционную муфту. При неагрегативном сочетании имеется
общий редуктор, который все же позволяет осуществить раздель-
ный привод пресса и смесителя. Преимущественно строят агрегат-
ные прессы,- они более удобны при работе на трудных глинах.
Однако ряд зарубежных фирм выпускает как те, так и другие
(английская фирма «Брэдли — Грэвн», американская фирма
Строят прессы большой производительности и большой мощ-
ности для прессования глин пониженной влажности; приводы сме-
сителя и пресса разделяют, широко используют пневматические
или электромагнитные муфты сцепления. Применяются преимуще-
ственно высококачественные стали.
Смесители конструируют предпочтительно с одним валом, что
упрощает систему передачи глины в вакуум-камеру. Смесительные
лопатки проектируют разных профилей и делают их легко сменя-
емыми, стремясь к лучшему перемешиванию глины и добавок.
Обзор отечественных и иностранных прессов сделан Коганом
[252].
Резательные устройства. Принятый на отечественных заводах
автомат СМ-678А смычкового типа может быть применен для
резки бруса, соответствующего толщине изделия 65, 130, 260 мм.
Паспортная производительность — соответственно до 9000, 4500,
2250 изделий в 1 ч, потребляемая мощность—1,1 кВт.
Эта машина, однако, не обеспечивает условии точного отреза
и не обладает высокой эксплуатационной стойкостью; имеются
предложения по улучшению конструкции, так как простои, связан-
ные со сменой лопнувшей струнки, могут достигать при глине, за-
соренной камнями, до 10% рабочего времени.
Применяют автоматы резки бруса гильотинного, цепного фир-
мы «Lingl» («Лингл»), барабанного фирмы «Keller» («Келлер»),
роторного типа. Автомат гильотинного типа (ЧССР) делает до
60 отрезков в минуту бруса длиной до 500 мм. Ротационный реза-
тельный станок на некоторых заводах ФРГ способен отрезать
18 нормальных кирпичей одновременно.
Цепной автомат фирмы «Лингл» (ФРГ), показанный на
рис. 52, имеет две цепи 1, приводящие в движение звездочки, ме-
жду которыми помещаются пять режущих проволок 2. Цепи дей-
ствуют от индивидуального привода 3 через фрикционную муфту.
Эта муфта связана кинематически с транспортером 4, поддержи-
вающим глиняный брус, так что обеспечивает постоянное соотно-
шение скоростей бруса и цепей. Цепи могут быть наклонены ра-
мой 5 под определенным (сменным в зависимости от высоты
бруса) углом к вертикали.
Настраивают автомат посредством изменения скоростей цепей
и глиняного бруса; угол наклона цепей зависит от изменения шага
режущих проволок (струнок). В зоне во время реза струнка про-
ходит через натяжные приспособления, а остальное время струнка
не натянута, чем обеспечивается ее износостойкость. Длина обре-
заемого бруса — от 50 до 1550 мм, ширина бруса — 370 мм, одно-
временно отрезается до 15 нормальных кирпичей. Потребляемая
мощность 2,2 кВт, масса автомата 0,4 т.
Барабанный резательный автомат фирмы «Келлер» (ФРГ)
представляет собой качающуюся вокруг горизонтальной оси раму,
в которой помещены два зубчатых кольца, приводимых во вра-
щение приводом с регулируемым числом оборотов. Между этими
двумя кольцами барабаны натягивают в одноименных точках
струнки, прорезающие брус. Синхронизация осуществляется через
электронную схему регулирования. Автомат позволяет делать до
20 тыс. штук кирпичей в час.
Многострунные ротационные автоматы широко используются
в США, они способны отрезать одновременно 18—26 штук кир-
пичей.
Роторный резательный автомат (рис. 53) сконструирован Уше-
ренко и Андреевым (Куйбышевский Росоргтехстром). Его произ-
водительность 15—20 тыс. штук в час. Глиняный брус при движе-
нии приводит во вращение транспортер 1 и через зубчатую пербт
дачу 2 — входной вал 3 синхронизатора. Синхронизированное вра-
щение привода передается через вал 4 и сменные шестеренки 5
на ротор 6 и барабан транспортера 7. Лучки 8 имеют хвостовики,
которыми они обкатывают копир 9, что обеспечивает перпендику-
лярность реза стрункой 10. Эти струнки выходят при проворачи-
вании через разрывы между кирпичами, образующимися при его
разрезке.
Двухслойное формование. Производство лицевого кирпича (на-
пример, на ленинградском производственном объединении «По-
беда») основано на совместном процессе формовки основного
бруса (например, из кембрийской глины и 36—37% суглинка) и
ложкового и тычкового слоев из беложгущейся часов-ярской
глины, отощенной песком или стеклобоем (10—30%).
Установка для формования двухслойного лицевого кирпича
СМ-1173 состоит из пресса СМ-443, к которому через переходную
головку подсоединен малогабаритный пресс с диаметром шнека
200 мм, дозатора-питателя емкостью 0,6 м3 (типа тонрасплера),
синхронизатора, изменяющего частоту вращения вала шнека
(18 об/мин) в соответствии со скоростью движения бруса. Произ-
водительность установки — около 0,8 м3/ч, установленная мощ-
ность 32,5 кВт, габариты —3130x2230x2695 мм, масса 4 т. Рас-
ход часов-ярской глины — около 10% [253].
МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИЗДЕЛИИ В СУШИЛО
Механизация этого узла впервые (более полувека тому назад)
была осуществлена так называемой системой Келлера, много-
кратно описанной. До сих пор механизация резки и укладки кир-
пича-сырца на сушильную вагонетку на многих отечественных за-
водах производится по этой схеме.
Системы транспортирования и установки сырца на сушильную
или на печную вагонетку различаются в зависимости от влажно-
сти бруса. При влажности 20—22% надежно работает усовершен-
ствованный автомат 4202 фирмы «Келлер» с размещением сырца
на рейках (рис. 54) и с механическим перемещением реек с сыр-
цом по системе автоматов в сушильные устройства. По этой сис-
теме в последние годы установлены автоматы укладки сырца на
рейки с односторонней подачей реек (раньше применялась сис-
тема подачи реек с двух сторон, требовавшая участия рабочего).
Автомат-укладчик СМ-562А имеет производительность 8000 шт./ч.
После снятия сырца рейки поступают по системе цепных транс-
портеров в накопитель емкостью 1500 реек (на рис. 54, справа),
откуда происходит подача реек с помощью поперечного толка-
теля на рольганг. Рейки вы-
полнены из дюралевых тру-
бок прямоугольного сече-
ния, толщина стенок 1,5—
2 мм, длина реек 1300—
2000 мм.
На заводах с камерными
сушилами передаточный ме-
ханизм передает рейки с сыр-
цом в элеватор-накопитель.
Вагонетка для захвата всех
рядов реек с сырцом заби-
рает продукцию, переме-
щает ее на платформу
электротележки, с которой
передвигается в любую су-
шильную камеру.
Аналогично действует
система элеватор — ваго-
нетка для передачи высу-
шенного сырца в автомат
нетку. Производительность
этой системы Келлера до-
ведена до 20 тыс. изделий
условного кирпича В час рис, 55, Посадочный автомат-грейфер
при садке полуторного кир-
пича. Управление всеми эта-
пами производится командоаппаратом, действующим с помощью
программного устройства, работающего по перфокарте.-
При использовании тугих масс невысокой влажности (14—
15%), которые формуют с помощью мощных ленточных прессов,
прочность сформованного сырца достигает 3 кгс/см2 при сжатии.
В связи с этим определились два направления: одно использует
классическую систему Келлера с автоматическим подведением
реек с одной или с двух сторон движущихся на конвейере блоков
после, их резки, с последующим штабелированием на подъемнике
и далее, как в прежней схеме Келлера.
В эту схему добавились существенные изменения. После сушки
и подачи блоков конвейером к месту садки на печные вагонетки
пачки этих блоков захватываются автоматически действующими
.грейферами (рис. 55), по команде с пульта управления произво-
дится посадка блоков рядами вперевязку на печную вагонетку.
Для осуществления перевязки грейферные захваты могут пово-
рачиваться в плоскости на 90°. Производительность такого поса-
дочного автомата Келлера достигла 7000 штук полуторных (по
кирпичу) блоков в час.
Вариант механического транспортирования сырца плотной фор-
мовки по системе рольгангов с передвижкой роликовых решеток-
приемников в каркасы-контейнеры для транспортирования в су-
шило под названием «Мезиа» разработан фирмой «Морандо»
(Италия); производительность 1.6000 штук нормального кирпича
Другое направление связано с Использованием системы вакуум-
присоса. От бруса по выходе его из мундштука отрезается гиль-
отинкой отдельность, равная по длине 6—8 блокам. Эта отдель-
ность подхватывается скоростным транспортером и после оста-
новки разрезается струнками на несколько блоков. Затем
опускаются поворотные присосы, с помощью которых блоки пере-
ставляются на металлические поддоны. Последние автоматически
штабелируются в металлических разборных этажерках (например,
8 поддонов в плоскости и пять рядов по высоте), которые передви-
гаются на роликовом конвейере в сушиле.
После сушки пачки штабелей, содержащих каждый по
240 блоков, передвигаются по роликам в разгрузочную машину.
Эта машина представляет собой систему грейферных захватов, за-
жимающих каждый ряд высушенных блоков (48 блоков в плоско-
сти), которые переставляются на печные вагонетки. Поворот грей-
фера на 90° обеспечивает перевязку рядов и наращивание садки
до заданной высоты. Аналогична система «динозавр» фирмы «Фау-
сетт Крэвен» (Лиде, Англия). На основе этой системы работают
в США кирпичные заводы-автоматы постройки 1970—1972 гг.
Автоматизация операций представлена универсальной схемой
резки, транспортирования и погрузки сырца по Кема (ГДР)
(рис. 56). По этой схеме производительностью 70 млн. штук ус-
ловного кирпича в год работают оператор при формовке, опера-
тор по штабелевке, оператор при садочной машине, теплотехник,
оператор по перегрузке и пакетировке блоков, уборщик, оператор
по обвязке блоков в целлофановую обертку й по отгрузке потре-
бителю, не считая двух операторов на складировании глины и в от-
делении обработки сырья и одного руководителя.
Схема резки, транспортирования и погрузки на вагонетку круп-
ных полых блоков и перекрытий по Кема (ГДР) приведена на
Следующий прогрессивный шаг, который был сделан в техно-
логии производства строительной керамики,— устранение пере-
грузки штабелей высушенного сырца с поддонов на печную ваго-
нетку и отказ от реек и поддонов.
Достаточная прочность невысушенного блока-сырца (3- Р
4 кгс/см2 при сжатии) позволяет осуществлять его штабелирова-
ние (например, с пустотелостью 32—47%) сразу на печную ваго-
нетку, которая направляется в туннельное сушило и затем пере-
ходит в туннельную печь или в объединенную систему сушило —
СУШКА И СУШИЛА
Задача организованного процесса сушки состоит в подводе
энергии (тепловой или электрической) к высушиваемому изделию
с наименьшими потерями и в наименьшие сроки, допустимые для
целостности изделия.
Рассмотрению вопросов, связанных с процессом сушки приме-
, нительно к керамике и огнеупорам, посвящены исследования Лы-
кова [254], Шумилина [255], Чижского [256], Белопольского
[221] и др. Вопросы теории и практики сушки строительной кера-
мики рассмотрены НоХратяном [258].
Периоды сушки. Сушка материала (глины) может быть выра-
жена графиком (рис. 58). Точка 1 на кривой скорости сушки G/fz,
кг/м2-ч называется критической; она характерна, так как делит
сушку на участок постоянной скорости сушки I и участок падаю-
щей скорости II. G — потеря влаги при сушке с поверхности F,
отдающей влагу, за время г. Точка 2 соответствует перелому но
кривой потери влаги, и скорость сушки замедляется. Точка 3 со-
ответствует прекращению усадки на кривой усадок.
По мере удаления влаги из глины усадка заканчивается, как
только частицы материала, перемещавшиеся под влиянием капил-
лярных усилий, затормозятся в своем перемещении, войдя в сопри-
косновение друг с другом. Вода Же в глине, как видим по рис. 58,
еще остается, она заполняет капилляры и поры.. Техническое на-
звание этой остающейся части воды — «вода пор» в отличие от
удаленной в процессе усадки
в некоторой степени соответст-
вуют этому состоянию высыхаю-
щего изделия из глины. Точки
эти довольно характерны для
каждой глины или массы.
Количество воды пор у пла-
стичных глин — порядка 10—
20%, у каолинов—25—30%.
После прекращения усадки
«зеркало испарения» начинает
постепенно перемещаться в глубь
изделия, и поверхность изделия
светлеет. Вода Удаляется посред-
ством внутренней диффузии, а сольватные оболочки начинают
ссыхаться.
Процент остаточной влажности невелйк, он определяется за-
дачами производства. В тех случаях, когда изделие подвергается
глазурованию по сырому черепу, его высушивают до остаточной
влажности 0,2—1,0%. В производствах рядовой строительной не-
’глазуруемой керамики нецелесообразно высушивать изделие до
значения процента остаточной влажности меньше, чем процент
гигроскопической влажности глины; «пересушенное» изделие
снова поглотит влагу из воздуха до равновесия с упругостью пара
воздуха. Это произойдет при достаточно длительном пребывании
высушенного изделия в цехе. Неэкономичность такой сушки ясна.
Поэтому, если сушить изделие до низких степеней влажности, то
его необходимо сразу же направлять в обжиг. В противном случае
потребуется дополнительная энергия на досушку при обжиге.
Обычно сушат изделия строительной керамики до 6—10% оста-
точной влаги, что практически соответствует равновесной влаж-
Равновесная влажность непостоянна для данной глины.
В зимнее время при более низкой температуре и высокой относи-
тельной влажности воздуха (/=0° и <р=80°) равновесная влаж-
ность, например часов-ярской глины, поднимается до 11 %, а лё-
том при У’".45' и <|> 60% она падает до 5,5%, для лат венской
глины — соответственно 10 и 4,5% (рис. 59).
Кривые равновесных влажностей — одна из весьма важных
характеристик сушильных свойств глины. Чем пластичнее и дис-
перснее глина, тем выше ее гигроскопичность и тем больше ее
равновесная влажность при прочих равных условиях.
Состояние адсорбционно связанной (поглощенной из воздуха)
влаги иное, чем капиллярной, способной перемещаться по капил-
ляру. Различие состоит в том, что адсорбированная вода ведет
себя как квазитвердое тело [117]. . '
Величина капиллярных усилий значительна — порядка
7Q кгс/см2 и выше у пластичных глин и 20—25 кгс/см2 — у каоли-
нов; при этом вода поднимается на высоту 760 мм, что зафикси-
ровал Пукалл в своем классическом опыте.
Усадка при сушке тем выше, чем дисперснее и пластичнее
глина, например каолин просяновский имеет линейную усадку
при сушке — 2—3%, лёсс —3,5—3,5%, гомельская глина —6,4%,
кембрийская глина (под Ленинградом) — 6,4—6,6%, часов-ярские
глины —8—10,5%. Принято выражать линейную усадку в про-
центах по отношению к размеру изделия /н при рабочем влаго-
содержании массы.
Правильно было бы относить усадку к объему собственно вы-
сушенной глины без пор (по Ярошевскому). Объем удалившейся
в этот период влаги практически равен объему усадки 1%, на ко-
торый сократилось изделие. В глине остается еще некоторый
объем воды пор Кпр, которая уходит при дальнейшей сушке, 'но
глина усадки больше уже не дает.
Отношение ИуС//ПОр положено Носовой в основу оценки чувст-
вительности глин к сушке. Если это отношение Кч менее единицы,
то глина малочувствительна к сушке; если это отношение близко
1,5, то глина — средней чувствительности; если. Кч более 2, то
глина весьма чувствительна при сушке и в изделиях легко дает
трещины.
Кч — полезный приближенный показатель, и для удобства,
его определения пользуются формулой
(18)
где V — объем образца глины в воздушно-сухом состоянии;
Vi — начальный объем влажной глины;
wt — масса влаги во влажном образце глины;
w — масса влаги в воздушно-сухом образце.
Иначе рассмотрено значение коэффициента Ко чувствите
сти глин и масс к сушке Чижским [256]:
Ке = К«ч—Чр)/®кр, (19)
где wKp — абсолютная влажность, при которой заканчивается
усадка.
Значения Ко уменьшаются по мере отощения глины. Малочув-
ствительные к сушке глины имеют = 0,464-1,'2; высокочувстви-
тельные глины 1,84-3,8.
Может быть также применен ускоренный метод, по Чижскому,
для качественной сравнительной оценки глин и масс; этот метод
позволяет в секундные сроки судить о начале появления трещин
на образцах (55X55X16 мм), подвергнутых облучению от элек-
троплитки мощностью 400 Вт. Рекомендуют, по Руденко, принять
длительность облучения весьма чувствительных к сушке глин —
60 с, средней чувствительности 60—90 с и малочувствительных —
более 90 с.
Скорости сушки. Поведение глины и керамической массы не-
сколько различно при разных скоростях сушки. Медленное вы-
сушивание дает несколько большую усадку глины, чем быстрое;
объемная масса глины и прочность изделия при быстрой скорости
сушки немного уменьшаются [259]. Это наблюдение соответст-
вует данным Сэндформа и Лильжегрена.
Введение в глину электролита с двухвалентным или трехва-
лентным катионом или увеличение количества отощителя умень-
шает усадку при сушке. Этим пользуются в производстве.
Процесс сушки керамического изделия-сырца можно разделить
на два периода. В первом периоде, когда происходит усадка и
частицы сдвигаются одна относительно другой, а прочность влаж-
ной глины на сдвиг еще мала (порядка 0,1—0,8 кгс/см2), нельзя
форсировать сушку из-за опасности появления на изделии тре-
щин. Во втором периоде, когда усадка кончилась, сушку можно
проводить быстро. Поэтому необходимо соблюдать соответствую-
щие интенсивности сушки в первом и втором периодах‘>тй отра-
жено в режиме сушки изделий.
Практически скорость'сушки изделия (в особенности крупного)
в разных его участках при неравномерном тепловом поле может
быть неодинаковой. Поэтому и усадка в разных Частях пластиче-
ски сформированного изделия может происходить неравномерно.
Вследствие этого между наружной и срединной частью изделия
возникают растягивающие и сдвигающие напряжения, который
могут превзойти предел прочности -арй35> ИЛИ асд» и образуется
трещина.
Из уравнения Белопольского, приведенного им в общем виде
[260],. следует, что величина напряжений в поверхностном слое
определяется перепадом влажностей W — 1ИЛО». Она пропорцио-
нальна величинам усадочного коэффициента а, модуля сдвига G',
средней влажности массы w и деформаций (усадки) I. Усадочный
коэффициент а представляет отношение размера до усадки к раз-
меру после усадки; он больше единицы.
Приведенное рассуждение может быть поставлено в связь
с более давним положением о пропорциональности напряжений
в сушке перепаду влагосодержаний А» между нейтральным слоем
в изделии и его наружным слоем, высказанным Доброхотовым
(1945 г.). Чижский позднее (1951 г.) подтвердил это эксперимен-
тально.
Величина критических напряжений, порождающих трещины
(при параболическом распределении влаги по толщине пластины),
зависит только от критического перепада влажностей в середине
и на поверхности, от а и от показателей механических свойств
глины.
Заслуживает особого внимания то обстоятельство, что, по
Чижскому, трещины появляются не в первые моменты сушки, ко-
гда перепад влажностей в поверхностном слое небольшой, а по
прошествии некоторого времени, когда установится критический
перепад влажностей середины и поверхности изделия.
В связи с тем, что при сушке плоских изделий потеря влаги
у краев изделия происходит значительно быстрее, чем в его се-
редине, может быстро, возникнуть критический Перепад влажно-
стей. Для устранения его целесообразно задержать сушку
краев.
Ускорить влаговыделение из глиняных изделий в первый опас-
ный период их сушки можно без вреда для целостности посред-
ством таких средств ускорения диффузии влаги:
1) отрщеиием глины — капилляры по сечению становятся .круп-
нее, глины меньше, влажность меньше, и период усадки сокраща-
ется; отощение глины на 15—20% позволяет, например, ускорить
сушку на 20—30%;
2) использованием в качестве понизителя влажности и отощи-
теля предварительно дегидратированной (при 500—600°) глины
в количествах до 50—60%; при этом уменьшаются влажность
массы, усадка, напряжения;
3) смешиванием глин разных сортов; это полезный способ для
ускорения влагоотдачи при сушке и средство общего улучшения
качества изделий;
4) пароувлажнением глины в глиносмесителе, нагревом глины
и использованием теплоты нагрева в сушке, если сразу подверг-
нуть изделие сушке; ускорение на 25—30%;
5) уменьшением содержания воды затворения и соответственно
увеличением мощности ленточного пресса; влажность в массе
уменьшается с 24—25 до 14—18% и вследствие этого период уда-
ления усадочной влагд и само содержание усадочной влаги резко
сокращаются; при этом методе отпадает необходимость организа-
ции сушильного цеха;
6) переходом на производство многопустотных блоков; опыт
показывает, что пустотность в 20% позволяет ускорить сушку на
25%, пустотность в 50% ускоряет сушку на 50—60%;
7) введением с водой затворения электролитов, содержащих
катионы Са2+, А13+; при этом уменьшается содержание влаги глав-
ным образом в сольватных оболочках. Введение электролита (1—
2% NaCl) содействует также снижению температуры'замерзания
воды затворения в глине, чем иногда пользуются при сезонном
производстве кирпича.
Режим сушки. Регламентируются три переменных параметра
сушки: температура Г, относительная влажность теплоносителя <р
и скорости его движения в сушиле v, м/с. С помощью этих пара-
метров можно управлять процессом, обеспечивая требуемую бе-
зопасную скорость сушки. Режим применим к конвекционному
способу передачи тепла, наиболее распространенному в керами-
ческой промышленности.
Наряду с тем тепло для испарения влаги может быть передано
и другими способами — радиацией от нагретой поверхности (про-
гревом изделия электротоком промышленной частоты, прогревом
токами высокой частоты).
Начальная влажность сырца пластического прессования на
объемных маломощных прессах довольно различна; для средне-
пластичных глин, например, она колеблется от 26 до 20%. Влаж-
ность, при которой усадка кирпича незначительна и не очень
опасна для изделия, составляет 16—15%; совершенно прекраща-
ется усадка при 12—10% влажности. Остаточная влажность
после сушки составляет 6—8%; такой сырец направляют в об-
Разработанный лабораторный режим сушки требует уточнения
в производственных условиях применительно к сушилу. Так как
процесс сушки разных по геометрической форме и объему изде-
лий из одной и той же массы протекает неодинаково, то необхо-
димо учесть и этот фактор. По предложению Зимина с этой це-
лью принята характеристика р как отношение объема изделия V
к его поверхности F:
Этот показатель Шумилин назвал определяющим размером
изделия [255].
где а, Ь, с —размеры сырца, см.
В общем случае, чем больше величина р, тем дольше сушка.
Для кирпича глиняного обыкновенного 0=1,8 см. При увеличении
размеров изделия без изменения формы величина ₽ растет. В об-
щем виде зависимость между лабораторной длительностью сушки,
ч, гл и определяющим размером 0, см, выражается кривой, имею-
щей следующее уравнение
[254J:
(21)
где значения А и п опреде-
ляются опытом.
Длительность сушки в
промышленных сушилах гпр
определяется уравнением
где К — коэффициент не-
равномерности сушки в про-
изводственном сушиле с ре-
гулируемым режимом. Не-
равномерность является
следствием отставания сред-
ней и нижней частей садки
сырца по сечению канала
сушила. Практически величина К равна 1,5—2,5, иногда воз-
растает до 4 и более.
Режим сушки может быть условно разделен на три периода
(рис. 60): период I постоянной температуры t и высокой относи-
тельной влажности теплоносителя <р, при котором происходит про-
грев изделия; период II слабого подъема t и малого снижения <р
теплоносителя; период Ш значительного повышения t и снижения
<р после прекращения усадки; в — потеря массы изделия при
сушке.
Скорость теплоносителя назначается согласно опыту: от 0,5
до 2—3 м/с при сушке толстостенных изделий, от 3 до 10 м/с при
сушке тонкостенных изделий. Теплоноситель —воздух, дымовые
газы (использование последних вредно по причине задымленности
цехов).
На рис. 60 показаны два режима сушки сырца из часов-ярской
глины с шамотом. Режим, обозначенный пунктиром, был неудачен,
сырец дал трещины. Смягчение режима (сплошные кривые) путем
уменьшения скорости подъема температуры и увеличения подачи
пара в сушило позволило высушить изделие без трещин, но
несколько удлинило срок сушки. Введение пара в сушило на пер-
вом этапе сушки позволяет прогреть сырец до 40—45° при слабом
влаговыделении. Этот прием очень полевей для глин, чувствитель-
ных к сушке. Однако сушка может начаться сразу со второго
этапа, если сырец попадает в сушило, сохраняя температуру в 40—
45° благодаря пароувлажнению во время формования.
Средством усиления внешней диффузии при невысоких темпе-
ратурах служит интенсивная циркуляция теплоносителя, создава-
емая либо вентиляторами внутри сушила, либо инжектирующим
действием сопла, вдувающего струю воздуха в сушило с очень
большой скоростью. Благодаря этому приему выравнивается ко-
эффициент неравномерности сушки и ускоряется сушка в целом.
Применяют также вентиляторы диаметром 800—900 мм, поме-
щая их в стенах сушил; затраты электроэнергии окупаются уско-
рением сушки.
Замечания о туннельных сушилах. Каналы сушила длиной от
30 до 36 м, шириной до 1,15—1,40 м и высотой до 1,4—1,7 м объ-
единяются в блоки, обслуживаемые узкоколейным вагонеточным
парком, системой нагнетающих и отсасывающих вентиляторов.
Принудительная поперечная (вентиляторами) циркуляция тепло-
носителя, принятая в западноевропейских конструкциях туннель-
ных сушил, в отечественных типах аналогичных сушил не приме-
няется, т. к. обычно связана с затратой электроэнергии.
Горячий теплоноситель поступает снизу из общего подводящего
канала со стороны выгрузки сырца (принцип противотока), ми-
нует регулирующий шибер, протягивается вдоль сушильного ка-
нала и выходит снизу под вторым шибером в общий Отводящий
канал. Поезд вагонеток периодически протягивается по туннелю,
на выгрузку выходит одна вагонетка и заталкивается другая
с противоположного конца туннеля со свежепосаженным сырцом.
Применение чистого воздуха, подогретого в огневых металли-
ческих калориферах (трубчатых или ребристых), обеспечивает до-
вольно высокую предельную температуру подогрева теплоноси-
теля—150—160°, но экономически этот вариант менее выгоден,
чем сушка непосредственно смесью дымовых газов и воздуха.
Сушка сырца происходит на туннельных сушильных полочных
вагонетках с торцовой (на 8 полок) или боковой (на 12 полок) за-
грузкой. Положение изделий по отношению к направлению газо-
вого потока в туннеле должно обеспечивать омывание наибольшей
поверхности изделия. Полые камни следует укладывать так, чтобы
направление отверстий в изделиях совпадало с направлением по-
тока теплоносителя.
Существенное улучшение работы сушилок, требующее, однако,
дополнительной затраты энергии, достигается при рециркуляции
теплоносителя путем отбора его с первых позиций вагонеток и
возвращения через узкие щели в своде в среднюю часть туннеля,
например на 4-ю и 10-ю позиции. Прием этот полезен лишь в том
случае, если более простые приемы — изменения условий омыва-
ния Изделий теплоносителем, мест подачи и отвода его — не до-
стигают цели, Рециркуляция позволяет выровнять температурное
поле по вертикальному сечению туннеля и значительно ускорить
сушку.
Режимные характеристики сушки в заводских условиях зави-
сят от свойств сырья и конфигурации изделий и поэтому весьма
разнообразны. Длительность сушки кирпича 12—48 ч, конечная
температура уходящего теплоносителя 25—30°, относительная
влажность 75—95%, скорость движения теплоносителя в туннеле
0,8—2,0 м/с. Начальная влажность массы 18—25%,. конечная —
6—8 %.
Наиболее выгодна сушка при большом и постоянном объеме
теплоносителя и при постоянной его температуре. Поэтому в тех
случаях, когда сушка не идет равномерно по всей длине туннеля,
необходимо поднять сушильный потенциал в общем центральном
подводящем канале, форсируя работу подтопка, или, что правиль-
нее, увеличить количество поступающих газов путем повышения
числа оборотов ротора подающего вентилятора или замены его
более мощным.
Заполнение сушил. Плотность укладки изделий на рамки опре-
деляет степень заполнения сушила и влияет на его производи-
тельность. В общем случае производительность сушила по кир-
M = [(Vc-B)/z]-n>
где V,-— объем сушила, м3;
В — плотность ставки изделий, шт./м3;
z — длительность сушки, ч;
т) — коэффициент заполнения сушила; ti = Vm/Vc; здесь Ум —
объем высушиваемого материала.
Теоретически только 79% объема сушила следует заполнять
изделиями. Увеличение плотности ставки уменьшает коэффициент
испарения и замедляет сушку. Оптимум расстояния между изде-
лиями принимают равным 10 мм [255].
Тепловой баланс. Пример теплового баланса применительно
к туннельному сушилу, отнесенный к 0° температуры наружного
воздуха, приведен в табл. 38.
Величина основной статьи расходной части баланса — испаре-
ние влаги — в приведенных данных свидетельствует об эффектив-
ной работе сушила.
185
Статья расход, тепла Расход тепла
”аио^гиГ’ я
Испарение влаги 610 390 000 61 8
Потери с физическим теплом отходящих 285 7 168 000 2б’,7
t газов
Прогрев сухой массы сырца 68,0 40 600 6,5
» остаточной влаги 16,2 8 800 1 4
» рамок 10,8 5 000 0,8
» вагонетки 9,3 5 700 0,9
Потеря тепла в окружающую среду 15,0 8 800 1 4
Потери через неплотности 5,0 3 100 0,5
В с е г о: 1020,0 630 000 100,0
Контроль сушки. Контроль может быть осуществлен далыю-
деиствующими контрольно-измерительными ноиборами (КИП).
Размещение контрольных точек в туннельном сушиле с подтопком
принципиально не отличается от размещения подобных точек
в камерном сушиле и показано на рис. 61 (по материалам Пол-
ляка и Этингена).
Роликовые сушила. Прогрессивное решение задачи сушки пус-
тотелых изделий строительной керамики влажностью 14—15%
осуществляется с помощью туннельных роликовых сушил без ва-
гонеток. Фирмы «Морандо» (Италия), «Бонн-Доленвиль» (Фран-
ция), «Керамика Каз'ановас» (Испания) и др. предлагают такие
сушила.
Пол туннеля состоит из закрепленных в своих позициях вра-
щения стальных роликов с ограждающими ребордами. Штабели
сырца на поддонах попадают под действие горячего воздуха, на-
гнетаемого вентилятором. Скорость движения теплоносителя 10—
15 м/с. Температура теплоносителя у входа в противоточное су-
шило 160—220°, у выхода 45—50°. Длина роликовых сушил при-
мерно 110—120 м, ширина 1,9—2,1 м. Начальная влажность изде-
лий 12—15%, конечная —5—6%. Длительность сушки кирпичей
90 мии, малых полых блоков — 40—50 мин, крупных блоков — 3 ч.
По опыту чехословацкой промышленности, удельный расход
тепла— 1000—1140 ккал на 1 кг испаренной влаги. Производи-
тельность—до 22 000 шт. условного кирпича в смену. Количество
брака при сушке— 1—2%.
Для такого сушила применяют, например, нагнетающий венти-
лятор с подачей 72000 м3/ч и отсасывающий — 90 000 м’/ч. Часто
практикуют деление туннельного роликового сушила на несколько
участков, имеющих свои приводы.
Следующий шаг в конструировании роликовых сушил после-
довал в результате отказа от этажерек и поддонов. Предложено
однорядное щелевое роликовое сушило (завод в Годонине, ЧССР)
186
для сушки крупных сводовых блоков, размещаемых в три ряда
по ширине и в один ряд по высоте (рис. 62). Длина сушила 126 м.
Воздух, нагретый до 200°, нагнетается вентилятором под ролики
на расстоянии 18 м. Температура выходящего воздуха 45°. На
рис. 62 А — натяжение приводной цепи. Длительность сушки бло-
ков 2,5 ч вместо 70—100 ч, требующихся при сушке в камерных
сушилах. Производительность сушила 1200 кг испаряемой влаги
в 1 ч. Подогревается воздух горелками, работающими как на ма-
Сушка и обжиг на печных вагонетках. Основные недостатки
непрерывно действующих сушил — необходимость перекладки
сырца на печные вагонетки, высокая металлоемкость сушил, не-
обходимость организации сушильного цеха.
Замена сушильных вагонеток печными со штабельной уклад-
кой сырца и объединение сушки с обжигом — прогрессивное реше-
Однако в нем есть и трудности. Они заключаются:
1) в необходимости изготовления достаточно прочного сырца
(2—3 кгс/см2 при сжатии), который можно было бы укладывать
вперевязку сразу на вагонетку туннельной печи;
2) в необходимости значительного (в 5—8 раз) разбавления
воздухом дымовых газов, поступающих из обжигательной части
такого совмещенного теплового агрегата, что требует усиления
тяговых ресурсов;
3) в преодолении сложностей регулирования режимов сушки и
обжига при таком совмещении. Тем не менее необходимо разви-
вать опыт сушки и обжига сырца низких влажностей, перестраи-
вая производство на использование мощных вакуум-прессов. Ра-
дикальное решение этого технического вопроса состоит в одно-
рядном размещении изделий и применении обжига по скорост-
ОБЖИГ
Реакции при обжиге рядовых глии. Известно, что процесс об-
жига изделий строительной керамики может быть условно разде-
лен на четыре периода: 1) подогрев до 200° и досушка-удаление
физической воды из глины; 2) дальнейший нагрев до 700° «на
дыму» и удаление . химически связанной воды из глины;
3) «взвар» — до температуры обжига 980—1000° —созревание че-
репа; 4) охлаждение, «закал» — медленное до 500° и быстрое от
500 до 50° обожженных изделий.
К этим реакциям добавляется выгорание топлива из изделия,
если это топливо было введено в глину при подготовке массы; ко-
личество вводимого топлива может достигать 70—80% от того
количества, которое необходимо для обжига.
Такое производственное деление на периоды не вскрывает
сущности реакций в глине при обжиге. При производственном об-
жиге глин никогда не достигается термодинамическое равновесие.
Тем не менее можно прибегнуть к расчету изобарно-изотермиче-
ского потенциала AZ некоторых реакций с целью сопоставления
возможности появления тех или иных фаз в глине при ее обжиге.
Можно отметить семь главных видов реакций, протекающих
в рядовых глинах при обжиге: 1) выделение гигроскопической
воды из глинистых минералов и воды из аллофаноидов, если та>
ковые присутствуют в глине; 2) окисление органических примесей;
3) выделение конституционной воды, т. е. дегидратация глинис-
тых минералов и реакции в так называемых твердых фазах;
5) жидкофазные реакции и образование стекловидного расплава;
6) образование новых кристаллических фаз; 7) реакции декарбо-
низации и десульфуризации.
Первая группа реакций характеризуется небольшим
эндоэффектом / на термограмме суглинка и гидрослюдисто-каоли-
нитовой глины (рис. 63). При этом образуется водяной пар, дав-
лением которого может разорвать изделие («лопанец») при слиш-
ком быстром подъеме температуры. Эта реакция сопровождается
падением температуропроводности глины, по Дмитровичу [262].
Вторая группа реакций — окисление органических
примесей — характеризуется экзоэффектом 2 при 300—400°. Часть
этих примесей может остаться (при быстром подъеме темпера-
туры и недостаточном притоке и диффузии в толщу изделия кис-
лорода воздуха) невыгоревшей, что обнаруживается по темной
сердцевине в изломе изделия. При замедленном выгорании может
произойти графитизация части углерода. По Шлыкову, горение
органической части, введенной в глину в виде угля, протекает
в две стадии [263].
Так как причиной ограничения действия кислорода воздуха
на процесс выгорания углерода в глине выступает противоток СО
и СОз, то при более быстром подъеме температуры влияние окис-
189
лительной среды должно, по Шлыкову, сокращаться, а влияние
внутренней восстановительной среды — увеличиваться, что зави-
сит от пористости и размеров изделия и от концентрации углерода.
Глинистые минералы в процессе своей дегидратации действуют
каталитически, содействуя горению углерода в глине, а выделяю-
щаяся вода способствует выгоранию углерода по реакции С +
+ Ц2О = СО+Н2 [264].
Наряду с этим может протекать отложение углерода в глине
из газовой среды, содержащей 1—3% СО при 400 и выше 1000°.
Скорость выгорания топлива по мере повышения температуры
увеличивается, но только до стадии появления жидкой фазы в об-
жигаемой глине, после чего скорость выгорания резко снижается
из-за ухудшения диффузии кислорода воздуха. Максимальное зна-
чение скорости выгорания топлива имеет место примерно при
780—800°. Поэтому рекомендуется осуществлять выдержку в этом
этапе обжига.
Третья группа реакций — дегидратация глинистых ми-
нералов — характеризуется эндоэффектом 3 (рис. 63), который
растягивается с 500 (450) до 600° (700°), а у некоторых каолино-
вых глин —до 900° и также сопровождается падением температу-
ропроводности, по Дмитровичу.
Газовая среда обжига влияет на интенсивность дегидратации;
увеличение концентрации Н2О в газовой среде задерживает реак-
цию дегидратации по закону действующих масс; восстановитель-
ная среда, вызывая реакцию отщепления кислорода в активных
условиях «оборванных связей», понижает температуру дегидрата-
ции, что показано на термограммах /, II, III сдвигом эндо- и экзо-
эффектов в восстановительной среде одной стрелкой влево, в паро-
газовой фазе —двумя стрелками вправо.
Ход усадки, потеря массы и рост прочности оизг при обжиге
этих типов глин показаны кривыми в нижней части рис. 63.
Садунас показал, что керамические
образцы, обожженные, в восстанови-
тельной и в восстановительно-окисли-
тельной средах, приобретают струк-
туру нормально обожженного черепа
примерно на 100° раньше, чем в окис-
лительной среде; кроме того, сущест-
венно влияет Fe2+ на процесс последу-
ющей перестройки ионов метафазы
в стабильные фазы [265]. Поэтому при-
сутствие Fe2+ в глинах благоприятст-
вует образованию новых фаз, улуч-
шающих качество изделия строитель-
ной керамики.
Группа реакций в твердых фазах
глин, обязанных диффузионным про-
цессам (диффузия происходит благо-
даря перепаду химического потенци-
ала на границе фаз), довольно узко
описывается известными уравнениями
кинетики и характеризуются сравни-
тельно разными механизмами этих
процессов.
Расчет Садунаса для реакций 1, 2 в окислительных усло-
виях и 3— в восстановительных условиях (рис. 64) таков:
1) Al2O3-2SiO2 = I/3(3Al2O8-2SiO2)+1/3SiO2;
2) A12Os • 2SiO2 + 3/dFe2O3 = FeO • A12O3 + ’/«(FeO • SiO2) +
+ ’/4Si02+%02;
3) A12O3 2SiOa+s/2FeO = FeO A12OS + l/((2FeO-SiO2) + 74Si02;
4) A12OS • 2SiO2 + ‘/4FeO=>/4(FeO • A12OS) + */4(3Al2O3 • 2SiO2) +
+ ’/3SiO2;
Расчет показывает, что реакция 3 образования герцинита
FeO-Al2O3 и фаялита 2FeO-SiOs в приведенных системах проте-
кает интенсивнее при наличии вюстита FeO (в восстановительных
условиях), чем при наличии F30s (в окислительных условиях).
Весьма содействует FeO образованию муллита (реакция 4), как
это видно на рис. 64. Однако при образовании FeO из Fe2O3 спе-
кание осложнится вспучиванием (газообразование), что, впрочем,
не имеет значения для кирпичных глин, но очень существенно для
каменнодельных глин.
В рядовых глинах, содержащих СаСОз, наиболее вероятно об-
разование герцинита, муллита, анортита (СаО • А120з • 2810г) в вос-
становительных, чем в окислительных условиях. При избытке
СаСОз (заизвесткованные железистые глины) муллит и герцинит
разлагаются, образуя выше 960° анортит, алюминаты и силикаты
кальция и браунмиллерит.
Наличие в глинах доломита или добавка в глину MgO может
вызвать образование в черепе кордиерита.
Реакция декарбонизации СаСОз, MgCO3 и доломита интен-
сивно протекает при нормальном давлении, при разных температу-
рах: у MgCO3 —при 650°, у СаСОз —при 900°. Наличие дегидрати-
рованной глины и неорганических примесей Ре20з, TiOa, SiO2 и
других содействует ускорению реакций декарбонизации [266], что
может быть связано с усилением возможности образования фаз
с участием СаО и MgO. Так, в присутствии доломита может обра-
зоваться диопсид СаО • MgO • 2S1O2; в присутствии СаО и Fe2Oa —
алюмоферриты и ферриты.
Восстановительная среда, как показал Садунас, содействует
ускорению реакций образования анортита, разрушению ферритов
кальция.
В рядовых гидрослюдистых глинах, в особенности содержащих
примеси монтмориллонита, образуется при обжиге кристобалит.
Прямые опыты Павлова с добавлением кварца показали, что
кристобалит образуется не из кварца; добавленный же в глину
кварц увеличивает содержание стеклофазы [267].
Кристобалит как образующийся в черепе, так и искусственно
введенный тормозит спекание глины. Аналогично действует и
аморфный кремнезем, который при обжиге превращается в кри-
стобалит. Добавленный кристаллический кварц намного расши-
ряет интервал спекания глины и при достаточной температуре
(порядка 1200°) активно участвует в спекании. При меньших тем-
пературах обжига (до 1000°) кварц сохраняет лишь свойства ото-
щителя.
Кристобалит, образующийся при обжиге гидрослюдисто-каоли-
нитовых глин (лукошинская, ангренская, евсинская, курдюмов-
ская), монтмориллоиитово-каолинитовых (владимирская, искрин-
ская, нижнеувельская, обская и др.), каолинито-монтмориллонито-
вых и других, по опытам Павлова, весьма снижает термостойкость
изделий, «разрыхляет» череп и увеличивает его водопрони-
цаемость и водопоглощение. Ослабляющее действие кристобалита
может быть приостановлено вводом в керамическую массу таких
компонентов, как молотый нефелиновый сиенит (что обычно
в практике американских керамиков) и тонкомолотые добавки
пород с полевошпатовой составляющей. Смысл ввода этих доба-
вок состоит в увеличении степени образования стеклофазы, в ко-
торой растворяется кристобалит.
Термограмма гидрослюдистых глин показывает сдвиг экзотер-
мических реакций почти на 80—100° в восстановительной среде
по сравнению с окислительной средой.
Образование жидкой (стекловидной) фазы в гидрослюдистых
глинах начинается по крайней мере с 700°, но заметное развитие
эти фазы получают лишь при температурах на 150—200’ выше.
Появление стеклофазы содействует дальнейшему растворению
в ней некоторой части минеральных составляющих глины и но-
вому минералообразованию. Стеклофаза обеспечивает спекание и
образование черепа. С физической стороны действие стеклофазы
характеризуется усадкой изделия. В зависимости от степени раз-
вития стеклофазы, что регулируется выдержкой и созреванием
черепа, можно сообщить ему ту или иную плотность (пористость).
Именно в этом процессе и состоят операции выдержек — «взвар»
и начала охлаждения — «закал», которые необходимо осуществ-
лять: «взвар» —в пределах температур 980—1000° и «закал» —
до 800°, а также длительностей для получения кирпича должного
качества — ярко-красного (не алого) по цвету и звонкого при
ударе. Кроме того, выдержка необходима для выравнивания тем-
пературного поля в печи.
Охлаждение обожженных изделий — не менее ответственная
операция. При. 800—780° череп изделия строительной керамики
находится в пиропластическом состоянии и переходит в твердое
состояние, поэтому необходимо замедлять охлаждение во избежа-
ние появления напряжений, которые мргут разрядиться местными
разрывами (трещинами). Считают опасным также участок 650—
500° в связи с обратимым превращением а—р-кварц.
Обжиг в восстановительной среде расширяет интервал спека-
ния, интенсифицирует реакции и существенно повышает прочность
и морозостойкость изделий, сравнительно с аналогичными пока-
зателями при окислительном обжиге. Однако при этом происходят
недожог топлива, повышение хрупкости изделий, и усадка приоб-
ретает резкий характер. Восстановительным обжигом пользуются
в тех случаях, когда желательно получить вместо красного цвета
кирпич серых тонов. Кирпич такого цвета применяется, например,
в английском строительстве. Описание автоматизированного завода
с выпуском такого кирпича дано в [268].
Значительно большие технологические преимущества и эконо-
мическое значение имеет восстановительно-окислительный обжиг,
по Садунасу [269]. В результате этого обжига значительно умень-
шается хрупкость черепа, в 1,5—2 раза повышается морозостой-
кость и значительно увеличивается прочность изделий.
При восстановительно-окислительном обжиге снижается тем-
пература готовности строительной керамики из гидрослюдистых
глин до 800° и карбонатно-гидрослюдистых глин —до 900°. Реко-
мендуется поддерживать окислительную среду до 500—600°, вос-
становительную при 600—900° и снова окислительную в зоне
7 Заказ № 2641 193
выдержки («закал»). Практически такой режим может быть осу-
ществлен в туннельных печах регулированием подачи первичного
воздуха. Достигается это путем увеличения отбора горячего воз-
духа или изменения числа оборотов отсасывающего и поддуваю-
щего вёцтиЛДТОров и регулирования давления в подвагонёточноМ
пространстве.
Например, при регулировании режима восстановительно-окис-
лительного. обжига в туннельной печи одного из заводов были
осуществлены следующие меры: увеличены частота вращения ро-
тора дымососа (вентилятор ЦЧ-70 № 12) "с 700 до -900 об/мин,
частота вращения роторов циркуляционных вентиляторов (№ 7)'
с 400 до 800 об/мин, отрегулирована сйстема местной циркуляции
газов путем увеличения давления их в сторону зоны обжига, верх-
ний 'отсос дымовых газов заменен на нижний, одна пара крайних
горелок в зоне закала (позиции 26—27 и 25—26 на рис. 65) пере-
газа, частично отсасываемого через зону закала, отрегулированы
шиберы отбора горячего воздуха («шмаух») путем уменьшения
отсоса газа из зоны закала и увеличения его протягивания через
зону остывания — шиберы на позициях 32<—33 прикрыты, на пози-
циях 34, 36, 37, 38 и т. д. открыты полностью.
В результате режим обжига приобрел вид, показанный, по Са-
дунасу, на рис. 65, т. е. максимум температур сдвинулся на две по-
зиции в зоне подготовки. Перепад температур на 12—13 позициях
уменьшился с 400 до 200—250°, улучшился состав газов в начале
зоны обжига (на 2—3% СО и Н), нулевое значение статического
давления сдвинулось на три позиции в сторону зоны закала; со-
держание СО и И в конце зоны обжига и в зоне закала доведено
было по 1 — 1,5%.
Благодаря этим мерам усредненные показатели по кирпичу по-
высились: прочность —со 198 до 220 кгс/см2, водопоглощение —
с 19,6 до 18,5%, морозостойкость — с 45 до 90 циклов.
Кроме того, расход мазута в условном топливе уменьшился
со 187 до 162 кг на 1000 шт. условного кирпича (средние показа-
тели за 2 месяца).
Длительность обжига. Скорости дегидратации и фазообразова-
ния в рядовых глинах при подъеме и выдержке температур и бы-
строте охлаждения изделий могут быть весьма значительными.
Опыт показывает, что обжечь нормальный кирпич можно за 7—8 ч,
а пустотный блок —за 6—6,5 ч, не считая времени на охлаждение.
В наиболее опасный период удаления гигроскопической и алло-
фаноидпой воды из сырца необходимо значительно увеличить ско-
рость омывающего газового потока и умеренно повышать в печи
температуру по 50—80° в час. В этом случае влагоотдача с одного
кирпича достигает 200 г/ч [270].
Этап дегидратации и начала реакций до 800° может быть прой-
ден со скоростью подъема температур 300° в час для полнотелого
кирпича и 400° в час для пустотелого блока частично при восста-
новительной газовой среде. Участок выгорания топлива в изделии
|
тельности не имеют стандартного значения и для разных глин мо-
гут быть изменяемы в обе стороны.
Длительность выдержки зависит главным образом от конструк-
ции печи и определяется необходимостью выравнивания темпера-
Режим охлаждения изделий связан в основном с их размерами,
т. к. теплопроводность (порядка 0,8 ккал/м2-ч°C) при температу-
рах, близких 900°, для разных глин практически одинакова.
Снижение температуры до 750° может быть произведено замед-
ленно (не более чем на 150° в час) в связи с переходом вязкой
стеклофазы в твердую и опасностью появления значительных на-
пряжений. После 750 до 600° скорость может быть увеличена (по
350—400° в час); при 600 и 500° 'может быть задержка из-за опас-
ности термических напряжений, связанных с «кварцевым эффек-
том». Далее скорость охлаждения может быть очень высокой. Для
некоторых глин, преимущественно гидрослюдистых, общая про-
должительность обжига и охлаждения может быть доведена для
полнотелого кирпича до 7—8, для блока — до 5 6 ч.
Препятствием для реализации указанной скорости обжига слу-
жат существующие конструкции печей и невысокое качество огне-
упора.
ТУННЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ ДЛЯ КИРПИЧА И БЛОКОВ
Опыт показывает, что съем с 1 м3 обжигательного канала тун-
нельных печей доходит в отдельных случаях др 6—7 тыс. шт.
условного кирпича в месяц, в среднем — порядка 4 тыс. шт. Съем
с 1 м3 канала кольцевых печей составляет за это же время 2,5—
3 тыс. шт. Тем не менее около 70% глиняного кирпича дают пока
кольцевые печи давней постройки.
В табл. 39 приведены некоторые данные, характеризующие оте-
чественные и зарубежные туннельные печи, свидетельствующие
в общем о невысоком удельном съеме кирпича в зарубежных
печах —2,1—4 тыс. штук с 1 м3 печного канала в месяц. Плот-
ность садки составляет 200—280 шт. в 1 м3 обжигательного ка-
Однако многорядовые (по высоте) туннельные пёчи, приме-
нительно к обжигу стеновой керамики, обладают крупным
недостатком — большим перепадом температур по высоте, дости-
гающим в зоне подогрева 420°, который на участке максимальных
температур уменьшается до 20—40°. Борьба с этим перепадом
осуществляется главным образом путем рециркуляционных пото-
196 " . ... —
ков газов («завес»), нагнетае-
мых вентиляторами как в зо-
не подогрева, так и в зоне ох-
лаждения на нескольких пози-
циях по длине печного канала.
Борьба эта не всегда успешна.
Второй недостаток — труд-
ности настройки аэродинами-
ческого режима. Лучшие усло-
вия эксплуатации туннельных
печей достигаются при нали-
чии давления или разрежения
в зоне обжига порядка 0,1—
0,3 мм вод. ст. и не выше 1 мм
вод. ст. во избежание выбива-
ния горячих газОв и «горения»
и быстрого износа вагонеток.
Совершенствование конст-
рукций туннельных печей с
целью увеличения обжигаемой
физической массы изделий
(увеличения теплоемкости),
совершенствование горелок
для развития длины факела, а
также полноты сжигания жид-
кого топлива, улучшение теп-
лоизоляции пода — все это
приводит к определенным ус-
пехам, но не исключает необ-
ходимости разработки и со-
вершенствования конструкций
печей для однорядного скоро-
стного обжига. Расчет скорост-
ного обжига кирпича за 6 ч
сделали Роговой и Верлоцкий
[271].
В конструктивном отноше-
нии современные туннельные
печи обладают некоторыми
особенностями. Конструкция
свода плоская, что упрощает
постройку печи, позволяет рас-
ширить печной канал и обес-
печить работу автомата-уклад-
чика. Толщина кладки стен
туннельных печей снижена до
0,5 м, благодаря применению
огнеупорных блоков 30—40%-
ной пористости; наружная
поверхность стен покрыта дюралюминием с хорошей отражатель-
ной способностью. Поверх свода размещена теплоизоляция в виде
вспученного вермикулита. Кладку пода (на вагонетках) осуществ-
ляют из крупных огнеупорных фасонных блоков, изготовленных из
пористого (около 30—40%) корундо-муллитового кордиеритового
или дистеновогр огнеупора, обеспечивающего огнеупорность, теш
лоизоляцию и постоянство объема.
Наблюдается тенденция увеличения ширины туннельной печи,
что .возможно при переходе ла более совершенный способ сжига-
ния топлива с получением длинного факела горения и равномер-
ным развитием температурного поля.
. В.туннельной печи Дюпре фирмы «Рихтер и Шедель» (ФРГ),
построенной в 1971 г. для обжига пустотелых блоков, ширина
печного канала доведена до 7,2 м с общей загрузкой вагонетки
16 т. Вагонетка помещена на две параллельные колеи.
Как правило, толкание вагонеток — периодическое, но имеются
печи с непрерывным движением вагонеток (что более рационально
в отношении равномерности прогрева садки) и верхним обогревом.
Обычно туннельные печи имеют форкамеру с двумя (наруж-
ной и внутренней) шторными металлическими дверями для сохра-
нения аэродинамического режима в печи. Вагонетка с грузом,
введенная в форкамеру, 'нередко попадает под действием дымовых
газов, отводимых из печи для предварительного прогрева сырца.
Включают рециркуляционный вентилятор для подачи дымовых
газов автоматически, причем внешние двери закрываются, а внут-
тренние — поднимаются. Длина форкамеры обычно соответствует
длине одной позиции вагонеток, например 2,35—3 м. В некоторых
зарубежных конструкциях печей на форкамеру возлагают функции
предварительного прогрева сырца (до 200—250°); в этом случае’
длину форкамеры доводят до ,15 м.
Зона подогрева в новых печах начинается с сосредоточенного
отбора дымовых газов; дымовые окна расположены на уровне
пода вагонеток на позициях 1—3. Далее следует рециркуляцион-
ная система, позволяющая отобрать дымососом дымовые газы, на-
пример на стыке 6—7 позиций, и снова ввести их в печь через
узкие щели в своде на стыках позиций 3—4, 5—6, 8—9, 10—11,
12—13. В печи (по типовому проекту Гипрострома, Киев, 409-21-13)
отбор газов предусмотрен на стыке позиций 4—5 и ввод их на
позициях 5—6, 6—7; ввод воздуха для воздушных завес на пози-
циях 8—9 и 12—13, длина зоны подогрева —12—14 позиций.
В зарубежных печах распространено применение вентиляторов
для выравнивания температур по высоте канала, и соответственно
зона подогрева делится на две секции — низкотемпературную и
высокотемпературную, где стоят вентиляторы из жароупорной
стали. Третья секция зоны подогрева имеет несколько пар горе-
лок малой мощности и часто называется секцией предобжига
(Франция). Эти горелки размещают сначала на уровне пода, а за-
тем (ближе к зоне обжига) несколько выше. Горелки иногда на-
чинают размещать даже с четвертой позиции (США).
Зона обжига составляет часто 30—40% длины всего печного
канала, и толщина стен на этом участке наибольшая — она обес-
печивает аккумуляцию тепла речью и устойчивость режима. Тем-
пература поднимается в зоне обжига до 1020°. Топливо преимуще-
ственно газообразное или жидкое, редко — грохоченный уголь
(зерно диаметром 10 мм); в печь поступает автоматически с по-
мощью стокеров (шур.-аппаратов) ,. например 24 ряда-стокеров по
4 в ряд в своде печи; в этом случае при работе печи на твердом
топливе целесообразно ввести до 70% от его количества, требуе-
мого для обжига, в массу.
При использовании газа горелки располагают или в выносных
топках, оборудованных в утолщенных стенах печи, на уровне пода,
или в боковых стенах по всей длине зоны обжига в количестве
60—100 шт. на печь, или в своде. Используется инжекционная го-
релка КГ-9 с принудительной подачей вторичного воздуха в сме-
сительную головку с давлением газа перед горелкой в 3 ат. Газ
имеет <2=8500 ккал/м3, плотность 0,73кг/м3. Коэффициент избытка
воздуха а =1,05.
Удобны горелки низкого давления ГНП (Ленгипроинжпроект)
(рис. 66) со значительной принудительной подачей воздуха, вели-
чина которой указана в табл. 113. Рекомендуют устанавливать Эти
горелки в стенах печи в1 зоне обжига по две пары на вагонетку:
одну пару посредине в разрыв между штабелями садки, другую —
по месту стыка вагонетки. Горелка имеет завихрение и хорошее
смешивание газа с воздухом.
Меняя наконечник горелки, можно получить факел или корот-
копламенный (наконечник а на рис. 6.6), или длиннопламенный
(наконечик б на рис. 66). Смесь газов поступает в канал горе-
лочного камня, в связи с чем возможен быстрый прогар этого
камня.
Сжигание мазута в туннельных печах может быть осуществлено
с помощью форсунок. Используют форсунки низкого давления
конструкции Стальпроекта; в них мазут поступает под давлением
1,5—2,5 ат и воздух, распыляющий мазут,—под давлением 0,3®
Применение шестереночных насосов для подачи мазута позво-
ляет объединить 4—6 форсунок в группу и автоматически регули-
ровать горение.
25Ркг/ч, на форсун^ 1,5
Во многих зарубежных печах сжигают мазут в импульсных го-
релках. После подогрева под давлением 2 ат мазут распыляется
в импульсных горелках под большим давлением (насос на 40 ат),
Г99
set
200
«атомизирующим» жидкое топливо, что' обеспечивает его полное
сжигание; количество импульсов в I мин — от 6 до 48.
Схема действия этой горелки (по Кремеру) приведена на
рйс. 67, где 1 — дифференциальный поршневой плунжер для дове-
дения давления при подаче топлива до 3 ат; 2 —-поршневой плун-
жер для доведения давления воздуха до 90 ат; 3 — камера распре-
деления; 4 — вылет топлива и воздуха.
Импульсные горелки располагаются на обеих сторонах зоны
обжига, обычно горизонтально в своде печи навстречу друг другу
и по низу печи,, посылая факелы в канализационный под. Такое
размещение импульсных горелок позволяет обслужить туннель-
ную печь с шириной канала до 7—-6 м и высотой канала до 2 5 м.
Импульсные горелки с позонным автоматическим регулированием
обжига размещены на печах «Церик» (Франция), «Морандо» и
«Сабо» (Италия), на печах в Болгарии (завод «Будущее») и т. д.
На печи системы «Церик» установленной на некоторых зару-
бежных заводах, импульсные горелки расположены вертикально
(10 рядов ПО 5 или 4 горелки поочередно) и по 5 горелок с обеих
сторон печи по низу.
Система подготовки мазута состоит из закольцованного вдоль
печи трубопровода диаметром 3,1 см, идущего от резервуара и
возвращающегося в него же. Мазут нагревается до 80” от свода
п,ечи и перекачивается насосом с давлением около 2 ат. При
подаче мазута к каждой группе горелок топливо проходит через
другой насос, повышающий давление с 2 до 30 ат. Под этим дав-
лением топливо поступает в групповой распределитель с частотой
вращения Вала 6; 12; 18; 24 или 12; 24; 36; 48 об/мин. С той или
М
иной импульсной частотой под давлением 30 ат топливо посту-
пает в горелки и дифференциальным поршнем-плунжером впры-
скивается в печь. .
Схема печи «Церик» показана на рис. 68, где 1 дымосос,
2 - рециркуляционные вентиляторы; 3 - вентилятор подачи воз-
духа к горелкам и для охлаждения; 3'- резервный вентилятор;
4 — вентилятор отбора горячего воздуха из зоны охлаждения печи
и из подсводного канала на сушку; 5 —вентилятор подачи воздуха
в печь и для охлаждения; А — отбор и циркуляция, Б и Б ре-
циркуляция; Г —боковые горелки; / — ускоренное охлаждение;
// — замедленное охлаждение; /// — быстрое охлаждение; IV
окончательное охлаждение. Подготовка — 45 м; обжиг —30 м, ох-
лаждение— 45 м.
В печи «Церик» охлаждение осуществлено посекционно:/ —
с 1020 до 650°—10 м; II —с 650 по 500 — И м; III —с 500 до
400°- 11м; /V —с 400 до 60° -13 м. Холодный воздух нагнетают
в зону охлаждения сосредоточенно в конце IV и в конце / секций
через 30 окон (6 рядов по 5 окон). Воздух из секции / Растекается
по обеим сторонам печного канала и идет частично в зону обжига,
частично-в секции И и ///, откуда оттягивается вентилятором из
воздухосборников в стенах трех последних секции (на длину 31J м)
и отсасывается в общий воздуховод на сушку. Воздух к горелкам
подается тем же вентилятором (один-резервный), что и воздух,
нагнетаемый в секцию /; он отбирается из подподового каналу
Отделение печного' канала от подвагоиеточного капала сделано
с помощью двойного песчаного затвора.
Туннельная печь на газе. Туннельная печь на природном газе
по проекту Киевского ПКБ для ленинградского производственного
объединения «Победа» показана схематично на рис. 69 Эта печь
производительностью 50 млн. шт. условного кирпича в год (350 ра-
бочих дней) рассчитана на длительность обжига 32 ч, что содер
жит элемент значительного резерва времени.
Влажность загружаемого сырца-блоков 8%, температура об-
жига 1000°. Длина печного капала 142,6 м с фор- и посткамерами,
202
ширина печи в зонах подогрева и остывания 4,25 м, в зоне об-
жига—4,85 м; высота, считая от пода вагонетки, 1,85 м. Размеры
печной вагонетки: длина 3,6 м, ширина 4,38 м, высота с футеров-
. кой 1,1 м, диаметр скатов 0,5 м и ширина колеи 2,5 м. Емкость
вагонетки 5432 шт. условного кирпича; единовременная емкость
печи 197650 шт. условного кирпича.
Существенная особенность и отличие от действующих печей —
непрерывное продвижение вагонеток, осуществляемое гидравличе-
ским толкателем 11 с пульта управления 10.
Детали устройства таковы: на входе имеются две шторы 1 и 2
для отделения форкамеры от печного канала и от внешней среды;
на выходе имеется одна штора 9 посткамеры 15. Металлические
шторы обслуживаются электродвигателями ио 1,5 кВт. Отсос ды-
мовых газов осуществляется вентилятором 3 на 100 тыс. м3/ч и
/7 = 120 мм вод. ст., обслуживаемым двигателем мощностью 55 кВт;
таких вентиляторов два (один — резервный).
Для управления горением природного газа высокой теплотвор-
ной способности, что трудно регулируется и легко создается пере-
жог изделий, для выравнивания температурного поля печи запро-
ектировано 8 линий рециркуляции газов, обслуживаемых своими
восьмью вентиляторами 4.
Разрез по зоне подогрева А—А приведен на рис. 70. Вентиля-
тор 1 (каждый со своей стороны печи) протягивает дымовые газы,
регулируя тягу при помощи дроссельного клапана 2, из печи в ка-
нал 3 в своде и выбрасывает газы через семь щелей в шамотных
камнях 4 в своде обратно в печной канал. Эти вентиляторы из жа-
роупорной стали, выдерживающие нагрев до 750°, обеспечивают
подачу 5 тыс. м3/ч, имеют двигатели по 5,5 кВт.
Для отсоса воздуха из-под подвагонеточного пространства на-
мечен вентилятор 5 (рис. 69) с подачей 10 тыс. м3/ч, /7=500 мм
вод. ст., электродвигатели на 3 кВт.
В первой зоне печи находится также система подогрева воз-
духа для горения газа в горелках, что необычно для туннельных
печей, но вполне конструктивно решаемо при надлежащем под-
боре материала вентилятора 6 (рис. 69), который рассчитан на
подачу воздуха 2500 м3/ч с /7=500 мм вод. ст., при электродви-
гателе 10 кВт.
Воздух этот поступает через восемь окон в стене печи в пунк-
тах 12. Зона обжига обслуживается 40 горелками (10 рядов по
4 горелки) в своде. Горелки конструкции Института газа АН УССР
с подачей 10 м3/ч при давлении газа 0,3 ат и давлении воздуха
400 мм вод. ст. При Qp=8500 ккал/м3 расход условного топлива
составит 146 кг на 1000 шт. условного кирпича.
Разрез через зону обжига показан на рис. 71 по сечению Б—Б.
Газ подается через отверстия в горелочных камнях 1, воздух —
вентилятором 13 по распределителям 14. Стена печи в зоне об-
жига сложена из блоков жаростойкого бетона на глиноземистой
основе 5 па пятовых шамотных камнях 12, которые покоятся
на блоках жаростойкого бетона и ниже — на блоках обычного
800-
|l 600'
§ <400
I 200-
Рис. 69. Туннельная печь
ронки 15.
Зона охлаждения обслуживается, во-первых, вентилятором 7
(рис. 69), который отсасывает горячий воздух температурой около
500° на сушку. Подача вентилятора 120 тыс. м3/ч при // = 120 мм
вод. ст.; двигатель 55 кВт; во-вторых, вентилятором 8 (рис. 69),
который нагнетает холодный воздух в конец зоны охлаждения 14
(рис. 69) и в посткамеру. Подача вентилятора— 80 тыс. м3/ч при
//=80 мм вод. ст., двигатель 30 кВт.
. Кроме того, в подвагопеточное пространство вводится воздух
вентилятором 16 с подачей 10 тыс. м3/ч при //=50 мм вод. ст.,
двигатель 3 кВт. Для рециркуляции воздуха в зоне охлаждения по
двум линиям, аналогичным линиям в зоне подогрева, установлен
вентилятор 13 из жаростойкой стали) подача которого 5 тыс. м3/ч,
двигатель 5,5 кВт.
Конструкция печной вагонетки показана на рис. 72. На сталь-
ном каркасе 5 размещены последовательно диатомитовая крошка 4
объемной массой 0,5 т/м3; диатомитовый кирпич 3 объемной мас-
сой 0,6 т/м3; шамотный легковесный кирпич 2 объемной массой
0,8 т/м3; блоки 1 канализированного пода по 30 кг каждый из
кардиерито-глиноземистого бетона. Количество блоков на ваго-
нетку 144 шт. На такую вагонетку помещается 3x3=9 штабелей
обжигаемых изделий.
Садка. Передвижной автомат-садчик СМ-1239 (ВНИИстром-
маш) предназначен для разгрузки кирпича и камней с консоль-
ных сушильных вагонеток (24 двуреечные полки по 12 кирпичей)
и непосредственной садки их на обжиговые вагонетки в скомплек-
тованном виде. Выдерживание необходимого расстояния между
рядами кирпича достигается резиновыми мешками, которые после-
довательно раздуваются, обжимают кирпичи, и затем воздух из
них стравливается.
Производительность автомата 7200 шт. кирпича в час при рас-
ходе мощности 26,6 кВт, масса 15,5 т, габаритные размеры
15000X12480X4675 мм.
Благодаря такой системе осуществляется пакетная садка кир-
пича. Применяют и другие способы садки. Так, осуществляют садку
изделий по 550 шт. в пакете, два.. Пакета на вагонетку. Обжиг — на
природном газе при 950°. Ширина туннельной печи 2 м, высота До
Пакеты снимаются козловым краном со стрелой пролета 16 м,
высотой подъема крюка 5,5 м, грузоподъемностью 3 т. Нижний и
средний ряды пакета служат для подъема половины пакета зажи-
мом механического захвата. Погрузка кирпича вполпакета осу-
ществляется в контейнеры-жфутляры». Вместо козлового крана ус-
пешно действуют автопогрузчики на пневматике, которые обору-
дованы вильчатыми или клещевыми захватами.
Погрузчик (он пригоден и для кольцевых печей) представляет
самоходную, обычно на монолитных резиновых шинах (что тре-
бует гладкости пода) тележку, действующую от электродвигателя
и снабженную гидравлическими и пневматическими приспособле-
ниями для подъема груза па подвижных рамах, телескопически
раздвигаемых шарнирными цепями.
Для погрузки кирпича рамы имеют выступающие вперед виль-
чатые захваты, которые могут раздвигаться и сдвигаться. Это по-
зволяет осуществлять свободный ввод вилок в промежутки между
ножками пакета из кирпичей. Пакет подхватывается рожками
вилки.
Производительность погрузчика при отвозке кирпичей в ра-
диусе 20—25 м — около 28—36 тыс. шт. в смену. Такой аккумуля-
торный погрузчик ЗИО-04 имеет следующие габариты: длину —
3 м, ширину—1 и 1,48 м и грузоподъемность 1,5 т, аккумулятор
марки 15 АПН-500.
Загрузка и соответственно выгрузка аккумуляторным электро-
погрузчиком (берет пакет в 426 кирпичей) участка печи длиной
Недостатки работы электропогрузчиков заключаются в быстрой
разрядке аккумулятора при частых подъездах для попадания
207
вилки в проемы пакета кирпича, быстром износе пода печи и бук-
совании колес, погруженных в щебенку.
Метод пакетной садки кирпичей захватами конструкции Чебок-
сарского завода отработан Йошкар-олинским, Чебоксарским, По-
рецким и другими кирпичными заводами: пакет сырца 600 шт. на
печной вагонетке в 2 пакета при расстоянии между ними 200 мм
и при расстоянии до стен туннельной печи 107 мм. В таком пакете
17 рядов кирпичей по высоте; первый ряд снизу 16x3=48 шт.,
второй ряд вперевязку 7X4=28 шт., третий ряд 15X3=45 шт.,
четвертый — 7X4=28 шт. и остальные, как третий и четвертый по-
очередно; два последних ряда — 20’и 21 кирпич.
В последние годы за рубежом пакеты изделий строительной
керамики упаковываются в полиэтиленовую пленку с помощью
упаковочной машины и камеры для нагрева. При нагреве плёнка
дает усадку и плотно облегает пакет.
Пакетная садка и выставка кирпича, хотя и способствует авто-
матизации производства, все же эта проблема остается пока не-'
решенной. Поэтому опыты по однорядному обжигу изделий в так
называемых щелевых печах имеют актуальное значение.
ДРЕНАЖНЫЕ ТРУБЫ
Общие сведения. Ассортимент отечественных дренажных труб
определен ГОСТ 8411—62. Практически заводами выпускаются
трубы длиной 333 мм, а начиная с диаметра 125 мм — длиной
333 и 500 мм, внутренним диаметром от 40 до 200 мм, при тол-
щине стенок от 10 до 23 мм. Диаметру и массы приведены
Условный диаметр принят 50 мм; для перевода труб других
диаметров в условный приняты коэффициенты:
- В керамической промышленности европейских стран принят
восьмигранный внешний габарит дренажной трубы по сечению —
обстоятельство, которое никак не мешает при мелиоративных ра-
ботах, ио очень облегчает укладку труб на вагонетку для обжига.
Так как дренажные трубы предназначены для приема и стока
вод, то в их конструкции предусмотрены ровная обрезка края и
отсутствие раструба, что позволяет при укладке труб осуществить
беспрепятственное стекание воды через щели в их стыках.
Трубы должны выдерживать внутреннее гидравлическое давле-
ние не менее 0,5 кгс/см2.
Сырьем, для производства дренажных труб служат легкоплав-
кие немергёлистые глины и суглинки, не содержащие зерен изве-
стняка размером более 1,5 мм и каменистых включений. Для про-
ичводетаа труб малого диаметра (до 125 мм) могут быть исполь-
зованы суглинки (пластичность по Аттербергу — Васильеву 7—15),
для труб большого диаметра — более пластичные глины (пластич-
ность более 15). Те и другие должны обладать хорошими сушиль-
ными способностями и давать усадку при сушке не более 8%.
ОтрЩающей добавкой может служить молотый бой: для труб
малого диаметра в количестве 5—6%, для труб большого диа-
метра —10—20% (объемных) того же обожженного черепа («ша-
мот»), Хуже действует песок, снижая прочность труб. В кембрий-
скую глину вводят до 25% песка (завод «Азери» Эст. ССР): Хо-
рошим отощителем служит частично дегидратированная (при
500—600°) глина, вводимая в количестве до 25% в массу для' труб
большого диаметра. Для повышения пластичности добавляют
15—25% пластичных глин; для повышения пористости вводят мо-
лотый уголь или опилки; опыт ввода торфа оказался неудачным'
(завод «Азери» Эст. ССР).
Технологические схемы подготовки массы для производства
дренажных труб несколько различаются в зависимости от вели-
чины труб, Для труб малого диаметра (До 125 мм) может быть
применена схема (Гипростром), приведенная ниже.
2Q9
Для труб большого.'диаметра, требующих'•значительно1'О'Крли-
чества массы, увеличивается потребность в отощителе хорошего
качества, каким выступает частично дегидратированная глина. Это
Предусматривается установкой вращающейся печи (Гидрострои)
или печи со взвешенным слоем.
Вода н пар- -—» Двухва
Формование труб. Основной формующей машиной выступает
ленточный вакуум-пресс с мундштуком, снабженным кернами и
скобами-кериодержателями. Часто используется пресс СМ-443, па-
ходит применение пресс СМ-58. В конструкцию прессов на заводах
вводят изменения [273], стремясь уменьшить давление глиняной
массы и улучшить проработку глины при тех, несколько понижен-
ных, влажностях (порядка 18%), .которые обеспечивают .сохране-
ние трубой заданной формы сечения. Часовая производительность
прессов СМ-443 при механизированной укладке труб на сушиль-
ные вагонетки: диаметром 50 мм — от 3300 до 6000 шт.; 75 мм —
ОТ 1800 до 3000 шт.
Формование труб малых диаметров производится пакетами,
т. е. из стального мундштука выходят одновременно четыре (диа-
метром 50 мм), три (диаметром 75 мм) или две (диаметром 100
и 125 мм) трубы, соединенные между собой спайками, по которым
они легко разъединяются после обжига.
. Сборка муйдЩтуков, требующая высокой точности, произво-
дится по специальной инструкции. Размеры керна и формующей
насадки назначаются с учетом общей усадки. Так, еслй внутренний
диаметр обжигаемой трубы 100 мм й внешний —130 мм, а общая
усадка равна 7%, То диаметр керна будет 100-1,07=107 мм и
диаметр формующей насадки 130-1,07=139 мм.
Так как течение массы при выходе из мундштука имеет рази-
нуто скорость — в средней части мундштука большую, на перифе-
бах и для отрезки труб равного размера по длине ставят керны
разной длины. Более длинный керн больше тормозит выход массы.
С помощью более мощных прессов, имеющих давление внутри
прессующей головки 40 кгв/см2, можно формовать одновременно
Применяют нередко отрезку труб независимыми лучками, дей-
ствующими с разной частотой резов для среднего и крайнего
ручьев труб. В качестве резательного устройства применяют авто-
мат СМ-678А, наладив его для отрезки труб соответствующей
длины. Существенно указание о толщине струнки, она обеспечи-
вает чистоту отреза, если тонка (0,4—0,5 мм).
Автоматизация формования труб осуществлена в разных ва-
риантах, принципиально мало различающихся между собой [275J.
Один из наиболее производительных (по трубам малых диаметров)
автоматов (завод «Азери», конструктор Лейбур) позволяет при
одном рабочем и одном операторе поднять производительность
линии в час до 6000 шт. труб диаметром 50 мм и до 2000 шт. труб
диаметром 100 мм, что в два раза выше производительности при
ручной укладке труб, требующей притом не менее 10 квалифици-
рованных рабочих.
Дренажные трубы подвергаются сушке обычно в туннельных
противоточных сушилах на тех же вагонетках, что и для сушки
кирпича. Укладка малых, труб — отверстиями против движения
Емкость сушильной вагонетки —180 труб диаметром 50 мм,
, 85 труб диаметром 100 мм. Длительность сушки (в ч) Опреде-
ляется размерами труб и свойствами глин (табл. 41).
Температура теплоносителя при входе в сушило для труб ма-
лого диаметра 80—90° и <р=20—30%; для труб большого диа-
в сушиле 2—2,5 м/с.
Обжиг дренажных труб всех размеров производится в кольце-
вых печах, куда подсадку кирпича делают таким образом, чтобы
из него были выложены ножки и колосники. Подсадка состоит из
труб, которые прокладывают рядами, отверстиями по ходу газов
горения. Заполнение 1 м3 объема печного канала трубами опреде-
ляется следующими величинами: труб 50 мм — 428 шт., 75 мм —
200 шт., 100 мм —ПО шт., 150 мм —62 шт., 200 мм — 36 шт.
Роль подсадки по низам могут также выполнять, трубы боль-
шого-диаметра. Это рациональнее, чем подсадка из кирпича, если
интервал спекания глины достаточно велик (примерно 80°). Тем-
пература обжига труб обычно не выше 1050°.
Режим обжига в кольцевых печах строится таким образом, что
на подогреве находятся 3—5 камер, на взваре — 1, иа закале —2,
на остывании 3—2, на выгрузке 2 камеры.
Большие по размеру трубы обжигают несколько осторожнее,
чем трубы малого диаметра. Разрежение порядка 6 мм вод. ст.—
на шестом ряде садки, считая от зоны взвара. Скорость движения
огня —порядка 20 м/сут. Расход условного топлива 150 кг на
1000 труб диаметром 50 мм. Топливо твердое — уголь, сланец,
торф; часто идет в смеси.
Попытки обжига в туннельных печах дренажных труб боль-
шого диаметра (175—200. м) обычно приводят к их растрескива-
нию по следующим причинам: 1) из-за больших температурных
перепадов по длине печи в зоне обжига, влекущих перепады уса-
док; 2) из-за значительных перепадов температуры по высоте
печи; 3) из-за того, что малы промежутки времени толкания ва-
гонеток; 4) не равномерен теплообмен по поверхности трубы.
В связи с этим привлекает внимание опыт Скринска, Кубра-
кова, Калинаускас [276], которые показали, что в 105-метровой
туннельной печи Росстромпроекта при ширине канала 1,74, обжи-
гая на мазуте, можно при надлежащей системе садки труб (диа-
метром 175 мм) в четыре ряда по высоте, с двумя продольными
проходами в самом нижнем ряду обеспечить хорошую турбулент-
пость газовых потоков и обжечь трубы при 1020° (брак был 8,8%).-
На рис. 73 приведены температурный и гидродинамический ре-
жимы обжига этих труб.
Типовой проект туннельной печи для обжига 50 млн. шт. дре-
нажных труб малого диаметра в год конструкции Гипрострома
вылился в такие данные: длина печи 104 м, ширина печного ка-
площадь .поперечного сечения канала 2,33 м2, длина вагонетки
2,25 м, количество позиций в активной части канала 45
позиция занята, форка-
мерой.
догрева из 14 позиций,
зону обжига—12 пОзи-
19 позиций. Производи-
тельность печи при сад-
ке с угловыми столбами
при 350 рабочих днях в
году — 20,85 млн. шт.
труб диаметром 50 мм,
10,2 млн. шт. диаметром
75 мм и 6,42 млн. диа-
условного топлива на об-
жиг 1000 труб диамет-
ром 50 мм 125,5 кг. При отоплении печи природным газом наме-
чены к установке смесительные горелки ГНП-3, с подачей 4—
32 м3/ч, с давлением 85 мм вод. ст. перед горелкой. При отопле-
нии мазутом намечены форсунки Стальпроекта с подачей 8—
ЧЕРЕПИЦА
Общие сведения. Ассортимент черепицы приведен на стр. 129.
Для придания черепице водонепроницаемости применяют ангоби-
рование, нанося слой тонкомолотой глины на ее поверхность. Для
сообщения черепице гидрофобности можно покрыть ее диметил-
полисилоксаном, время от времени повторяя эту операцию.
Черепица может быть изготовлена из различных глин и даже
суглинков. Основное требование к глине —хорошая связность, ко-
торая может быть достигнута, неоднократным промораживанием
сырья. Так. практика черепичного производства за рубежом пока-
зывает целесообразность промораживания плотных суглинков
в буртах в течение даже 7 лет. После обжига при 1050—1080°
.21.8.
Глина может.дать водонепроницаемое изделие. Для изготовления
черепицы нередко используют смесь глин.
Важнейший элемент подготовки глины состоит в разрушении
ее текстуры и повышении вязкости. Это достигается проморажи-
ванием хотя бы в течение даже одной зимы в буртах высотой
0,7—0,8 м. При закладке глины в бурты целесообразно поливать
ее водой.
Для снижения усадки при сушке глину отощают, как обычцо,
песком (величина зерен не менее 0,25 мм и не более 1 мм) или
молотым кирпичным и черепичным боем. Подготовка пластичной
глинистой массы ведется по технологии, аналогичной подготовке
массы для тонкостенного блока, с обязательным вылеживанием
валюшек в подвале.
Чтобы очистить глину от каменистых включений, используют
машины и «фильтры», в которых она продавливается через пер-
форированную решетку. Успешно применяют также глинопротироч-
ную машину. Переработка глины, содержащей включения, на мо-
крых бегунах, даже с последующим пропусканием через вальцы
топкого помола, хотя и улучшает качество глины, но все же недо-
статочна для полной ликвидации вредного влияния включений.
Особенно это относится к известняку, вызывающему «дутик». Наи-
более радикальным решением в таких случаях являются сушка
глины и сухой ее помол (в молотковой мельнице или в дезинте-
граторе) с последующей воздушной сепарацией, увлажнением, сме-
шиванием и формованием валюшки для ее вылеживания в под-
вале до формования черепицы.
Формование. Пазовая ленточная с одинарным или .двойным.)
боковым закроем и плоская ленточная черепица с одним или двумя
шипами могут быть получены на ленточном прессе, имеющем ци-
линдр малого диаметра (250—300 мм), путем пропускания ленты
через профильный неорошаемый короткий мундштук.
По конструкции мундштук может быть разъемным (стальным)
или сплошным в виде плиты с отверстием для держателя, в кото-
рый помещают вкладыш, придающий желаемый профиль сечению
черепицы.
Входная (для глины) часть этого вкладыша имеет расширение
в середине и изогнутый профиль. Благодаря этому несколько замед-
ляется движение глины в центре и выравниваются скорости дви-
жения различных участков глиняной ленты, выходящей из муид-
Резка черепицы осуществляется автоматически станком СМ-84;
при максимальной длине черепицы 440 мм станок может делать
20 резов в минуту, что соответствует 8—10 тыс. шт. черепицы
в смену. Мундштук может иметь два отверстия, расположенные
одно над другим. В этом случае из пресса выходят одновременно
две ленты. Таким образом, производительность пресса удваивается,
если это допускается слабой слипаемостыо глины.
Довольно часто встречающийся недостаток ленточной черепицы
состоит в ее слоистости и короблении, вызванном напряженным
состоянием ленты, что. связано со значительным перепадом сече-
ний от прессующей головки к отверстию мундштука (20 : 1).
Черепицу можно формовать на трубном прессе, при этом значи-
тельно снижается поле напряжений [238]. Пазовая черепица с бо-
ковым и поперечным закроями может быть изготовлена штампо-
ванием на револьверном прессе СМ-34. Производительность пресса
около 8000 шт. в смену [277]. Для ее производства требуется заго-
товка.пластов (галок), имеющих влажность 16—17%, из валюшки,
получаемой на ленточном прессе. Валюшка выдерживается в те-
чение 3—7 суток во влажной среде или укрытая влажной мешко-
виной. Размеры выходного отверстия мундштука пресса должны
соответствовать размерам матриц пресса и закроев при малом
размере пластов. Нарезаются пласты стрункой или с помощью ре-
зательного станка (подобного кирпичному). Матрицы пресса, если
они металлические, требуют систематической подшлифовки. Гип-
совые матрицы не должны иметь раковин, бугорков и шерохо-
ватостей; срок их службы до 1000 прессований. Пласты надо вы-
кладывать на матрицу, а не набрасывать внакидку во избежание
запрессовки воздуха.
Смазывают металлические формы обычно таким составом: ке-
росин 95%, стеарин 5%, при подогреве до 30—40°. На 1000 шт.
черепицы расходуется 3—5 кг смазки.
В чехословацком черепичном производстве применяют электро-
осмотическую смазку: глина получает положительный заряд, мат-
рица — отрицательный.
Отформованную черепицу обрабатывают, обрезают (по рамке)
заусеницы, вырезают один или два уголка в боковых закроях и
прокладывают отверстия в ушке. Для обрезки заусениц и вырез-
ных уголков применяют обычно короткий «лучок», в рукоятке ко-
торого имеется изогнутое шило для прокола ушка. При обрезке
рамки с черепицей укладываются на поворотные подставки, рас-
положенные на вращающемся столе.
Автоматизация формования и транспортирования S-образной и
плоской черепицы осуществлена в том же направлении, что и кир-
пича. Автомат-заготовитель выпускает ленту массы, которая раз-
резается на заготовки, укладывается на ускорительный транспор-
тер. Этот транспортер представляет собою систему сочлененных
металлических форм, и каждая заготовка ложится на очередную
Непрерывная цепь этих форм подводит каждые три звена-
формы под штампы пресса, транспортер останавливается на 3,5 с,
в течение которых штампуются сразу 3 черепицы, затем верхние
штампы поднимаются, и транспортер перемещается еще на три
позиции дальше до укладки черепицы на рамки. Нижняя ветвь
транспортера, представляющего собой цепь взаимосвязанных форм,
. возвращается обратно.
Дальше, как и в кирпичном автомате, применительно к кир-
пичу производится автоматическое смещение (укладывание) каж-
дой черепицы на индивидуальную рамку или ла металлические
215
дюралюминевые рамки длиной др 3,3 м, на которые помещаются
до 10 черепиц.
Затем — транспортирование полочных вагонеток вместимостью,
например,, в 540 шт. (18 полокХЗХЮ) на лафетах и перестановка
полок с черепицами в сушило. Производительность автомата Кел-
лера 3—4 тыс. шт./ч.
В редких случаях черепицу ангобируют или глазуруют. Для
глазурования пригодна обычная — — -------------------
борносвинцовая глазурь, окра-
шенная каким-либо цветным
окислом, с разливом при
1000—1020°. Высушенные чере-
пицы укладываются на печные
вагонетки на ребро совместно,
например, с дренажными тру-
бами (рис. 74).
Основные требования, ко-
торые можно применить к ус-
ловиям сушки, таковы: режим
сушки должен быть мягким,
кать при высокой влажности
и низкой температуре сушиль-
ного агента до прекращения
усадки. В отношении коэффи-
циента заполнения изделиями
сушильного пространства пло-
ская ленточная черепица имеет
преимущество, так как в 1 м3 туннельной' сушилки помещается
70—45 шт. такой черепицы против 5Й® шт. пазовой.
Обжиг черепицы производят в камерных, кольцевых или тун-
нельных печах. Садка черепицы в камерные печи (10—14 м3)
обычно производится без подсадки кирпича. Черепица уклады-
вается на ребро пакетами по 20 шт. в шахматном порядке вдоль
и поперек хода пламени. Плотность садки на 1 м — 14 пар пазовой
штампованной или 30 пар ленточной; соответственно 1 м3 вмещает
до 300 щт. пазовой штампованной или до 1000 шт. ленточной че-
репицы.
На рис. 75 приведен разрез камерной печи Росстромпроекта.
Движения газов —из двух топок 2 через перевальную стенку 1 и
частично через под, чтобы «сбить» застойные участки газов, да-
лее— к поду и в боров 3. Длительность обжига (включая садку и
выставку) 3—5 сут. Расход условного топлива 180—230 кг на
1000 шт. черепицы. Режим обжига черепицы в кольцевой печи ана-
логичен. Расход топлива 140 кг на 1000 шт. черепицы.
Качество обжига строительной керамики достигается на основе
метода адсорбции метиленового голубого, разработанного Ново-
пашиным и дополненного Книгиной и Вершининой [278].
Г лава 15
ФАСАДНАЯ КЕРАМИКА
Помимо утилитарного назначения — защиты стен зданий от
атмосферных воздействий, облицовка позволяет решать и эстети-
ческие задачи в соответствии с характером здания и вкусами
эпохи. Наибольшее значение как облицовочный материал приоб-
рели керамические изделия — неглазурованные блоки, плиты и
плитки, а также глазурованные блоки, плитки, вставки и панно,
барельефы и скульптуры под общим названием «архитектурная
керамика».
В этой группе изделий важное место отведено архитектурной
майолике [185]. Древний вид эмалированной или глазурованной
керамики с естественно окрашенным черепом, он широко приме-
нялся еще в Ассиро-Вавилонии во II и I тысячелетии до н. э., за-
тем— в Средней Азии, позднее — в Италии и Испании, появился,
в X—XII вв. в Киевской Руси и использовался для облицовки стен,
настилки полов, обрамления оконных и дверных проемов в церков-
ных и дворцовых зданиях. В наше время майоликовая плитка ши-
роко используется для отделки интерьеров станций метро, обще-
ственных зданий..
Глазурь, так же как и эмаль (керамическую), надо подбирать
к черепу. Если к. т.р. глазури или эмали не соответствует к. т. р.
черепа, появляются либо отслаивания (отскок), либо дек (сетка
волосяных трещин в слое глазури): когда к. т. р. слишком мал,
возникает отслаивание, если он слишком велик, возникает цек.
Отслаивание глазури недопустимо во всех видах майолики и
может быть устранено уменьшением количества кремнезема
в шихте, вводом свинцового сурика или глета в шихту, нанесением
глазури тонким слоем. Восстановительная газовая среда обжига
содействует увеличению к. т. р. Цек в глазурном покрытии строи-
тельной майолики не получает той строгой отрицательной оценки,
как в посуде или санитарно-технических изделиях. На всех ста-
ринных изделиях майолики имеется цек, и он никогда не являлся
главной причиной разрушения изделий. Для устранения цека целе-
сообразно увеличить в шихте содержание кремнезема, ввести гли-
нозем, уменьшить содержание щелочей, ввести борный ангидрид,
увеличить содержание окиси кальция, уменьшить толщину слоя
покрытия, удлинить обжиг.
Технические требования для разнообразных видов архитектур-
ной керамики разработаны лишь частично. Имеются ГОСТ
16132—70 и ГОСТ 13996—68 для неглазурованных и глазурован-
ных плиток. Влияние технологии производства плиток на их мо-
розостойкость рассмотрено Беркманом и Мельниковой [196]. Глав-
ное требование предъявляется к строению черепа плиток, который
должен быть однородным, не иметь расслоений, и пористость его
порядка 14% должна быть выдержана режимом обжига.
Мозаичные плитки в виде «ковров» должны поставляться на-
клеенными лицевой поверхностью на мешочную бумагу (например,
костным клеем «Галерта» с добавкой глицерина). Виды дефектов
и их устранение рассмотрены Ещенко [185].
Архитектурная керамика производится из глин преимуще-
ственно высокой и средней пластичности как легкоплавких, так
и тугоплавких, не засоренных камнями и включениями известняка,
удовлетворительной связующей способности, с интервалом спека-
ния 100—150° и выше, однородных в залежи, не содержащих рас-
творимых солей. Применяют отощение песком, шамотом, исполь-
зуют в качестве окрашивающих добавок охры] окиси хрома, пиро-
люзит, шлаки.
Прочности сцепления глазури с черепом весьма содействует
СаО. Поэтому в практике производства старых итальянских и со-
временных майолик пригодны мергелистые глины. В кафельных
майоликовых массах для производства печных, кафелей содержа-
ние СаО поднимают до 37—38%. Окись кальция помогает об-
разованию промежуточного слоя между глазурью и черепом, вос-
218
принимающего и гасящего напряжения, возникающие между гла-
зурью и черепом, при быстрой смене температур. Вместе с тем зна-
чительное количество СаО в глинистой массе способствует неже-
лательному уменьшению интервала спекания — плавление глины.
Условия газовой среды и температура обжига могут сущест-
венно изменить цвет изделия. Обычные тона неглазурованной ар-
хитектурной керамики (терракоты) — кремовый, красноватый, ко-
ричневатый. Восстановительная среда при обжиге вызывает появ-
ление сероватых тонов, окислительная — красноватых тонов.
Местные глины для архитектурной керамики могут быть улуч-
шены вводом 20—30% привозных высококачественных глин. Изго-
товление архитектурной терракоты рассмотрено А. В. Филиппо-
вым, С. В. Филипповой, Ф. Т. Брик (Архитектурная терракота.
М., Гос. архит. изд-во, 1946, 225 с.).
Керамическая масса для архитектурной керамики должна об-
ладать высокой степенью однородности, что требует хорошего пе-
ремешивания, и небольшой усадкой при сушке и обжиге, что до-
стигается отощением.
Нормы расхода сырья для производства фасадной керамики
(в кг на 1 м2 керамического покрытия):
250—300
35-45
140—150
280
170
20-24
Подготовка массы производится по схеме (стр. 209). Для
изготовления изделий небольшого и среднего размера используют
шамот зернистостью не более 2 мм. Для очень крупных изделий
увеличивают размер зерна до 5 мм и формуют изделие в два слоя:
основной —из массы на крупном шамоте, лицевой—из массы на
обычном шамоте; толщина лицевого слоя —около 1 см.
Формуют блоки с помощью ленточного или вертикального труб-
ного пресса; формование скульптурных деталей — отминкой в гип-
совой форме, штампование в металлических пресс-формах на фрик-
ционном или гидравлическом прессе или литьем в гипсовых
формах. Техника формования крупных архитектурных камней на
трубном прессе была разработана Киевским экспериментально-ис-
следовательским заводом и рассмотрена Абрамовичем [238]. В слу-
чае приклейки деталей (розеток, иоников) к поверхности блока на
ней после подвялки до 15—16%-ной влажности процарапывают
скребком склеиваемый участок, наносят сметанообразный шликер
и наклеивают деталь.
При формовании в гипсовых формах куски массы влажностью
23—25% набивают в формы «внатир» или покрывают форму при-
готовленным пластом массы и тщательно уминают ее для запол-,
нения всех деталей рельефа.
Крупное изделие типа фронтонной вставки-плафона формуют
следующим образом. На деревянный щит наносят углем рисунок
вставки в натуральную величину с учетом усадки массы при сушке
и обжиге. На щит наколачивают дранку и вбивают гвозди в ме-
стах выступающих деталей. Затем прокладывают (налепляют)
глиной весь рисунок, уравновешивают рельеф и прорабатывают
стекой поверхность рельефа согласно рисунку. На нерабочее
время рельеф смачивают мокрой тряпкой и прикрывают сплошь
листами влажной 'бумаги.
Законченную в глине вставку режут ножом на части по удоб-
ным в композиционном отношении линиям, отделяют каждую
отрезанную часть, которую подправляют стекой, и затем отливают
по ней черновую гипсовую форму. Далее готовят кап и отливают
по нему кусковую форму и гипсовый кожух к каждой из отрезан-
ных частей, как описано выше. Отформованные из шамотной массы
детали после их оправки высушивают, обжигают и, проверив проб-
ной сборкой правильность рисунка вставки, отправляют в упако-
ванном виде весь комплект частей на место постройки.
Для придания глянца поверхность подсушенного изделия за-
лосняют вращающейся щеткой. Крупные детали выдерживают
в цехе двое суток, а затем в течение двух—трех суток досушивают
в камерной сушилке при режиме от 25 до 60° и при относительной
влажности от 80—85 до 55—60% н только после этого отправляют
Формование штампованием производится в металлических
пресс-формах из массы типа терракотовой, влажностью 16—18%
на фрикционных, гидравлических или рычажных прессах при дав-
лении 40—50 кгс/см2.
При штамповании достаточно создать давление в 8—10 ат
вместо 120—150 ат, необходимых при полусухом прессовании,
а влажность штампмассы может превышать всего на 5—6% влаж-
ность при полусухом прессовании.
Температура обжига строительной майолики в первом обжиге
не превышает обычно 980° и в политом обжиге — 1000—1200°.
РАЗДЕЛ III
СТРОИТЕЛЬНАЯ КЕРАМИКА
А. ИЗДЕЛИЯ С ВОДОПОГЛОЩЕНИЕМ ЧЕРЕПА МЕНЕЕ 7%
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗДЕЛИЯХ
В соответствии с номенклатурой Министерства промышлен-
ности строительных материалов СССР понятие «строительная ке-
рамика» объединяет изделия со спекшимся черепом (плитки для
пола, канализационные трубы, химически стойкие изделия) и изде-
лия с пористым черепом (плитки облицовочные фасадные, ковровая
мозаика, плитки типа «кабанчик» и др.)- Поэтому целесообразно
рассмотреть эти две группы изделий в настоящем разделе, включив
санитарно-технические изделия. По технологическому признаку —
степени спеченности черепа — можно подразделить эту группу на
две: А — изделия с более спекшимся черепом, с водопоглощением
менее 7% и Б — изделия с более пористым черепом, с водопогло-
щением более 7%.
Общность вопросов обжига изделий обеих групп позволяет
объединить рассмотрение их в завершающей раздел главе 9.
В рассматриваемую группу А входят керамические изделия,
которые, даже не будучи покрыты глазурью, непроницаемы для
жидкости, так как доведены до степени спекания, характеризуемой
водопоглощением порядка 7—5% и меньше. Изделия этой группы
называются каменным товаром. В тонких слоях такие изделия не
просвечивают. Некоторые категории изделий этого вида не глазу-
руются, другие — ангобируются и глазуруются прозрачными и кри-
сталлическими глазурями.
Эти изделия в зависимости от применения можно подразделить
на несколько групп: 1) строительные материалы: клинкерный кир-
пич для мощения дорог, плитки для пола (они могут быть также
изготовлены с рельефным глазурованным орнаментом), канализа-
ционные трубы; 2) аппаратура и изделия для производств, поль-
зующихся химическими реагентами: кирпич и плитка для футе-
ровки химической аппаратуры, химическая аппаратура и ее
детали; 3) хозяйственно-бытовые изделия: посуда, санитарные из-
делия, изделия для сельского хозяйства.
Наряду с типичной керамикой находят применение компо-
зиты— весьма перспективные керамические или пластмассовые
221
композиции, армированные металлическими или иными неоргани-
ческими (А120з, ВеО, SIC, В4С и др.) волокнами и «усами», при-
дающими повышенную прочность и термостойкость изделиям. Тех-
нология производства «усов», волокон и композитных материалов
находится в начале своего развития.
Фазовый состав материала каменного изделия может коле-
баться в широких пределах: стеклофазы 30—40% в грубом шамо-
тированном изделии и до 60% — в тонком, муллита — от весьма
малого количества до 10—15% и более. Могут присутствовать ре-
ликты кварца и кристобалит. После обжига при невысоких тем-
пературах наблюдаются остатки дегидратированного и разрушен-
ного каолинита, образующие бесформенные скопления в стеклова-
той фазе. При введении в состав массы двуокиси циркония, ко-
рунда рутила и соединений щелочноземельных металлов можно
наблюдать их нерастворившиеся остатки и новообразования
в виде мета- и ортосиликатов и кордиерита.
Благоприятное сочетание стеклофазы и кристаллических фаз
(в особенности муллита), развитых в условиях надлежащей тем-
пературы обжига, обеспечивает довольно высокие показатели тех-
нических свойств каменных изделий.
Предел прочности при изгибе ударом, кгм-см/см2 .
5800—10000
до 1000
4200-6000
210-320
Термостойкость каменного товара такова, что обычно Все изде-
лия выдерживают смену температур 250°, многие выдерживают
смену температур 300—350° и в отдельных случаях даже 400° [279].
Влияние фазового состава на свойства каменного изделия изу-
чено слабо. Имеются указания, что кремень и борный ангидрид
благоприятствуют повышению прочности каменного товара — пер-
222
вый, по-видимому, благодаря увеличению количества тугоплав-
кой стекловидной фазы; второй — как добавка, благоприятствую-
щая образованию муллита.
Адамашвили показал [44] на примере каменно-керамических
масс значительное увеличение муллитообразования при вводе и
равномерном распределении 1% ТЮ2; размеры частиц двуокиси
титана — менее 60 мкм.
Химический состав глии, пригодных для производства камен-
ных изделий (в %): кремнезема — 62—74, глинозема — 17—28,
окиси железа — 1,5—6, окиси кальция — 0,5—3, окиси магния —
0,1—3,0, щелочей в сумме 0,6—4.
Приближенная формула глазури для тонких каменных изделий
(по Ф. Зингеру): 0,ЗК2О0,7СаО-0,5А12Оз-451О2.
Составы глазурей для грубых каменных изделий имеют фор-
(0,6—0,8)А12О3 (5—6)SiO2.
0,4СаО
0,2MgO
0,2FeO J
Для тонких каменных изделий применимы также глазури мяг-
кого фарфора, содержащие не более 0,35 моля глинозема и 3,5
моля кремнезема, считая по молекулярной формуле [390].
Грубые каменные изделия могут быть покрыты соляной гла-
зурью. Для этого в топки раскаленной печи (1040—1180°) вводят
каменную соль (хлорид натрия); при обжиге изделий в окисли-
тельной среде цвет их будет коричнево-желтый, при обжиге,
в слегка восстановительной среде изделия получаются серыми. Для
разложения хлорида натрия в парообразном состоянии необходим
водяной лар. Температура соляного глазурирования зависит от
природы глазуруемой глины. Сланцевые глины, широко исполь-
зуемые в США, начинают глазуроваться при сравнительно низкой
температуре, и для них достаточно трехкратное введение соли;
огнеупорные глины — при наиболее высокой, и для них полезно
пять последовательных введений, соли на протяжении 4—5 ч. На
1 т изделия расходуется 2—7 кг соли. Изделия, покрытые соляной
глазурью по этому методу, имеют неровную поверхность, что огра-
ничивает применение такой глазури.
КЛИНКЕРНЫЙ КИРПИЧ
Свойства материала и применяемое сырье. Клинкерный кир-
пич применяется для мощения дорог и облицовки цоколей зданий
и гидротехнических сооружений.
Свойства клинкера характеризуются следующими показате-
лями: предел прочности при сжатии — 640—1400 кгс/см2, водопо-
глощёние — 0,9—5,5%, взнос. при сильном движении по дороге —
за 10—12 лет; для строительного клинкера прочность при сжа-
тии— не менее 350 кгс/см2, для гидротехнического клинкера водо-
поглощение— не более 2,5%. Морозостойкость высокая — не менее
25 циклов замораживания при —15°. Объемная масса 1,85—
1,95 г/см3. По ОСТ 4245 предусмотрено три сорта клинкера со-
гласно показателям прочности при сжатии и ударе и по износу,
при истирании.
В Голландии, где клинкер применяется особенно широко, деле-
ние. на сорта осуществляется по признаку твердости (по звуку),
водопоглощение для всех сортов должно быть не более 3% по
массе, размеры кирпича для дорог с сильным движением 195Х85Х
Х98 мм. Чем выше тон при ударе, тем (прр прочих равных усло-
виях) клинкер прочнее и выше значение его модуля упру-
Для производства клинкерного кирпича применяют массу из
одной глины или из смеси разных глин. Хорошие глины для произ-
водства клинкера, по Соколову, характеризуются кремнеземистым
модулем SiO2,%/(R2O3+RO + RO2), % в пределах 3- 4,5. Если
две глины имеют близкие значения этого модуля, то следует пред-
почесть глину с большим содержанием А120з, так как она ока-
жется более вязкой и менее деформируется при обжиге.
Глины каолинитового типа более пригодны для производства
клинкерного кирпича, чем глины гидроолюдисто-монтмориллонй-
тового или каолинито-гидрослюдистого типа. Поэтому добавка као-
лина в глину невысокого качества, даже в лёсс, может суще-
ственно улучшить качество сырья и сделать его пригодным для
производства клинкера. По исследованию Ангеницкой и Сороки-
ной [280], добавка каолина невысокого качества в количестве 15%
к лёссовидным суглинкам и к киевскому лёссу позволила полу-
чить доброкачественный строительный клинкер после обжига при
1230° (выдержка 3 часа в газокамерной печи).
Повышенное содержание окиси кальция нежелательно,, т. к.
она понижает вязкость глины при спекании, уменьшает интервал
плавкости, а углекислый газ (из СаСОз) может увеличить пори-
стость изделия. Окись магния менее вредна в этом отношении.
Однако известны случаи изготовления клинкера из глин, при Со-
держании СаСОз в шихте около 16%. Будапештские мостовые вы-
полнены из такого чрезвычайно износоустойчивого клинкера («рос-
толит»). Обжигают его в капселях ввиду большой «жидкоплав-
Коети» шихты и по очень замедленному режиму, в особенности
при охлаждении.
Аналогичны голландские глины. Голландские керамики даже
предпочитают аллювиальные глины, содержащие 8—15% СаСОз,
остальное приходится на иллит (15—20%) и кварц, частиц кото-
рого размером 50—100 мкм содержится 45—50%, железистых ми-
нералов — 3,5—4,5%. Так как карбонат кальция находится в этих
глинах в очень тонкодисперсном состоянии и равномерно распре-
делен, то создаются благоприятные условия для спекания. Вместе
с тем избежать опасного влияния малого интервала спекания
глины удается путем чрезвычайно медленного подъема темпера-
туры. Для обжига применяют многокамерные печи с обратным
ходом пламен и.
При оценке клинкерных глин по Зерновому составу заслужи-
вают предпочтения более тонкодисперсные глины, так как в наи-
более тонких фракциях содержится наибольшее количество
плавней.
• Количество песка в глине не должно быть более 15%, в про-
тивном случае механическая прочность клинкера резко снижается,
а водопоглощение возрастает. Лучше -всего отощать глину ша-
мотом.
Содержание в клинкерной глине красящих окислов, в част-
ности FeaOs, не ограничивается, если только не оговорен цвет обли-
цовочного клинкерного кирпича. Однако значительное количество-
FeaOs (более 8%) нежелательно, потому что реакция 6FezO3->-
-*4FeaQi+Oa проходит при 1000° весьма интенсивно, что может
вызвать образование пор в материале, в особенности при кратко-
временном воздействии восстановительной среды в печи и при
развитии к тому моменту значительного количества жидкой фазы
в материале изделия.
Немаловажное значение для спекания глины имеет степень
дисперсности содержащейся в ней окиси железа. В желтых гли-
нах FeaOs находится в более дисперсном состоянии, чем в крас-
ных и спекание начинается раньше.
Схемы производства. Клинкер может быть изготовлен либо на-
ливным способом из полужидкой массы (влажность 30—3.5%)
с помощью наливного пресса и деревянных или металлических
форм на несколько кирпичей, либо пластическим способом с по-
мощью шнекового обычного или вакуум-пресса, либо полусухим
прессованием на рычажном или ротационном прессе.
Первый способ применяется в случае использования малопла-
стичных глин (в Голландии, Дании, США). Примитивность -сйо®
соба и трудность его механизации искупаются высокой однород-
ностью сырца по его плотности, отсутствием в нем свили и сква-
жин. Вручную отливают 17—18 форм в 1 мин. Естественная сушка
с апреля по октябрь (в Голландии) и круглогодовой обжиг при-
дают этому производству черты сезонности.
Более совершенные способы, применяемые в нашей промыш-
ленности, представлены схемами I и II, приведенными на стр. 226,
Клинкер, изготовленный пластичным способом, при плохой ра-
боте ленточного пресса может оказаться свилеватым, с низкой ме-
ханической прочностью. Поэтому борьба со свилью имеет особое
значение. Сушат сырец в туннельных противоточных сушилах.
Обжиг. Клинкер обжигают в туннельных или в камерно-коль-
цевых печах, работающих на твердом топливе, мазуте, а также ге-
нераторном или естественном- газе, в отдельных случаях могут
быть использованы однокамерные горны с обратным ходом
пламени.
Садка сырца в печь довольно плотная — 270—280 шт./м3 в елку,
с пересыпкой рядов изделий песком во избежание их сплавления.
Режим обжига в газокамерных печах — прокурка с 20 до 150°,
подъем — 150—950°, взвар—950—1070°, выдержка — 1070—1100°.
Обжиг длится около 260 ч. Охлаждение — ускоренное до 800° и
замедленное до 50°. Прогрев, спекание и охлаждение клинкера
в лабораторных условиях, когда перепады температуры по высоте
печи отсутствуют, занимают не более 2 сут. Расход топлива на об-
жиг в газокамерных печах составляет 170—180 кг условного топ-
лива на 1000 шт.
Для изготовления мостового клинкера используют современное
оборудование. Глину влажностью 14—16% прессуют в мощном
ленточном прессе при давлении 25—35 ат. От выходящего бруса
глины отрезается блок длиной, например, 1,4 м, который переме-
щается разгонным транспортером под резательное струнное при-
способление, отрезающее одновременно 26 шт. кирпича.
Садочный автомат с двумя захватами садит на печную ваго-
нетку 8 штабелей (2496 кирпичей) общей массой 5,75 т.
Вагонетки направляются в туннельное сушило длиной 117 м,
где кирпич сушится 24 ч и выходит с температурой 140—180°,
поступая из сушила сразу в туннельную печь с верхним обогре-
вом. Ширина канала печи 4,7 м, длина 175 м. Обжиг длится 37 ч,
температура обжига 1320°. В печи имеются 132 горелки, которые
разделены на группы, автоматически регулируемые термоэлемен-
тами. Масса кирпича 2,3 кг. Расход тепла на сушку и обжиг 600—
700 ккал/кг клинкера, расход электроэнергии 73 кВт на 1000 шт.
Такой завод постройки 1970 г. в Бонбершвид (ФРГ) фирмы
«Вильгельм Робел» работает с производительностью 1,75 млн. шт.
клинкерного кирпича на одного работника в год при общем коли-
честве работающих 40 человек.
Глава 3
ПЛИТКИ ДЛЯ ПОЛА
Общие сведения. Плитки для полов выпускаются в весьма ши-
роком ассортименте одноцветные, многоцветные, порфировидные
и ковровая мозаика размерами после обжига 150X150; 100X100;
150X75; 50 X 50. По ГОСТ 6787—69 требуется водопоглощение не
более 4%, истираемость не более 0,08 г/см2. Масса 1 м2 плиток для
пола размерами 100X100X10 мм —23 кг, то же, 150Х150Х
Для производства плиток желательны светложгущиеся глины
пластичные и выше средней пластичности, обладающие хорошей
связующей способностью и значительным интервалом спекания,
который позволяет обжигать изделия без деформации, например
Веселовская, никифоровская, николаевская (вблизи Славянска),
кудиновская и ряд других глин. Эти глины полукислые и основные
с содержанием 71,0, от 18 до 35%. Плавни — нефелиновый сие-
нит, перлит, пегматит. Отощителями могут служить тонкомолотый
шамот, 'кварцевый песок; красителями’ — хромистый или бурый
железняк, окись хрома, пиролюзит, кобальтовая фритта.
Приготовление кобальтовой фритты заключается в мокром по-
моле в шаровой мельнице. (24 ч) с последующей сушкой смеси из
7 частей окиси цинка и 1 части окиси кобальта и фриттования
такой тонкозернистой смеси. Фриттование производится при 1200°.
Полученную фритту подвергают мокрому помолу (40 ч), сушат
и размалывают. Порошок, пропущенный через сито 100 отв./см2,
взятый в количестве 3% к 97% едины, придает светло-синеватую
окраску плитке после обжига.
Хромистый железняк (твердые куски руды) дробится в щеко-
вой дро.билке и размалывается в шаровой мельнице сухого и за-
тем мокрого помола до прохождения через сито 2500 отв./см2.
Полученный в состоянии шликера краситель подвергается сушке.
Сухомолотый краситель прррривается через сито 196 отв /см2
Пиролюзит обжигается при 1000° и размалывается в мельнице
мокрого помола. Полезно молоть краситель совместно с глиной.
Подготовка массы. Масса для плиток может быть порошкооб-
разной, пластичной и жидкой (шликер). Полусухой способ Допу-
стим, если глина имеет интервал спекания не менее 70° и дает
плитки без дефектов (пятен, выплавок, слабой прочности), связан-
ных главным образом с текстурными особенностями сырья. Так,
николаевская серая глина (вблизи г. Славянска) используется
для изготовления желтых плиток, николаевская желтая и никифо- ’
ронская (вблизи ст. Соль Донецкой ж. д.) дает красную плитку,
а часов-ярские и дружковские глины.— светло-палевую.
Шликерный способ пригоден при многокомпонентном составе
массы. Практическое значение имеет шликерный способ приготов-
ления пресс-порошка, так как позволяет получить плитку более
высокого качества по внешнему виду, по прочности при изгибе и
..по истираемости. По Рохваргеру и Павлову (282], сравнительные
показатели качества плиток, полученных по шликерному и полу-
сухому способу, приведены в табл. 42,
од’)3—о’07
210—160
Составы масс при скоростных методах обжига плиток должны
обеспечить спекание до 4% водоцоглощениЯ при тех температурах^
которые можно стабильно поддерживать в конвейерных рольган-
говых печах, т. е. около 1100°. Поэтому тугоплавкие глины необ-
ходило смешивать с плавнями — нефелиновым сиенитом, перли-
том, стеклом.
метод) составы масс, по Кондрашеву [283], приведены в табл. 43.
Плитки на Веселовской глине белого цвета, на никифоров-
ской — красного цвета.
Использование в качестве плавней пегматита и талька нецеле-
сообразно, так как они не успевают оказать свое флюсующее дей-
Т а б л и ц а-ад
При сухом способе подготовки компонентов, сохранившемся на
ряде заводов, составы масс характеризуются смесями глин, на-
пример николаевской и никифоровской по 50%.
Приготовление шликерных масс. Задача современного изготов
ления тонкокерамического шликера для разного рода керамиче-
ских производств (в том числе и фарфорового) имеет два решения,
которые различаются наличием или отсутствием централизован-
ного снабжения заранее молотыми компонентами.
Суть новой технологии (приготовления массы) состоит в том,
что готовят шликер по заданному рецепту из заранее молотых
компонентов с влажностью около 50% и сушат его в распылитель-
ном сушиле до влажности 6—8%. При необходимости получения
пластичной массы смешивают порошок со шликером и при влаж-
ности полученной массы 20—23% перерабатывают в вакуум-
прессе с последующей передачей массы в формовочное отделение.
Операции смешивания порошка Со шликером и Получение формо-
вочной массы осуществляется на заводе-изготовителе изделий.
Смешивание имеет особо важное значение. Хорошие резуль-
таты достигнуты в новом типе смесителя фирмы «Г. Эйрих» (ФРГ)
с применением вибратора. Традиционные смесительные бегунки
в этом смесителе заменены эксцентрично расположенными крес-
товинами с лопастями. Периодически загружаемый для смешива-
ния материал располагается на вращающемся поддоне и нахо-
дится под действием системы вращающихся над поверхностью
поддона крестовин с лопастями и одного, двух или трех вибра-
торов..
При вместимости смесителя от 50 до 4000 л предельная мощ-
ность, потребляемая при смешивании, составляет 9,2 кВт на 100 л.
Длительность смешивания шликера и порошка для получения
вполне-однородной массы составляет около 1,5 мин. Опоражнива-
ние смесителя длится 15—30 с.
Первый в керамической промышленности европейских стран
завод-автомат для приготовления 100 т порошковой массы в 1 сут
влажностью 5—7% построен фирмой «Лоренц Хюттенрейтер»,
(г. Зельб, ФРГ) для централизованного снабжения керамических
заводов. По схеме (рис. 76) каолин, принятый из вагона /, пройдя
бункер 2 и весы 3, пневмодатчиком 4 подается в воронку 10 и
с помощью поворотного рукава И, управляемого по системе ЭВМ,
поступает в один из десяти секторных бункеров 13, 14, располо-
женных вокруг приемного бункера 12. Этот бункер предназначен
для молотого пегматита. Емкость секторных бункеров по 180 т
и для пегматита — 1000 т.
В два секторных бункера поступает молотый череп. Подача
черепа 5 и пегматита 6 осуществляется своей системой пневмо-
транспорта 9 через шнек 7 и весы 8......
230
В экологическом отношении система подачи порошков сырья и
выдачи транспортерами /5, 16 — безупречна, так как работает без
распыления. Центральная весовая станция 17 для дозирования по-
рошков сырья управляется ЭВМ; в установке имеется встряхиваю-
щее устройство, изотопный зонд 35 для контроля влажности. Взве-
шенный материал выпускается по команде ЭВМ поворотным
рукавом 18 через один из двенадцати стояков в один из шести
шестигранных смесителей 21 для распускания в воде. Вода посту-
пает порционно через распределитель 22.
Центральная весовая станция позволяет выдавать автомати-
чески три веса завесов — каолин для распускания, пегматит в сме-
ситель 25, пегматит для отдельной продажи. В систему ЭВМ за-
ложена вся рецептура в количестве 18 вариантов из расчета на
абсолютно сухой материал. После распускания суспензия сливается
через вибросито 23 и магниты 24 в один из смесителей 25. Затем
по команде ЭВМ в смеситель вводится отвешанное количество
пегматита и черепа и включается на 45 мин трехпропеллерное
смешивающее устройство. Автоматический контроль pH позволяет
ввести раствор электролита из емкости 19 с помощью дозатора 20.
Готовый шликер сливается через магнит 26 в один из восемна-
—............ --орректируемых сборников 27. Шликер в рас-
29 фирмы «Дорст» подается насосом высо-
пылительное сушило
кого давления 28.
Необходимая температура в сушиле создается подачей смеси
горячих газов из камеры сжигания мазута 30 и корректируется
терморегуляторами. Гранулят ссыпается в конус сушила 31 и че-
рез изотопный измеритель влажности 33 поступает в силос 34.
Циклон 32, завершаемый тягой очищенных газов, служит для
сбора уносов пыли.
Второй вариант схемы приготовления шликера применим для
обеспечения завода-потребителя, только молотой каменистой
частью; роспуск же глины и смешивание ее с молотым порошком
каменистых осуществляются на заводе-потребителе. Схемы опе-
раций по этому варианту рассмотрели Воронович и Черпак [284].
При использовании распылительных башенных сушил (стр. 32)
необходимо внимательное отношение к подбору и применению
разжижающего агента. Широкий ассортимент таких реагентов (от-
ходы целлюлозы, кожевенной промышленности, производства клея,
отвары соломы разных злаковых культур, химические препараты
и пр.) могут быть использованы для приготовления шликера не-
обходимых свойств, 1 л которого весит, например, 1700 г. Наилуч-
шее разжижение достигается у каолинов, худшее — у монтморил-
лонитсодержащих глин.
В качестве разжижающих добавок могут быть применены:
жидкое стекло плотностью 1,45 г/см3 в количестве 0,4—0,5%, счи-
тая по высушенному материалу, сода кальцинированная 0,1—0,2%
сверх 100%.
Новыми элементами во второй схеме выступают установка для
непрерывного распускания глины и регулятор плотности.
При непрерывном распускании глины необходимо поддержи-
вать стабильную плотность суспензии. Для этой цели может быть
использован регулятор плотности РПСМ (рис. 77). В этом регу-
ляторе, высота столба суспензии Н в трубе 1 уравновешена систе-
мой жидких сред в кольцевой камере 2, в дифманометре 3, в ком-
пенсаторе 6. При изменении плотности суспензии, проходящей
через кольцевой воздухоотделитель 7 и сборник переливов 8 в ко-,
нусный приемник 9 со сливным от-
верстием 10, происходит изменение
—), с помощью которых изменение
давления преобразуется в электри-
ческий сигнал, передаваемый на
вторичный прйбор-исполнитель И,
приводящий в действие регулирую-
щий, или плавающий, кран, задви-
жку и проч.
Для дозирования количества
глинистой суспензии может быть
применен автоматический расходо-
мер ИР-11 или автоматические.уро-
внемеры типа замыкающего крана
с поплавком. Дозирование каменис-
тых компонентов обеспечивается
узлом, состоящим из серии бунке-
ров, с конвейерной лентой над ни-
ними, автоматическими весами под
5 каждым бункером, течками, на-
правляющими каждый вид порош-
кового материала в смесительные
бассейны, где находится подавае-
мая насосом суспензия глины.
Смесительные бассейны рабо-
тают циклично, так как необхо-
димо выдержать шликер при его;
перемешивании в течение несколь-
ких часов для созревания (гидратация, гидролиз, набухание).
Созревший шликер перекачивается насосом в распылительное су-
шило. При третьей схеме оборудование подбирается с учетом от-
сутствия централизованного снабжения завода заранее тонкомоло-
тыми компонентами. По этой схеме (стр, 233) сохраняется пол-
ностью массозаготовительное отделение.
Новый элемент в этой схеме — струйная мельница. Основное
преимущество этой мельницы в том, что она позволяет создать
непрерывность процесса измельчения и автоматизировать его.
Кроме того, струйная мельница позволяет более чем в 4 раза по-
высить производительность труда, доведя выработку массы на
одного рабочего до 2000 т/год вместо 490 т при помоле на шаро-
Размол в струйной мельнице. Среди нескольких вариантов кон-
струкций к числу наиболее эффективных принадлежит мельница
противоточного типа. На рис. 78 приведена схема установки струй-
ной мельницы СМЖ-30 (НИИцемент). Исходный продукт, пройдя
предварительное дробление до крупки (рекомендуют 0,1—0,2мм),
поступает из бункера 1 через тарельчатый питатель 2, например
СМ-119А, двумя раздельными потоками в эжекторные камеры 4
с регулируемым перемещением сопел диаметром, например, 22 мм.
Под действием вдуваемого под давлением 6—8 ’ ат перегретого
пара или сжатого воздуха через патрубок 16 и шланг 5 в разгон-
ные трубы 15 происходит эжектирование измельчаемых частиц и
соударение их в помольной камере 17 при скоростях струй от 100
до 500 м/с.
Разрушенные при ударе частицы материала уносятся по
стояку 3 за счет разрежения порядка 300 мм вод. ст., создавае-
мого вентилятором 11. Частицы проходят сепаратор 14, откуда
недомол поступает через делитель 6 обратно, а молотый продукт
проходит циклон 13, поступает в бункер 8 и выдается ячейковым
Рис. 78. Схема струйной мельницы СМЖ-30
питателем 7. Тонкая пыль проходит пылеуловитель мокрого
типа 12 с подачей воды в патрубок 19 и с отбором шлама 18 через
выход 9. Труба 10 создает вытяжку. Технические возможности
струйных мельниц весьма значительны. Эти мельницы могут из-
мельчать до долей микрометра такие твердые материалы, как кар-
бид бора, и такие мягкие, как шабровский тальк, при высокой
производительности мельницы, без большого износа деталей, со-
прикасающихся с продуктом помола (кроме сопел).
Размол в струйной мельнице происходит равномерно, п выход
тонких фракции вдвое превосходит выход аналогичного продукта
в других мельницах; при этом не требуется расход энергии на
подъем измалывающих тел. Форма частиц—остроугольная.
Оптимальная конструкция струйной мельницы еще не вышла
из области проверок (см. стр. 151).
Для механизации трудоемких работ в массозаготовительных
цехах действующих предприятий Воронович и Черпак предложили
третью схему построения технологических процессов, в которой
фирмы «Лаэис» (ФРГ)
1кми» (Италия) РН-500,
исключена струйная мельница . из линий подготовки каменистых,
а линия глинистых имеет такое же построение, как и во второй
схеме.
Прессование, сушка, обжиг плиток для пола. Сыпучесть по-
рошка, получаемого сушкой в. распылительном сушиле, способ-
ствует равномерному уплотнению его при прессовании, а его одно-
родность содействует получению плиток высокого качества.
Коленно-рычажные полуавтоматы с гидравлическим противо-
давлением и гидравлические автоматы описаны многократно [213].
Из числа современных моделей прессов-автоматов со штабелиро-
ванием спрессованных плиток после выталкивания их из форм и
очистки фасок можно отметить машины фирмы «Лаэис» (ФРГ)
SSP-500 в двух вариантах, фирмы «Сакми» (Италия) РН-500,
«Никкей» (Япония) и др. (табл. 56).
На действующих плиточных заводах прессование производится
на прессах «робот», КРКп-125. В первых давление в две ступени
20—25 кгс/см2 и затем 200—240 кгс/см2, во вторых — первое дав-
ление '25—30 кгс/см2 и второе 125—130 кгс/см2. Производитель-
ность 14—20 м2/ч. Крупнозернистые массы (сито 25 и 49 отв./см2)
допускают быстрый выход воздуха, и цикл прессования сокра-
щается до 3 с. Тонкозернистые массы (сито 100 и 144 отв./см2)
прессуются при цикле 4 с.
Сушка. На отечественных заводах сушка плиток производится
в конвейерных сушилах конструкции ПКБ НИИстройкерамики
(конвективных) и конструкции Института использования газа
АН УССР (радиационных). На зарубежных заводах применяют
конвейерные, камерные и туннельные сушила — полочные, много-
канальные и др.
В конвейерных сушилах Института использования газа АН
УССР под сетчатым конвейером размещены горелки так называе-
мого беспламенного горения. Расход тепла — 2500—2900 ккал/кг
. испаренной влаги. Длительности сушки в отечественных конвейер-
ных сушилах таковы: облицовочных плиток 7—9 мин. плиток для
пола 20—30 мин.
Обжиг. Обжигают плитки в туннельных печах: на заводах
прежней постройки — в шамотных капселях, в современных газо-
вых печах — в стопках на огнеупорных этажерках по 20—32 шт.
или в электрических печах в стопках на скользящих огнеупорных
поддонах (плитках). Температура обжига 1200—1280°. В капсель
укладывается 100 плиток размером 150X150 мм, в полукапсель —
50 плиток размером 100X100 мм. На одной вагонетке помещается
40 капселей или 80 полукапселей. Характеристика печей приведена
Некоторые показатели по нормам Гйпростройматериалов та-
ковы. Расход на 1000 ма плиток — массы 34 т, воды 30 м3, пара
6 т, уралитовых шаров для размола 28 кг, условного топлива для
обезвоживания шликера в распылительном сушиле производи-
тельностью 4 т/ч -4,17 т. Влажность суспензии отстающих при
размоле в шаровой мельнице 45—48%.
Запас глины на заводе для северных, центральных и восточ-
ных районов —3 месяца, каолина —2 месяца, плавней — 1—2 ме-
сяца. Площадь для хранения 1000 т сырья —200 м2 Потери сырья
при подготовке — 2%, при изготовлении массы — 3%, при прессо-
вании—1%, при сушке и обжиге —4%, при изготовлении пресс-
порошка —2%. При обжиге теряется 6—8% массы.
Конвейерная линия производства плиток для пола размером
100X100 мм производительностью 200 тыс. м2 в год с роликовой
печыо по проекту НИИстройкерамика приведена на рис. 79. Со-
Для прессования, плиток используется пресс-порошок влаж-
ностью 6—8%, полученный в распылительном сушиле ПКБ
НИИстройкерамика из шликера влажностью 50—53%.
Плитки, спрессованные на прессе 1 КРКп-125, поступают на
приемно-распределительный транспортер 2 (его следует иметь из
текстропных ремней), на котором производится распределение по-
токов плиток, выходящих из пресса на удвоенное количество
ручьев (например, шесть).Распределение осуществляется подвиж-
ными автоматически действующими стрелками 3. Скорость движе-
ния плиток 1 м/мин, производительность всей линии 28 м2/ч.
Далее плитка поступает на сушильный конвейер, изготовлен-
ный из ряда параллельных однорядных мелкозвеньевых втулочных
цепей. Односторонний привод цепного конвейера приводит к бо-
лее быстрому износу цепей и зубчатых шестеренок, чем двусторон-
ний. Сушило 4 состоит из четырех секций длиной по 6 м и шири-
ной 0,9 м. Корпуса сушильных секций футерованы легковесным
диатомитовым кирпичом и шлаковатой. Обогрев сушил произво-
дится инжекционными и микрофакельными газовыми горелками.
Температура сушки 220—240°, длительность сушки — 29 мин, рас-
ход тепла 1950 ккал/кг испаренной влаги, воздуха 160 м3/ч рас-
Испаряемая влага отсасывается вентилятором из всех секций
нижним срединным патрубком 5 и выбрасывается в атмосферу.
В четвертой секции влажность плиток близка к нулю. .
Отсюда плитки переходят на роликовый конвейер печи 6 с тем-
пературой обжига до 1150°, определяемой температурой эксплуа-
тации трубчатых роликов. Печь Длиной 42 м имеет зоны подогрева
и обжига 28 м, охлаждения 14 м Ширина канала 0,9 м Ролики —
из стали С-20 для секций с невысокой температурой и нз сплава,
ОХ23Н18 в' количестве .297 шт., из сплава ХН70Ю в количестве"
189 шт. и из сплава Х18Н10Т в количестве 216 шт. для секций
с высокими температурами.
Жаростойкость роликов не гарантирует их от изгиба при оста-
новках рольганга, связанных с мелкими неполадками в печи. Де-
формированные ролики извлекают и правят. На время остановки
печи из-за аварийных ситуаций необходим резервный привод на
постоянном токе для прокручивания роликов. Для удобства экс-
плуатации печь разбита на 15 секций длиной по 2,8 м каждая,
близ которых имеет свой металлический каркас со съемным сво-
дом, не связанный со стойкой и рамами роликового транспортера.
Съемный свод оказался очень удобным.
Перекрытия в 1—7 и 11—14 секциях — из шамотных ::лит; пе-
рекрытия свода в 8, 9, 10 секциях — арочные.
Подача газа (Q = 8500 ккал/м3) в смеси с воздухом произво-
дится инжекционными горелками Стальпроекта: В 28/1,7 на
положены под рольгангом с двух сторон вдоль зоны подогрева и
обжига по 5 шт. в секции. Газ сгорает в рабочем пространстве
печи в горелочных нас'адках. На участке выдержки в секциях 8,
9, 10 ПОД сводом печи, с двух ее сторон, в шахматном порядке
установлены 15 горелок В 21/1,3.
Удаление дымовых газов производится через три вытяжные
трубы в отверстиях в своде. В стенах печи имеются отверстия для
термопар, гляделки и окна для очистки рольганга от завалов.
Зона обжига отделена от зоны охлаждения двумя экранами,
между которыми оставлен узкий зазор для прохождения плиток.
На участке 1100—6000° размещены под сводом 6 насадок для
подачи холодного воздуха. Для отбора нагретого воздуха в своде
камеры устроена щель и установлена вытяжная труба.
На участке 650—550° установлены 3 горелки В 21/1,3 для вы-
вода печи на режим при розжиге и для поддержания температур-
ной кривой. На секции 14 имеется вытяжная труба. Окончательное
охлаждение плиток производится на секции 15, где помещены об-
дувные перфорированные коробки.
Расход газа при обжиге около 95 м3/ч. Установленная элек-
трическая мощность 40 кВт. Производительность линии 28 м2/ч.
Удельный расход электроэнергии — 0,7 кВт • ч/м2.
Характеристика конвейерно-поточных линий по выпуску пли-
ток для пола производительностью:
100 101
150 150
Введение конвейерно-поточных линий, разработанных в НИИ-
стройкерамике, произвело подлинный переворот в технике плиточ-
ного производства и создало перспективу полной его автоматиза-
ции, позволило расширить ассортимент плиток, применить шелко-
графический способ декорировки и рельефное орнаментирование
при прессовании. Однорядный скоростной обжиг запатентован
Конвейерно-поточный способ позволил организовать также мас-
совое производство коврово-узорчатых плиток, прессуемых на
автоматах, и освободил от ручного труда по засыпке цветных
пресс-порошков в шаблоны-вставки выдвижных форм.
ХИМИЧЕСКИ СТОЙКИЕ керамические изделия
Общие сведения. Для работы материала в трудных условиях
(химическое влияние, нагрев, механическое воздействие) наиболее
пригоден керамический череп. Химическую устойчивость керамики
определяют по ГОСТ 473. 1—72 и ГОСТ 473. 2—72 «Изделия хими-
чески стойкие и термостойкие керамические». Кислото- и щелоче-
устойчивость определяются по потере массы порошкового образца
(остаток на сите № 08 зерен, прошедших через сито № 1) до и
после кипячения в течение 1 ч в концентрированной серной кислоте
или в 20%-ной соляной кислоте, или в 35%-ном растворе едкого
натра.
Ориентировочные показатели свойств плиток:
? 800—1000
Череп каменных изделий обладает высоким значением модуля
упругости — (5-4-7) • 105 кгс/см2, высоким коэффициентом тепло-
проводности — 1—1,7 ккал/м-ч-°C, умеренным коэффициентом
термического расширения — (3-4-5) IO-2; прочность его при сжа-
тии 1500—4500 кгс/см2 (для насадочных колец диаметром 150 мм
она достигает 13000 кгс/см2 — табл. 44), при изгибе 250—
350 кгс/см2, при растяжении 80—200 кгс/см2.
Химически стойкие керамические изделия представлены в оте-
чественном производстве пятью группами изделий. Это кирпичи,
плитки, кольца, трубы, аппаратура: 1) кислотоупорный, кирпич
(ГОСТ 474—67) — прямой и клиновой — применяется для футе-
ровки киблотных башен, скрубберов, газоходов, резервуаров и т.д.;
2) плитки кислотоупорные и термокислотоупорные (ГОСТ 961—
69); плитки термокислотоупорные для гидролизной промышлен-
ности (ГОСТ 5532—63), плитки кислотоупорные для футеровки
варочных котлов сульфитцеллюлозной и гидролизной промышлен-
ности (ГОСТ 11318—65); 3) насадочные изделия — кольца кисло-
тоупорные керамические полуфарфоровые и фарфоровые — для
заполнения башен и развития поверхности взаимодействия жид-
кости с газами.
Помимо перечисленных изделий, выпускаются изделия 4-й
группы-трубы-колена, трубы-крестовины и тройники под углами
30, 45, 60° (ГОСТ 585—67) и 5-й —широкий ассортимент тонко-
каменных изделий химической аппаратуры.
Различают две группы этих изделий — апаратуру без движу-
щихся частей и аппаратуру с движущимися деталями, К первой
относятся фарфоровые выпарные чаши и котлы (ГОСТ 861—55),
емкостью первые до 100 л, вторые —до 150 л, фарфоровые филь-
тры с решеткой емкостью до 150 л, баллоны для перевозки и
хранения кислот (туриллы, ГОСТ 17794—72), царги-кольца для
сборных башен диаметром до 2000 мм и высотой до 1000 мм;
нутч-фильтры, плитки с мелкими отверстиями для сцеживания
в производствах целлюлозы, холодильники, змеевики, реакторы,
решетки дистилляционные и др.
К аппаратуре с подвижными деталями относятся реакционные
аппараты со смесителями, эксгаустеры, насосы. Центробежные ке-
рамические насосы (ЦКН) предназначаются для перекачивания
любых кислот, кроме плавиковой. В таком насосе проточная часть
25/25)НГоа50,32 м^ЩКН-мТоО/вО)Кп^ мире от 10> до 30,9 м
СТОАсасортимен7 и ^ойства кислотостойкой кеРа«и™длям^°’
мышленности рассмотрены Зайонцем и Кордонскои [285] и Моро-
ЗОМПовь1шениеВ°эксплуатационной надежности современной хими-
"Р'чйнЬективность современной химической аппаратуры дости-
гаетс^увеличенисм ее габаритов, а также расширением иомепкла-
меньшее сопротивление, позволяют увеличить нагрузку в 1,5. раза,
Широкое распространение получили сельскохозяйственные ка-
менные изделия, изготовленные из тех же кислотоупорных масс,—
кормушки, банки, кружки, консервная тара, кувшины и пр. В та-
ких изделиях термостойкость может быть усилена добавками
в состав массы талька, пирофиллита, кианита или глинозема в тон-
коизмельченном состоянии. Значительное увеличение термостой-
кости каменного товара может быть достигнуто вводом металли-
ческого кремния или ферросилиция, по Массону, как указывает
Зальманг [21]. Для характеристики термостойкости S Массон пред-
ложил простое соотношение
— °расг/(^>
напоминающее формулу Шотта-Винкельмана для стекла
S = ap,tT/MS)/(£«), (25)
где «Грает — прочность при разрыве, кгс/см2;
а — коэффициент линейного термического расширения;
Е — модуль-упругости, кгс/см2.
Частное от деления значений теплопроводности к, плотности d
и удельной теплоемкости с близко единице. Применение уравнения
Массона возможно; однако при значительном содержании кварца
(и кристобалита) в черепе соотношения между о и £ усложняются.
Добавка каолина (до 20%) в каменную шамотсодержащую
массу снижает значение Е, например с 740 000 до 520 000 кгс/см2.
Поэтому термостойкость может быть повышена путем укрупнения
шамота и введения каолина (и талька). Эти же добавки снижают
к. т. р. с (8—6) 10-6 до (5—4) 10-е.
Меняя тонкость помола кварца и шамота, можно влиять на
величину а. Чем тоньше помол кварца, тем меньше а, что связано
с растворением кварца в расплаве. Весьма тонкий помол полевого
шпата также снижает к. т. р.
Ввод в массу или кристаллизация в черепе таких литийсодер-
жащих минералов как эвкриптит Ы2О • А12О3 2SiO2, сподумен
Li2O • А120з • 4SiO2, петалит Li2O • А|2О3 • 8SiO2, позволяет сильно
снизить величину к. т. р. Напротив, расплавление этих минералов
и пребывание их в виде стекла увеличивает к. т. р. черепа. Так,
а-эвкриптит имеет к. т. р. минус 3,5 10—«, а стекло этого же со-
става имеет к. т. р. плюс 6,8 • 10~®. Поэтому, сочетая кристалличе-
скую и стекловатую фазы литиевых минералов, можно теорети-
чески получить череп с нулевым значением к. т. р.
Химическая устойчивость определяется сопротивлением мате-
риала коррозии и эрозии, т. е. разъедающему химически и разру-
шающему механически действию газов и водяного пара, воды и
растворов, расплавов солей, стекла и металлов, а также радиоак-
тивному облучению как непосредственному, так и посредством
активизации воздействующей среды. Нет пока такого материала,
который был бы универсален по своей химической стойкости. Наи-
большую защитную функцию в промышленности выполняют кера-
мика и стекло, в последнее время выдвинулась пригодная для этой
цели группа органополимеров — фторопластов. При удовлетвори-
тельной прочности на разрыв (порядка 225 кгс/см2), хорошей проч-
ности при ударе (около 100 кгс-см/см2) температура эксплуата-
ции фторопласта,. однако, не превышает 250°, в чем фторопласт
значительно уступает керамике.
В процессе взаимодействия силикатного защитного материала
с агрессивной средой протекает реакция. Поэтому химическая
устойчивость материала зависит не только от состава, строения и
свойств этогб материала, но и от степени возбуждения или по-
давления активности воздействующей среды. В некоторых случаях
это обстоятельство полезно иметь в виду.
Например, степень разрушения черепа раствором электролита
зависит от степени сольватации ионов электролита в растворе,
которая, в свою очередь, определяется ионным потенциалом [287].
Чем выше заряд иона и меньше его эффективный радиус, тем выше
степень его сольватации в растворе и тем менее активно он взаи-
модействует с керамическим телом.
Три теории химического разрушения силикатов и стекол при-
влекают внимание. По теории Гребенщикова [288], скорость хими-
ческого разрушения стекла определяется скоростью гидролиза его
поверхностных слоев и скоростью диффузии раствора через остаю-
щуюся кремнеземистую пленку; чем больше кремнезема в стекле,
тем плотнее пленка и тем лучше защищено стекло от разрушения.
Эта теория подтверждается опытом, например' изготовлением так
называемой просветленной оптики. Развивая эту теорию, Дуброво
и Шмидт [289] высказали соображение относительно зависимости
химической устойчивости стекла от степени полимеризации крем-
некислого каркаса стекла. Влияет также температура; кварц на-
чинает растворяться в воде со 150°. При этом скорость растворе-
ния 0-кварца в плоскости оптической оси по [290] протекает в 100
раз быстрее, чем в перпендикулярном направлении. Нами и Гор-
бачевой наблюдено, что соотношение растворимостей 0-кварца
в 5%-ной HF в направлениях, перпендикулярном и параллельном
главной оси, составило 0,7:1, что близко соотношению прочно-
стей связей s/p,.=0,53/1 (стр. 10).
Тридимит более растворим в воде под давлением, чем кристо-
балит. В то же время коэсит нерастворим в любых кристаллогра-
фических направлениях в HF. Вероятно, решающую роль играет
усиление энергии s-связи благодаря увеличению давления.
Более однородное стекло, химически устойчивее.
Замечено также, что коррозия стеклофазы протекает быстрее,
если эта фаза закалена, что можно объяснить слабым развитием
в ней предзародышевых организованных групп,' ее большей
«аморфностью» [298]; развитие n-групп можно проследить с по-
мощью ИКС [299].
Теория гидролиза пленки подтверждается также щелочеустой-
чивостыо магнезиальной шпинели, по Куколеву и Симхович [291].
На поверхности шпинели образуется пленка гидроокиси и окиси
магния, придающая щелочеустойчивость.
По другой теории, которую предложили Крейд и Вейл [292],
предполагается, что Н+ обменивается в кислотах и воде (в особен-
ности в нагретом состоянии) на щелочной катион в стекле, вслед-
ствие чего возникает Н—ОН, т. е. гидратация поверхности такого
твердого тела, и стекло частично растворяется; пленка гидрокрем-
незема остается. Крейд и Вейл признают также и прямую химиче-
скую реакцию иона фтора с кремнием из кремнеземистой сетки,
вследствие чего щелочные ионы освобождаются из стекла.
Химическая устойчивость возрастает при замене в стекле Na+
на К+ или щелочноземельные ионы. Ион Т11+ усиливает кислото-
стойкость, но ослабляет щелочеустойчивость; еще более увеличи-
вает и кислотОстойкость и щелочеустойчивость ион циркония. Ион
алюминия в этом отношении действует положительно, повышая
КИСЛОТОСТОЙКОСТЬ.
Следует упомянуть также о схеме Бодда [293], по которой меха-
низм коррозии стекла различен в зависимости от наличия сильного
аниона (О2-, ОН-, F-) и сильного катиона Н+, Н3О+ и др. и проте-
кает путем перераспределения зарядов на ионах кислорода поверх-
ности стекла и ионов ОН- или Н+, находящихся в растворе. За-
труднительно найти практическое применение этой схеме.
Многочисленные исследования в области химической стойкости
силикатных материалов обработаны Будниковым и Харитоно-
вым [294].
Химическая устойчивость стекол, по Кокориной [295], по отно-
шению к воде и их гигроскопичность повышаются при введении
окислов в такой последовательности: BaO<SrO<CaO<PbO<
<MgO < BeO<ZnO <TIO2<AI2O3< ZrO2.
Растворимость в воде при нагревании и давлении полевых
шпатов такова: альбит>олигоклаз>лабрадор>микроклин, и
раствор всегда переходит больше натрия, чем калия, но кремне-
зема (который гидролизуется) — больше, чем натрия [296].
Аналогично растворение полевошпатовой составляющей фар-
фора. Потери веса фарфоровых и стеатитовых образцов после об-
работки водяным паром при 250° и 40 ат за 500 ч характери-
------------------------чри изгибе на 20—40%, при ударе —
ием открытой пористости с 0,42 до
0,84%.’
В канализационных трубах и плитках при гидротермальных
обработках Штрауб и Шольце наблюдали образование мелких
трещин и распадение материала тем в большей степени, чем
больше щелочей было в материале.
Муллцт в корундо-муллитовом фарфоре под действием водя-
ного пара 40 ат и 250° распадается на глинозем и кремнезем, по-
следний растворяется в водяном паре; происходит заметное сни-
жение прочности.
Кислотостойкость керамических материалов мала в тех струк-
турных композициях, где тетраэдры [S10J разобщены; полимери-
зация этих тетраэдров в цепи, слои, каркасы усиливает кислото-
стойкость; чем больше кремнезема в стекле, эмали, тем они более
стойки; замещение атома кремния атомом алюминия в четверной
координации весьма снижает кислотостойкость. В то же время
корундовая керамика (А13+ в шестерной координации) вполне кис-
лотостойка. При микроликвации стекла химическая стойкость его
падает, но при последующей микрокристаллизации химическая
стойкость может возрасти.
Щелочеустойчивость в растворах и расплавах керамических
материалов мала там, где тетраэдры [SiOJ не образуют прочной
связи; введение малых количеств ZrO2 существенно усиливает
щелочестойкость композиций; увеличение содержания ВеО, MgO,
СаО, ВаО в керамических составах повышает щелочестойкость.
Миронов изготовил фарфор высокой химической стойкости по, отно-
шению к кислотам и щелочам обжигом при 1320° композиции из
каолина 25,8%, глины 15,4%, пегматита 17,4%, песка 17,4%, со-
держащей 5% ТЮа и 5% аморфного кремнезема (аэросила) [297].
Для футеровки промышленных химически реакционных уста-
новок применяют иногда плавленные и природные базальтовые и
андезитовые горные или ситалловые химически стойкие плитки,
бруски и покрытия. Недостаток тех и других — пониженная щело-
чеустойчивость.
Для повышения щелочеустойчивости керамических масс Госин
предложил использовать железистый кварцит, содержащий около
50% гематита [301]. Кроме того, требуется от черепа высокая
плотность, термостойкость и механическая прочность.
Повышение щелочеустойчивости черепа достигнуто также Уль-
яновой и Зайонцем благодаря вводу обожженных рядовых отхо-
дов, получаемых при обогащении асбестовых руд. Эти отходы —
гидроалюмосиликаты магния (SiO2 37—38%, А12О3 4—6%, MgO
37—40%) в смеси с глиной после обжига при 1250—1300° позво-
ляют получить прочный материал объемной массой 2,6—2,8 г/см3,
имеющий щелочеустойчивость 90—95% и кислотостойкость
98—99%.
Особо трудны условия службы кислотоупорных изделий в про-
изводстве сульфитной целлюлозы, когда в качестве варочной жид-
кости применяют растворимые основания, содержащие сульфиты
щелочей, магния и кальция, а температура в котле достигает 150°
и давление в несколько атмосфер. В этих условиях поверхностные
слои плиток гидролизуются, набухают и постепенно растворяются.
Керамика на основе корунда с минимальным содержанием
стеклофазы обладает высокой щелочеустойчивостыб в расплаве.
Введение А12О3 в состав стеклофазы фарфора — один из путей
общего повышения кислото- и щелочеустойчивости фарфора. Этот
прием использован Куколевым и Саркисовым при изготовлении
фарфора повышенной стойкости [299]. Рабочая масса этого фар-
фора имела материальный состав: пегматита елисеевского 40,5,
каолина просяновского сырого 25, то же, жженого 10, дистен-сил-
лиманитового концентрата 18,5, бентонита Пыжевского 6%. При
температуре спекания 1260° и интервале спекания 170° этот фар-
фор показал кислотостойкость 99,0% и щелочестойкость 99,66%.
Густая сетка иголочек муллита, отсутствие контуров расплав-
ленных зерен полевого шпата, хорошее оплавление зерен кварца
с каймой 2—5 мкм и показателем преломления 1,529 ±0,001 свиде-
тельствовали о высоком качестве этого черепа.
Для повышения химической стойкости керамики пользуются
повышением концентрации окиси магния в ее составе. Фазовый
состав такого черепа можно интерпретировать с помощью диа-
граммы состояния системы MgO—А12О3—SiO2. В нижней части
диаграммы этой системы помещаются поля шпинели, сапфирина,
которые граничат с полем муллита (рис. 80). На сечении
MgAl2Oj—SiO2 расположен кордиерит и, как отмечает Бережной
[29], возможно — сапфирин. Практический интерес представляет
участок, охватывающий треугольник шпинель — муллит — кордие-
рит для изготовления химически стойкой, электрически и механи-
чески прочной керамики; помимо того, шпинель имеет высокую
твердость.
Некоторое техническое затруднение создают высокие темпера-
туры. Преодоление этого затруднения возможно с помощью мине-
рализаторов, как это показали Будников и Злочевская [300], пони-
зив температуру спекания при добавке 3% карбида бора на 300?
и увеличив «выход» шпинели на 7—10%. Полученные ими мул-
лито-шпинелевые композиции имели, например, прочность при
изгибе 1500 кгс/сма, прочность при сжатии 7000 кг/см2, удельное
объемное сопротивление 5-Ю*2 Ом/см, пробивное напряжение
35—30 кВ/мм, а= (4,2—5,6) • 10~6 и химическую устойчивость к сер-
ной и соляной кислотам 100%, к едкому натру 99,1—99,5%. Полу-
ченные показатели по химической стойкости высоки.
Миронов исследовал механизм растворения кварца в плавико-
вой кислоте, установил образование пленки геля кремневой кис-
лоты толщиной 2—4 мкм на кварце после воздействия реактива и
выдвинул предположение о двустадийности этого процесса. Первая
стадия состоит в гидратации поверхности кварца за счет присоеди-
нения протона по схеме 5Юз2-+Н+=НЗЮз~ вторая стадия —
в реакции по схеме HSiO3-+4HF mH2O=SiF4 + nH2O. Термодина-
мические расчеты подтверждают такую возможность.
Опытом установлено, что природа глины, примененной для из-
готовления футеровочных плиток, играет наиболее значительную
роль в химической устойчивости. Например, футеровочные плитки,
изготовленные из масс на артемовской и часов-ярской глинах
(60% глины и 40% шамота) и обожженные при 1250—1260°, пока-
зали, по Мпкадзе, Зайонцу и Илюхину [302], весьма разную кар-
тину набухания (рис. 81). Артемовская каолпндто-гидрослюдистая
глина дала череп Л быстро набухающий и разрушающийся; часов-
ярская глина дала череп 2, стабилизировавший свое набухание
в автоклаве при давлении 6—7 ат и 160—170°. Добавка в обе
массы плавней — пегматита и перлита — не изменила общей кар-
тины набухания.
Решающую роль в процессе набухания (так же как и растворе-
ния черепа) играет его фазовый состав и состав стекловидной
Сырье и массы. Основным сырьем для производства кислото-
упорных изделий выступают пластичные, тугоплавкие и огнеупор-
ные глины как основные, так и полу-
кислые, спекающиеся при 1100—1200°.
Глины должны содержать 5—8% плав-
ней в пересчете на окислы. Плавень,
находящийся в тонкодисперсном со-
стоянии, способствует раннему снека- ° 170
нию массы. Интервал спекания таких g
глин 300—400°, но может быть и g
ниже—150—200°. В глинах не долж- § go
но быть камней, включений пирита, -
гипса, известняка. Этим требованиям
отвечают такие глины, как часов-яр-
ская, дружковская, артемовская (с
нижних горизонтов) в случае ее от-
мучивания от марказита, как это по-
казано Квятковской [303], лукошин-
ская, печорская, федоровская и др.
иены гидроциклонная схема или ро-
торная мельница Сладкова с после-
дующей сушкой суспензии в распыли-
тельном: сушиле.
По данным Павлова [304], среди
основных типов глин каолинитовых,
каолинито-гидрослюдистых, гидрослюдисто-каолинитовых, каоли-
нито-монтмориллонитовых наиболее пригодны для производства
кислотоупоров глины гидрослюдисто-каолинитовые с небольшим
содержанием свободного кварца. Водопоглощение черепа, обож-
женного при 1150°, и его прочность при сжатии меняются. Данные
по Павлову приведены в табл. 45. С уменьшением отклонения
кварц/гидрослюда (К/Г) прочность черепа возрастает и водопо-
глощение его уменьшается.
Сравнение составов масс тонкого каменного товара с фарфоро-
выми показывает, что первые содержат значительно больше низко-
спекающейся глины (как таковой или в виде шамота), чем фар-
форовые массы. Поэтому плавень (полевой шпат) вводят в тонко-
каменную массу в два-три раза меньше, чем в фарфоровую, так
как сама нцзкоспекающаяся глина, взятая в количестве 40—50%,
содержит много легкоплавких соединений.
В каменные массы вводят 24—25% шамота, который отощает
их, уменьшает , усадку, служит скелетообразующей составной
частью (так как в некоторой степени муллитизирован предшество-
вавшим .обжигом), придает изделию термостойкость. В связи
с этим шамот не подвергают очень тонкому Помолу. Зернистость,
Шамот и минералогический состав глины, из которой он приготов-
лен, весьма существенно влияют на качество кислотоупора. Не
пригоден шамот, полученный из монтмориллонитсодержащих глин.
Хорош шамот из гидрослюдисто-каолиновых глин; увеличение тон-
кости его помола в некоторых пределах содействует повышению
прочности черепа, при сохранении термостойкости в допустимых
пределах и влагонепроницаемости.
Для насадочных колец и кислотоупорного кирпича применяют
шамот водопоглощением 5—8%, для деталей аппаратов — водо-
поглощением 5—6%, для деталей насосов и аккумуляторных ба-
нок — водопоглощением 2—3%. Для придания высокой прочности
добавляют корунд; чем тоньше его помол, тем лучше он спекается
с глиной. Ввод талька в небольших пределах повышает термостой-
кость изделия. Примерные составы масс, по Дульченко, приве-
дены в табл. 46.
В каменные массы вводят тонкомолотый кварцевый песок для
лучшей их влагоотдачи в случае литья. Тонкий помол и более вы-
сокие температуры обжига содействуют растворению кварца
в жидкой фазе, что повышает механическую прочность изделия.
Исмайлова {305] показала возможности получения хорошего
кислотоупорного кирпича, насадочных колец и пр. из масс, содер-
жащих до 70% кварцевого порфира и 30% пластичной глины.
Кварцевый порфир Чирагидзорского месторождения (Азербайд-
жан) Содержит 2,5—3% КзО и 0,5% Na2O, что при 13—12% Д12О3
и 7,3,77% SiO2 делает его главной компонентой кислотоупорных
масс, спекающихся в зависимости от состава при 1100—115.0°
к серной и фосфорной кислотам, можно получить из пережжен-
ного лёссовидного суглинка помолом его до остатка 35% на сите
0063, последующим смешиванием с 4% кремнефторида натрия и
замешиванием такого цемента на жидком стекле д модулем 3—3,2
Как видим, подходы к решению задачи о качестве кислотоупо-
ров могут быть различны. Однако цель остается одна — обеспече-
ние в черепе такого фазового состава и в таких количественных
соотношениях, .которые определяли бы высокую химическую, меха-
ническую и термическую прочность, водонепроницаемость и нёна-
бухаемость.
Химическая стойкость разных материалов, по Будникову, при-
ведена в табл. 47.
Составы каменных масс на отечественном сырье были впервые
изучены К. Келером (307]. Его работы развил Зубчанинов [308],
получив изделия, которые можно глазуровать до обжига (одно-
кратный обжиг). После обжига при 1160° водопоглощение изде-
лий было от 0,04 до 1,91%, прочность при сжатии от 467 до
666 кгс/см2, к. т. р. (6,1—6,7) • 10-е.
Составы каменных масс можно выразить формулой
0,10—1,36 Na2O 2,71—2,13 А12О3 ( 16,46—19,00 SiO2
0,07-0,15 СаО 0,11-0,19 FeA) 0,1-0,22 ТЮ2 .
0,15—0,25 MgO )
Общая формула глазури для каменного товара
1(RO + R2O) • (0,2—0,6)А12О8 (2—5)SiO2.
Глазурь построена с широким использованием полевого шпата.
Термостойкие изделия. Вопросы изготовления термостойкой
(в обиходе — жаростойкой) посуды освещены Финкельштейном
Термостойкие и кислотоупорные массы разработаны Кордон-
ской на основе 45% часов-ярской глины. 20% плотного шамота и
с добавками 20—30% карборунда и 20% корунда. После обжига
при 1250° образцы имели высокую термостойкость и прочность.
Изделия высокой термостойкости можно получить, введя 30%
дунита (магний — железистый оливинит в стадии серпентиниза-
ции) в составе массы из 40% часов-ярской глины и 30% каолина.
После обжига при 1250- изделия имели необыкновенно высокую
прочность при изгибе (1030 кгс/см2), по Оминину; водопоглощение
их составило 0,5—1,0%, а к. т. р. (2,6— 4,3) • 10~в.
Улучшение некоторых эксплуатационных свойств, которые вы-
зывает добавка MgO в керамические массы, побуждает рассмот-
реть химизм влияния этого окисла. MgO, как и другой щелочнозе-
мельный окисел СаО,— сильные плавни по отношению к глине,
каолину и кварцевой составляющей при температурах более 1000°.
Окись кальция вызывает быстроидущую усадку. Начинается
она с 1040° и достигает большой величины в тонкомолотых массах
уже к 1080—1100°, а в грубомолотых и шамотированных массах —
к 1180—1200°. При дальнейшем нагреве материал размягчается
и оплавляется. Окись магния вызывает еще более сильное уплот-
нение массы, чем окись кальция, но действует значительно медлен-
нее. В этом отношении кальциевая составляющая, например,
в плавне — плагиоклазе, вызывая быстрое развитие жидкой фазы,
гораздо менее желательна, чем магнезиальная, вводимая с дуни-
том или тальком.
Однако окись магния, действуя положительно на эксплуатаци-
онные свойства изделия, затрудняет его обжиг, так как изделие
при этом сравнительно легко деформируется под нагрузкой.
Оминин (ГИКИ) получил хорошие результаты с глинисто-пи-
рофиллитовыми массами (60—70% пирофиллита), череп из них
имел прочность при растяжении 185—200 кгс/см2, но большой
к. т. р,— порядка (10—11) • 10_“, что может иметь значение при
сочетании металла с керамикой, когда надо создать промежуточ-
ный слой.
Кордонская разработала составы термостойких кислотоупор-
ных и самоглазурующихся масс, используя корунд и карборунд
при содержании глины (часов-ярской) около половины и ша-
мота — около четверти по массе. После обжига при 1250° череп
имел прочность при изгибе более 300 кгс/см2 и высокую термо-
стойкость.
мического машиностроения на основе часов-ярской глины, талька,
глинозема и циркона {310]. Умеренный ввод циркона и глинозема
Славянском керамичееком комбинате и опробовать с хорошими
результатами детали ректификационной колонны £>=1100 мм И
центробежного насоса ЦКН 40/40 Череп имел прочность при из-
ственно только 426 кгс/см2; 98,8%; 47% и выдержал 6 теплосмеи.
Исследователь отнес улучшение качества материала за счет раз-
вития ликвационной структуры в стеклофазе черепа; упрочнение
ния ZrO2. Общее упрочнение черепа было следствием усиленного
Формование, сушка, глазурование. Кислотостоикии кирпич,
плиты и плитки обычно формуют из пластичной массы,. прошед-
шей через ленточный пресс и нарезанной с помощью станков-полу-
автоматов СМ-295, СМ-38 и др. в виде заготовок. Эти заготовки
выдерживаются для снижения влажности до 17—18%, после чего
их допрессовывают на механических прессах разных конструкций,
например СМ-308, при давлении 15—20—30 кгс/см2. Такие прессы
имеют производительность 4—6 т/ч и потребляют энергии
Используются также прессы для, полусухого прессования
СМ-143, СМ-301 с двусторонним и двухступенчатым сжатием при
давлении 200—400 кгс/см2 но с последующим обжигом На 50—60°
выше, чем при производстве по пластическому способу.
В новейшем оборудований прессование сочетают с вибрирова-
нием, достигая производительности до 2500 шт. условного кирпича
в 1 Ч при потреблении энергий 1—1-8 кВт-ч/т. Формование труб
малого диаметра —50—300 мм и насадочных колец осуществ-
ляется на горизонтальных шнековых вакуум-прессах по техноло-
гии, аналогичной при изготовлении дренажных труб и канализа-
ционных труб из масс влажностью 18—21%. Производительность
ленточного пресса для колец зависит от количества выходных от-
верстий в плите мундштука; так, для колец- размером 50x50 мм
производительность составляет 15 тыс. шт./ч; размером 80X80 —
5,5 тыс. шт./ч, размером 100X100 — 2,7 тыс. шт./ч. Производство
насадочных элементов механизировано применением конвейер-
ного сушила и конвейерной печи.
Формование сложной аппаратуры производится по пластичному
способу из ранее подготовленных пластов или литьем из шликера
в гипсовые формы. Для приготовления пластов массу перерабаты-
вают однократно или двукратно на. перегонных ленточных вакуум-
прессах, применяя мундштук с перфорированной (ДО 900 отвер-
стий) плитой; перфорация позволяет получить массу в виде
однородных жгутиков. Так подготовленную массу направляют
в формующий ленточный пресс и выпускают трубку надлежащего
диаметра. От непрерывно выходящей из мундштука пресса трубы
отрезают цилиндры, которые разрезают вдоль и из полученных
пластов раскраивают вручную требуемые части изделия. Эти части
совмещают под требуемым углом, вдоль по месту совмещения про-
лезают проволочной петлей излишек массы и затем образовав-
шуюся канавку заполняют той же массой, запрессовывая ее и
уплотняя пальцами; получаются хорошо срощенные стенки изде-
лия. Операции эти производят в соответствующих гипсовых или
деревянных формах. Далее следуют подвяливание и осторожная
сушка изделий по режиму в сушилах.
Сложные детали отливают из хорошо выдержанного шликера
влажностью около 30% в гипсовых формах по технологии, анало-
гичной применяемой в производстве санитарно-технических изде-
лий. Сосуды малой емкости формуют на шпиндельных станках,
пользуясь шаблонами. Отводы, патрубки, горловины формуют
в гипсовых формах, обтачивают после подвяливания на станках и
после того склеивают шликером с корпусом сосуда.
Части вентиляторов и эксгаустеров формуют из фарфоровых
масс способом отливки с последующей обточкой после подвялива-
ния на станке, длительным выдерживанием (6—7 суток) в цехе и
осторожной сушкой в сушилке по режиму {286]. Для сушки таких
изделий, как плиты, кирпич, трубы, насадочные элементы, исполь-
зуются туннельные сушила типа Росстромпроекта; удельный
расход тепла 1200—1500 ккал/кг испаренной влаги; длительность
сушки кирпича 10—12 ч, плит—:20—24 ч, труб — 2—3 сут. Более
сложные изделия подвергаются сначала подвялке на гипсовых
или деревянных подставках в естественных условиях в цехе в те-
чение 6—7 сут и досушиваются до влажности 3—4% в камерных
сушилах; длительность сушки 2—4 сут. Качество высушенных
изделий проверяется керосиновой пробой.
Глазурование. Перед глазурованием изделия обдуваются для
удаления пыли. Глазурование производится сообразно размерам
изделия — крупные предметы аппаратуры пульверизуются суспен-
зией глазури, трубы и фитинги (тройники, крестовины и т. п.) по-
гружаются в глазурь или поливаются глазурью. Неглазуруемые
места смазываются раствором парафина в керосине. Плотности
глазурных суспензий 1,35—1,4 г/см3. Составы глазурей обычно
те же, что и для каменных труб с разливом при 1180—1280°. В гла-
зурях этого рода широко используется легкоплавкая глина; таков,
например, один из составов глазури: бурой глины 48%, пегматита
30%, мела 12%, марганцевой руды 10%.
В отдельных случаях прибегают к разработке специальных со-
ставов глазури. Так, Кордовская разработала глазурь для камен-
ных аккумуляторных сосудов с весьма низким содержанием щело-
чей. Щелочные катионы — лучшие проводники тока в керамиче-
ском теле и оно подвергается электролизу тем быстрее, чем больше
щелочей в покрывающей его глазури. Свинцово-борная глазурь
Кордонской имела кислотостойкость 99,86%, с температурой раз-
лива около 1180° [311]. ,
Обжиг. Массы и глины с небольшим интервалом (200—250°)
между началом и концом спекания необходимо обжигать с замед-
ленным подъемом температуры в области усадок, тогда как глины
с большим' интервалом спекания (400—600°) допускают более
быстрый подъем температуры, который необходимо замедлить при
850—900° для выхода остатков конституционной воды, выжигания
углерода и для выравнивания температуры в печи. Огневая усадка
тугоплавких и огнеупорных глии приобретает интенсивный харак-
тер с 800—850°. Начало интенсивной усадки некоторых глин та-
ково: часов-ярской, латненской и любытинской «полусухарь» около
800°; дружковскои и губинской «мыловки» около 850°; окончание
усадки значительно различается и выражается такими температу-
рами соответственно; 1250, 1280, 1150, 1350, 1400°.
Для обжига изделий в серийном производстве пригодна одно-
камерная печь (рис. 82), отапливаемая природным газом или ма-
зутом. Газ поступает по трубам 1. Воздух подается по каналам 2.
Пламя, перевалив стену 3, проходит через щели 4 в поду и боро-
вами 5 выводится в общий боров 6. При использовании природ-
ного газа и подогреве воздуха в рекуператорах до 350° можно раз-
вить температуру в печи до 1450°, что бывает необходимо для об-
жига высокоглиноземистой химически стойкой керамики. При
обжиге на мазуте используются форсунки низкого давления.
Садка в Камерных печах применяется комбинированная — кис-
лотоупорные кирпичи, плитки, мелкая химическая аппаратура.
Вдоль и поперек топок (горелок) в печи выкладываются из огне-
упорного кирпича и плиток барьеры шириной в 3 кирпича и высо-
той до 2 м. Между этими барьерами размещают трубы и аппара-
туру. Барьеры защищают более ценные изделия от чрезмерно бы-
строго охлаждения.
Изделия в печи размещают на шамотных подставках, трубы
ставят на подсадные кольца высотой около 50 мм и шириной около
70 мм соответственно диаметру трубы. Кольца и подставки обма-
зывают суспензией каолина и посыпают песком для предохранения
изделий от приваривания. Мелкие кольца можно использовать
3—4 раза, крупные — 1—2.
Трубы в горне устанавливают по высоте в три яруса, растру-
бом вверх, места стыка труб промазывают каолином и посыпают
песком. Плотность садки труб 0,3—0,275 т/м3, кирпича й мелкой
аппаратуры 0,73—0,5 т/м3, кирпича и крупной аппаратуры
0,23—0,3 т на 1 т изделий.
На рис. 83 показаны кривые обжига полуфарфоровых насадоч-
ных элементов 1; керамических колец 2, труб 3 в периодической
печи объемом 180—230 м3. При 460° производится разборка са-
дива; и начинается интенсивное охлаждение.
Непрерывный скоростной обжиг насадочных колец может быть
осуществлен в конвейерной газовой печи НИИстройкерамики.
Печной канал на 83 вагонетки имеет размеры: в длину, ширину и
высоту соответственно 54700, 800, 670 мм. Рабочий объем печного
канала 27,6 м3 Емкость вагонетки 41—-42 кг колец. Плотность за-
грузки 0,125 т/м3. Продолжительность подъема температуры до
1200° —3,4 ч, выдержка при 1200°—1,3 ч, охлаждение —2,9 ч.
Производительность печи 12,5 т/сут. Расход условного топлива
0,26—0,29 ъ 1 т колец'..
Удобны для создания сменных режимов обжига аппаратуры,
колец, труб печи с выкатным подом. Песочный затвор обеспечивает
герметизацию камеры размерами 6000X3000X2000 мм. Печь обо-
рудована газовыми горелками в два ряда по высоте, по 13 горелок
на каждой стороне печи. Плотность садки от 0,1 до 0,2 т/м3. Дли-
тельность обжига с двумя выдержками в интервалах 900—960° и
1240—1260° зависит от состава массы и вида изделии и составляет
от 25 до 40 ч, охлаждение соответственно от 4 до 55 ч. Производи-
тельность такой печи около 400 т в год и расход условного топ-
Аппаратуру, трубы и кольца обжигают также и в туннельных
печах. Например, длина рабочего канала такой печи (без вход-
ной камеры) 133,5 м, ширина в свету 1,85 м, высота от головки'
рельса до замка свода 2,735 м, объем печйого канала 400 м3, коли-
чество вагонеток —62. Длительность обжига 62 ч, расход услов-
ного топлива 215 кг на 1 т годной продукции. Производительность
печи 25 тыс. т в год. Печь оборудована инжекционными горелками
среднего давления типа КГ-9 в количестве 42 шт.
Режим обжига таков: от 50 до 300°—10 ч, от 300 до 1300°—
16 ч, от 1300 до 650° — 7 ч, от 650 до 100° — 22 ч, выдержка при
1300°—7 ч.
После обжига торцы труб и некоторые детали аппаратуры
шлифуют. При одностороннем шлифовании используют станок
типа МШ-44; на чугунный диск при частоте его вращения
40—160 об/мин подают абразивную водную суспензию. В качестве
абразива применяют кварцевый песок, корунд, электрокорунд
в тонкой зернистости. Для шлифовки деталей аппаратуры исполь-
зуют стенки, оборудованные абразивным кругом и системой по-
дачи шлифуемой детали. Способы механической обработки кера-
мики изложены Морозом и Сивчиковой [286].
КАНАЛИЗАЦИОННЫЕ ТРУБЫ
Общие сведения. Керамические канализационные трубы пред-
назначаются для безнапорных сетей сточных вод и кислого- и ще-
лочесодержащих водных отходов химических производств. Поэтому
обычно трубы имеют раструб и укладываются для эксплуатации
так, чтобы было обеспечено их герметическое сочленение. Наряду
с тем развивается более дешевое производство безраструбных
труб, в особенности небольших диаметров (до 0,7 м). Сочленения
таких труб осуществляются муфтами-кольцами из сырой резины,
которая затем вулканизируется, будучи дополнительно стянута
обручами из нержавеющей стали [312].
Согласно ГОСТ 286—64, трубы выпускаются длиной ствола до
1200 мм и внутренним диаметром от 150 до 600 мм десяти раз-
₽Толщина стенок от 15 до 50 мм. Массы труб приведены
ниже.
I ISO | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500
I 30 | 45 | 55 | 65 | 75 | 100 | 115 | 140
В зарубежной практике выпускают трубы диаметром до 2000 мм
и длиной до 2200 мм.
Трубы должны выдерживать внутреннее давление не менее
2 кгс/см2 в течение 5 мин и внешнюю нагрузку на 1 м: 2000 кгс —
для труб диаметром 150—250 мм; 2500 кгс — для труб диаметром
300—450 мм, 3000 кгс — для труб диаметром 500—600 мм.
Водопоглощение труб — не более 9%, кислотостойкость — не
менее 92%. Поверхность труб с внешней и внутренней сторон
глазуруется.
В табл. 48 приведены показатели основных свойств канализа-
ционных труб и для сравнения аналогичные данные по термокис-
лотоупорным плиткам и по химической аппаратуре.
Наименование изделий помоХие, cSx, «олнХво
Трубы канализационные Химическая аппаратура 6,5 6,0 0,5-4,0 96,0 97,5 97,3—98,5 10 800—1300
Сырье. Химический состав материала труб — 30—13% A12OS,
82—60% SiO2 и 10—3% оснований. Такой состав могут иметь
многие глины, но пригодны для изготовления труб те, интервал
спекания которых достаточно велик (350—500°). Такой интервал
имеют, например, глины артемовская I, II, III, часов-ярская 4-1,
4-1 ПК, лукошинская, дружковская ДН-1, веселовская ВТК, лат-
ненская ЛТ-3.
Сюда же относятся некоторые разновидности боровичско-любы-
тинских пластичных глин месторождений Комарове, Шероховичи,
Дубровочка, не имеющие примесей в виде пирита и гипса, не даю-
щие выплавок и вздутий (пузырей) вследствие выделения серни-
стого газа в период спекания.
Наличие в глине 2—4% щелочей полезно, так как снижает
температуру ее спекания. По данным Дульченко, глины, пригод-
ные для производства кислотоупорных изделий, могут быть под-
разделены на три вида (табл. 49)). По минералогическому составу
пригодны каолинито-гидрослюдистые и не пригодны глины, содер-
жащие монтмориллонит, ввиду того, что из этого минерала обра-
зуется при обжиге кристобалит, придающий скважистость черепу.
Для придания стойкости изделию в процессе спекания в массу
вводят шамот (размер зерен от 3 мм до пыли), неошлакованный
огнеупорный лом и бой обычно в количестве от 35 до 40% для бо-
лее крупных Труб (более 300 мм в диаметре) и около 30—35% для
труб меньшего диаметра. Шамот характеризуется водопоглоще-
нием не более 10%, он получается обжигом глины при 1150—1200°.
Часть щамота (8—10%) можно заменить Крупнозернистым песком.
1630—1590
1120—1150
Исследования Лебедева, Зайонца, Полубояринова {313]. пока-
зали, что уменьшение тонины шамота содействует уменьшению
водопроницаемости труб, что существенно, например, в отношении
таких глин, как трошковская. Эти же исследователи показали, что
умеренное усиление действия плавней также благоприятствует по-
лучению плотного и непроницаемого черепа, например 3% (сверх
100) нефелинового сиенита или 7% (сверх 100) талька.
ния массы — по пластичному и полусухому способам. Пластичный
способ неудобен тем, что влажная пластичная глина плохо переме-
шивается с шамотом, и масса получается недостаточно однород-
ной. При полусухом способе глина, будучи предварительно тонко
размолота, лучше перемешивается с шамотом. Приводим схему
подготовки массы по этому способу (стр. 261).
Более прогрессивна схема совмещенной сушки и помола
глины, принятая на некоторых заводах. Такая схема позволяет
использовать глины, засоренные не очень твердыми примесями
(пирит, марказит), которые лучше измельчаются в шахтной мель-
нице, чем в дезинтеграторе.
Глину на шамот обжигают во вращающейся или в шахтной
печи. Во вращающейся печи можно обжигать глину в кусках,
увлажненную до 18%. Вращающаяся печь в виде стального бара-
бана, футерованного шамотным огнеупором, .длиной 17,6 м, объе-
мом 31 м8 потребляет 114—120 кг условного топлива на I т шамота
при обжиге на 1180—1200°; съем за 1 ч составляет 0,081 т/м3. В от-
ношении расхода тепла вращающаяся печь значительно уступает
шахтной.
Питание ящичным подавателем Получение стружки к. отругано , очистка Сушка г С т иГрос „ Тяпрлкчяты 1 питятрль Выгрузка обожженного брикета 1арельчаты питатель каретками выгрузочного аппарата Ленточный ранспортер Пластинчатый транспортер Размол деэинтеграто; ом^или молотковой Д₽°бЛ »ие ХтконыЛтателем Хранение молото: глины в бункере Электромагнитная @П-^ КОТОД
до 13 рядов с пересыпкой молотым шамотом
Шахтная печь высотой 11,4 м, объемом 73 м3, производитель-
ностью 60 т шамота в сутки потребляет 500 м3 генераторного газа
или 85—90 кг условного топлива на 1 т шамота. Съем за 1 ч
Вводят газ через горелки инжекционного типа, расположенные
по 6 штук с каждой стороны шахтной печи. Тяга осуществляется
дымососом № 9, разрежение — не ниже 60 мм вод. ст.
Приготовляют брикеты из глины на прессовых вальцах, вра-
щающихся с частотой 3,75 об/мин; они имеют на своих бандажах
впадины, выдавая круглый или яйцевидный брикет в количестве,
например, 14 т/ч.
При использовании для размола шамота непрерывно действую- •
щей шаровой мельницы необходимо поддерживать ее загрузку на
определенном уровне. В противном случае или снижается произво-
дительность мельницы и ухудшается качество помола, или быстро
изнашивается мельница. Поэтому целесообразно применять авто-
матический регулятор загрузки, определяющий отклонения уровня
загрузки, например, по мощности, потребляемой электродвигате-
лем, или по звуку. При увеличении загрузки мельницы сверх нормы
мощность, потребляемая двигателем, увеличивается, что вызывает
подачу импульса регулятора загрузки, который через магнитный
пускатель останавливает электродвигатель питания.
Один из возможных составов массы (до смешивания) для ка-
нализационных труб, по данным завода «Кислотоупор»: смесь
глины влажностью 11—12% с шамотом в зерне с остатком на сите
2,5—0%, на сите 05—40%, остальное проходит через сито 05;
шамот — из смеси глин артемовской и лукошинской водопоглоще-
нием до 10%, в зерне с остатком на ситах 2,5—4—8%,1 —40—45%,
05 —проход 40—47%. Смесь глин по сухой массе состоит из
24,4% артемовской, 24,4% лукошинской, по 8,1% латненской й
часов-ярской.
Об автоматизации приготовления массы. Автоматизированная
схема подготовки и смешивания глины и шамота для производства
труб хорошо разработана на заводе фирмы «Кремер и Бойер»
(ФРГ).
Массозаготовительное отделение на предприятиях этой фирмы
.создано с целью централизованного приготовления различных масс
для двадцати потребительских точек с проектной годовой произ-
водительностью 100 тыс. т.
Технологические схемы приготовления массы содержат те же
. операции, но все они полностью . автоматизированы и имеют си-
стему адресований к конкретным точкам потребления, что обеспе-
чивается регулированием и контролем с помощью ЭВМ. Автома-
тическая система дозирования обладает точностью до 1—2%.
ЭВМ учитывает показатели всех видов сырья, их запас, расход,
рецептуру, степень смешивания, адрес назначения массы, выра-
ботку за смену, заработную плату и т. п. Данные по рецептам и
режимным параметрам задаются в виде цифр, преобразуемых в со-
ответствующие значения напряжений с помощью, преобразователя.
263
Самопишущие приборы позволяют регистрировать и проверять со-
ставы отдозйрованных масс.
Формование. На отечественных трубных заводах-обычно уста-
новлены вертикальные шнековые прессы ГДР «Гриземан» и «Гер-
лиц», поступающие по плану СЭВ. Детальное описание вертикаль-
ного пресса сделано Абрамовичем [238].
Конструкция современного вертикального вакуумного
пресса для прессования труб диаметром до 0,6 м состоит из сле-
дующих основных частей (рис. 84): предпрессовой камеры 1 с ло-
патками и шнековым винтом на валу для захвата глины; перфори-
рованной плиты 2 для продавливания глины в вакуум-камеру 3;
конусной камеры для сжатия массы 4; цилиндра пресса 5 со шне-
ковым валом; кернодержателя с керном 6, рассекающим поток
глины.; сжимающего массу колокола 7; мундштука 8 с приемной
тарелыо .9; приспособления для нарезки канавок в раструбе 1О\
приемного стола 11. Частота вращения вала 20—24 об/мин, уста-
На рис. 85 показаны два положения приемной тарёли 1. Коло,-
л 2 и формующее кольцо 3 неподвижны; установочное кольцо 4
движно. Показан фланец 5. Выжимание воздуха в начале фор-.
мования происходит через отверстия 6. Центрирующее кольцо — 7,
линия отреза трубы — 8. Чтобы избежать появления трещин, необ-
ходимо обеспечить размеры углов а и ₽ в зависимости от свойств
глины.
имеет при-
способления для вкатывания тележки, принимающей трубу на
подъемный стол, систему электромагнитов для торможения и рас-
тормаживания стола, выключатели для управления электродвига-
телем отрезного устройства и иные конструктивные улучшения,
В табл. 50 приведены показатели работы прессов при вакууме
700—730 мм рт. ст. с учетом данных [314].
Увеличение влажности массы содействует снижению расхода
мощности, но затрудняет съем и сушку труб. При производстве
крупных труб влажность массы находится в пределах 16—17,5%,
при формовании более мелких— 19—21%. Смазка формы и тарели
парафиновой эмульсией производится автоматически. Отходы от
обрезки труб сбрасываются в отводную воронку.
Изготовление тройников может быть механизировано по спо-
собу завода «Кремер и Бройер» (ФРГ). В металлическую
двустворчатую форму, имеющую продольный разъем, вводится ку-
сок керамической массы влажностью 18%, по объему отвечающий
объему будущего троиника (сочленения двух труб). Эта форма
пресса (всего на поворотном столе 6 таких форм). Пуансоны, вра-
щаясь, входят в верхнее и боковое отверстия форм и с усилием
в 300 тс отформовывают внутреннюю поверхность тройника. После
окончания формования пуансоны выводятся из формы, стол пово-
рачивается на 60°, подводится новая форма, и операция формова-
ния повторяется. Отформованное же изделие извлекается формов-
щиками из формы, вручную вырезается оставшаяся внутри пере-
мычка массы, производится зачистка, изделие отправляют
в сушку. Форма очищается, закрывается, в нее снова вводится
кусок керамической массы, и цикл повторяется. Производитель-
ность— 400 тройников в смену.
За рубежом трубы круглого или овального сечения с раструбом
формуют на вертикальных или горизонтальных шнековых прессах.
Наиболее распространены вертикальные шнековые прессы. В США
и некоторых странах Латинской Америки, располагающих преиму-
щественно тощими и плотными глинами (шелл), применяют для
формования труб мелких диаметров горизонтальные прессы. Ан-
глийская машиностроительная фирма «Кревен Фосетт» пропаган-
дирует преимущества горизонтального формования труб по срав-
нению с вертикальным, обосновывая свои рекомендации большей
скоростью и большей производительностью при выработке труб
диаметром до 400 мм по этому способу. По данным фирмы, при
односменной (8 часов) работе производительность горизонталь-
ного пресса по формованию труб диаметром 100—150 мм — около
400 шт./ч, 250—300 мм — около 300 шт./ч, 400 мм — около
200 шт./ч. Так как тело трубы должно быть достаточно жестким
во избежание прогиба, формование производится при пониженных
влажностях, что требует затраты энергии несколько повышенной:
раздельно на привод вала пресса 150 кВт и на привод вала уплот-
няющего смесителя— 90 кВт. Десятилетний успешный опыт ра-
боты этой фирмы заслуживает внимания.
Отличительная черта горизонтального Способа производства
состоит в возможности применения массы с самоглазурующимся
черепом. Благодаря этому отпадает процесс глазурования; трубы
можно. обжигать навалом, уложив их поперек вагонетки в не-
сколько рядов по высоте и снабдив вагонетку раскосным огнеупор-
ным фасоном по концам во избежание скатывания труб; Экономия
места и повышение производительности при - обжиге весьма за-
Изостатическое прессование (и. п.), труб. Изостатическое прес-
лу шко на Лужском тигельном за-
воде, лежит в основе способа прес-
сования труб, разработанного Бло-
хом, Зайонцем, Рохваргером
Шевердяевым (315]
В значительной мере этим об-
стоятельством объясняется пони-
женная на 30% прочность образ-
цов после обжига при 1180°, полу-
ченных по способу и. п. без ваку-
умирования. Продолжительность
изготовления трубы диаметром 600 мм и длиной 2500 мм по ме-
тоду и. п. составляет 2 мин. Гидравлическое давление к концу
прессования может достигнуть 700 ат. Общая мощность установки
480 кВт. Подготовка пресс-порошка, его дозирование и засыпка
поддаются автоматизации [347].
Конвейерно-поточные линии. Современное производство керами-
ческих труб обеспечено системой механического пооперационного
их транспортирования. Операции на конвейере — формование, под-
вялка, сушка, глазурование.
Анализ работы трубных конвейеров [317] показал, что на оте-
чественных заводах самая высокая производительность достиг-
нута на конвейере завода «Кислотоупор» (табл. 51).
Увеличение производительности связано с длительным выпу-
ском труб одного диаметра (нет простоев из-за смены мундштуков
и регулировки прессов), зависит от шага (расстояния) между под-
весками, к которым подвешены на штангах и тарелях трубы, от
длительности подвалки и сушки, от конструкции кантователя.
Формовочно-сушильный и глазуровочный конвейер для труб
диаметром 150, 200, 250, 300 мм, разработанный Дульченко, Фан-
таловым, Клопатюком, Якобсоном, Есиным (завод «Кислото-
упор»), приведен по участку формования — подвески к цепному
транспортеру на рис. 87. После того, как труба сформована на
прессе / и произведена автоматически нарезка и оправка раструба
с помощью приспособления 2, к трубе подводится присос кантова-
теля 3, который переворачивает трубу на 180° раструбом вверх,
помещает трубу на оправочный станок 4 для оправки ствола
трубы, после чего в трубу вводится штанга 5 с одновременной
установкой трубы на тарель б; далее вилочный перегружатель 7
снимает с каретки штангу с подвешенной трубой и подвешивает
штангу к движущейся подвеске цепного транспортера 8. Транспор-
тер проходит затем в зону № 1 сушила, предназначенного для под-
вяливания труб до 14—16%-нойвлажностипри30—40°и65—75%-
нрй в течение 10 ч; далее проходит зоны № 2, 3, и при влажности
около 1% трубы выходят из сушила и глазуруются в подвешен-
ном состоянии в глазуровочной кабине методом полива суспензией
глазури, автоматически поступающей через разрезы в системе
глазурьподающих трубок. Оглазурованные трубы проходят об-
дувку.
Глазурь плотностью 1,38 (по ареометру) готовится в пропел-
лерном смесителе. Контролируется плотность глазури ежечасно.
Сухие глазурованные трубы поступают на разгрузочную пло-
щадку, где их снимает электроперегружатель и ставит на обитую
войлоком подставку; при этом удаляются заусеницы. Автопогруз-
чик отвозит каждую трубу в цех обжига. Освобожденные от труб
тарели на штангах проходят моечную установку и возвращаются
обратно к прессу.
Трубы диаметром 250—300 мм могут быть после удаления зау-
сениц уложены на транспортерную ленту и тоже направлены
в цех обжига.
Характеристики сушил для подвязки и сушки труб разных диа-
метров приведены в табл. 52.
Крупноразмерные трубы могут быть высушены на решетчатых
вагонетках площадью, например, 1,5X1,5 или 2X2 м, прикрытых
картоном для мягкой установки труб.
Длительность сушки, ч
Температура сушки, °C:
Обогрев сушил может быть осуществлен горячей водой, посту-
пающей под давлением с температурой 160'' из зоны охлаждения
туннельных печей в теплообменниках, где эта вода подогревает
воду, направляемую по трубам, уложенным по низу Сушил; воздух
в сушиле нагревается до 60—70°. Трубы могут быть установлены
сутствуют, вся сушка протекает за счет естественных потоков воз-
духа. Длительность сушки до влажности в 1 % — от'З до 14. суток
в зависимости от диаметра труб.
Приготовление глазури и глазурование. В составе глазури для
канализационных труб используется обычно местная легкоплавкая
железистая глина с добавкой плавней и окрашивающих веществ.
Так, глазурь завода «Кислотоупор» состоит из бурой глины 57%,
арагацкого перлита 21 %,мела 12%, марганцевой руды 10%.
Производится сначала грубый помол перлита в шаровых мель-
ницах сухого помола до остатка 10—15% на сите 025. Далее про-
изводится помол компонент глазури в шаровой мельнице мокрого
помола в такой примерно последовательности: первый завес — мар-
ганцевая руда, перлит и 10% бурой глины; соотношение материала
мелющих тел 1:1:0,7, продолжительность помола 8 ч до остатка
0,5—1,2% на сите 0056; далее следуют добавление всего осталь-
ного и помол —еще 4 ч до остатка 0,5—1,0% на сите 0056.
Влажность глазурной суспензии 48—52%, плотность 1,35 г/см3,
расход глазури 23,3 кг на 1 т труб. Суспензию глазури процежи-
вают через сито 0056 и хранят в резервуаре со смесителем, пере-
качивают мембранным насосом по глазуропроводу для подачи
в места глазурования. Такая же глазурь применяется и для глазу-
рования химической аппаратуры. Температура разлива глазури
1160—1180°.
Сухие трубы, находясь в системе вильчатых захватов, опуска-
ются вместе с захватами в емкость с глазурью. Перед глазурова-
нием торцы труб опускаются с помощью кантователя на глубину
20—30 мм в расплавленный парафин для оставления их незагла-
зурованными.
Б. ИЗДЕЛИЯ С ВОДОПОГЛОЩЕНИЕМ ЧЕРЕПА БОЛЕЕ 7%
Общие замечания. К этой группе относятся:
1) плитки для стен пористого черепа глазурованные, изготов-
ляемые прессованием и литьем; «кабанчик»;
2) санитарно-технические изделия.
Так как материалом изделия строительной керамики нередко
выступают фаянс и фарфор, то для ознакомления ,со свойствами
этих видов керамики могут быть предложены главы разд. V.
Производство этих видов изделий и, в частности, глазурование
их конвейеризировано (см., например, «Стекло и керамика», 1974,
Глава 6
ПЛИТКИ КЕРАМИЧЕСКИЕ ОБЛИЦОВОЧНЫЕ
Плитки для облицовки фасадов. В настоящее время принято
два ГОСТа для фасадных плиток. Оба типа плиток — полусухого
прессования, но различаются по размерам. По ГОСТ 13996—68
предусмотрены плитки размерами 250X140; 250X65 и 215X120;
140X120 мм, толщина этих плиток 10 мм. Далее—150X75;
143x68; 120X65; 65X60 мм и квадратные 68 X 68 мм; толщина
плиток этой группы 7 мм. По соглашению поставщика с потреби-
телем возможны и другие размеры плиток.
Лицевая поверхность плиток может быть как глазурованной,
так и неглазурованной. На оборотной стороне плиток необходимы
рифление, выпуклости или иные элементы развития поверхности
для лучшего сцепления с раствором. Глазурь может быть прозрач-
ная, белая и цветная, блестящая и матовая. Водопоглощение
не менее 2% и не более 10%; для плиток из цветных глин — не бо-
лее 12%.
Второй тип плиток по ГОСТ 16132—70 представлен размерами
46(48) X46(48); 21 (22) Х21 (22) и 46(48) Х21 (22) мм; толщина
у всех — 4 мм. Лицевая поверхность может быть глазурованная
и неглазурованная, гладкая и рельефная; водопоглощение плиток
из светложгущихся глин не более 10%, то Же, из цветных глин —
до 12%.
Морозостойкость обоих типов плиток: не менее 35 теплосмен
для тех, которые предназначены для местностей со среднемесячной
температурой наиболее холодного месяца минус 15°, и соответ-
ственно 25 теплосмен — для всех остальных районов.
Могут быть изготовлены ковры из плиток (ковровая мозаика)
для облицовки фасадов, наклеенные лицевой стороной на бумагу.
Требования к бумаге — по ГОСТ 7497—55. Требования к плиткам
те же, что и отмеченные выше по ГОСТ 18623-—73. Ковры постав-
ляются комплектно по указаниям заказчика, они удобны для быст-
рой облицовки панелей фасадов домов.
Плитки для внутренней облицовки стен — прямоугольные без
завала и с завалом, уголки, фасонные карнизные плитки, фасон-
ные плинтусовые плитки — и требования к ним рассмотрены
в ГОСТ 6141—63. Нормальные размеры плиток 150X150; 100Х
Х100; 150X100; 150X75; 150x50; 150X25 мм. Толщина плиток
не более 6 мм, то же, плинтусовых — не более 10 мм.
Плитки глазуруются с лицевой стороны блестящей или мато-
вой глазурью без цека. На оборотной стороне — рифленые. По ка-
честву делятся на 3 сорта. Требования к прочности не предъяв-
ляются.
Помимо отмеченных, выпускаются плитки типа «кабанчик»
150X75 и 120X65 мм для внешней облицовки толщиной 8 мм.
Сырье и массы. Для производства белых фаянсовых и облицо-
вочных плиток используются беложгущиеся глины и каолины,
песок кварцевый, тальк, полевые шпаты, волластонит. В прежнее
время при длительном процессе обжига в массу вводили обожжен-
ный (до 1400°) каолин. Благодаря этому уменьшались деформация
и растрескивание изделий, что особенно существенно при изготов-
лении тонких плиток. В последнее десятилетие при скоростном
обжиге увеличивают содержание плавня и боя. В американском
производстве керамики широко используют волластонит, который
содействует также снижению температуры обжига. Реакция между
волластонитом и глиной начинается с 900° и сопровождается, по
Грум-Гржимайло [182], перемещением стеклофазы, образовав-
шейся из волластонита, в места концентрации глинистых материа-
лов; существенное значение имеет образование закрытых пор.
В технологическом отношении этот не совсем изученный процесс
позволяет получить изделие с минимальной усадкой; в опытах
Грум-Гржимайло — порядка 0,03—0,5% при всех температурах и
при водопоглощении черепа 1—4% (после обжига при 1250°).
Сохранение изделием практически исходных размеров после
обжига создало волластонитовым массам за границей широкую
популярность и привлекло к использованию отходов других произ-
водств и обогащенного сырья, содержащих волластонит. Кроме
того, волластонит повышает механическую и термическую стой-
кость изделий; так, волластонит использовав Смирновой в соста-
вах масс для фильтрующих элементов [320].
В качестве волластонитовой компоненты могут быть применены
отходы химической промышленности. Например, метасиликат
кальция после обработки нефелинового шлама алюминиевого за-
вода, описанной Тарасовым и Павловым [184], или шлак фосфат-
ного производства по предложению Миркина.
Для современного скоростного обжига облицовочных плиток
в конвейерной печи необходимы быстро спекающиеся (в течение
16—17 мин) керамические массы с невысокой температурой об-
жига (1050—1100°), позволяющие получать череп водопоглоще-
нием 10—12%.. Невысокая температура спекания связана также
с условием более длительной эксплуатации роликов конвейера
в печи. Обычные плавни — полевые шпаты и тальк — оказываются
почти непригодными в этих условиях. Хотя тальк содействует по-
вышению прочности черепа и не вызывает значительной его
усадки, действие его как плавня при небольших количествах про-
является при температурах более 1100°; при добавке 15—-20%
талька температура обжига снижается до 1080°.
Более пригоден стеклобой, стеклогранулят-эрклез в количестве
5—10%. По исследованиям НИИстройкерамики, активно содей-
обжига 1030—1050°); нефелиновый сиенит 15—20%. Существенно
снижается интервал спекания при добавке более 15% эрклеза.
Целесообразны комбинированные плавни, как, например, по
Кацу и Квятковской (321], из стеклобоя и нефелинового сиенита
в соотношении 70:30 и 80:20. Стеклобой содержал кремнезема
66,7%., глинозема —9,45%, окиси натрия — 16,35%; нефелиновый
концентрат содержал кремнезема 44,32%, глинозема — 30,25%,
окиси натрия — 12,64% и окиси калия — 7,2%. Плитки из массы,
содержащей такой плавень, показали водопоглощение 7,5—11,3%
после 50-минутного обжига в рольганговой печи при 900—920°.
Для повышения механической прочности полуфабриката полезно
Для изготовления естественно окрашенных отделочных изде-
лий типа французских «гре» используются глины с повышенным
содержанием окиси железа (табл. 6). Некоторые, пригодные для
изготовления облицовочных плиток по методу прессования со-
ставы приведены в табл. 53 (по данным Рохваргера, Красноусо-
Глазури для плиток и глазурование. На плиточных заводах
применяют как безборную глазурь, пригодную для однократного
обжига плиток [322], так и борсодержащую. При изготовлении пли-
ток на местном сырье целесообразно применение более легкоплав-
ких глазурей с использованием природных борсодержащих мате-
риалов. Рекомендуется борат кальция как продукт переработки
боросиликатных датолитовых руд [323].
Расход глазури при плотности 1,6—1,62 г/см3 составляет
14—15 I' на одну плитку. Химический состав различных фритт
(в % окислов), по данным НИИстройкерамики, приведен
в табл. 54, где указаны также длительности и температуры об-
жига. Присутствие двуокиси циркония повышает вязкость таких
глазурей при разливе, что может вызвать недостаточную растекае-
мость и волнистость [324].
Институтом НИИстройкерамика совместно с коллективом Ку-
чинского комбината облицовочных материалов разработан состав
маловязкой с быстрым разливом фритты: борной кислоты—
19,5%, бората кальция — 30,4%, соды — 5,0%, поташа'—5,5%,
каолина—11,7%, циркона — 11,3%, кварцевого песка —14,7%,
окиси магния — 0,4%, окиси цинка —1,5%. При изготовлении
глазури вводилось 0,15% карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ). Ско-
ростной обжиг плиток на Кучинском комбинате и Московском пли-
точном заводе с использованием фритты такого состава дал выход
продукции 1 сорта 70%. Поверхность глазури — вполне гладкая.
Глазурь готовится совместным помолом в шаровой мельнице
в течение 24—30 ч фритты с добавкой глины или бентонита
0,5—0,3%или карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) при общей влаж-
ности 40—45%.
При глазуровании с помощью дискового распылителя плот-
ность глазури должна быть 1,62—1,68 г/см3, а ее расход на одну
плитку 150X150 мм—20—24 г. При глазуровании поливом плот-
ность глазури 1,55—1,60 г/см3 и расход ее—18—22 г на одну
плитку. Метод полива дает лучшие результаты.
Примерные материальные составы глазурей (в %) для фаян-
совых плиток на Веселовской глине приведены в табл. 55.
Для прозрачной глазури берут фритты № 1—88,2%, Веселовской
глины 6%, песка кварцевого 4,5%, плиточного боя 1,3%. Для глу-
хой глазури берут фритты № 2 — 94% и глины Веселовской —6%.
Материал ДЛЯ глазури'"°Й
Полевой шпат 22,4 25
Песок кварцевый 26*12 20
Мел 10,26 8
Сода кальцинированная 8 0 8
Сурик свинцовый 17 79
Борная кислота 16 41 20
Окись цинка — 8
Циркон - 14
Контрольные показатели помола глазури в шаровой мельнице: по
влажности 40—45%, по плотности 1,55—1,60 г/см3, по остатку на
сите № 0056 0,02—0,05%.
Для получения хорошего блеска и белизны (глушитель — цир-
кон) легкоплавких глазурей для Плиток Квятковская рекомендует
такой их состав: S1O2 — 50—55%, ZrOa—&—10% при содержании
АкОз — 6,4%, СаО —4,3%, NasO--6,4—6,2% и борный анги-
дрид—16,8—17,4%; ZnO и ВаО в количестве 1,5% и 1,0% содей-
ствуют разливу и блеску глазури. Расход прозрачной глазури
18—20 г на плитку, глухой — 10—14 г. Операция глазурования и
декорирования обожженных плиток получила удачное решение на
конвейерных линиях фирм «Чибек» или «Сакми». Длина агрегата
около 50 м, производительность 30—50 плиток размерами 150Х
Последовательность операции на конвейере: 1) зачистка двух
боковых граней плитки, движущейся на ременных (текстропных)
конвейерах, абразивными дисками; 2) автоматический поворот
плитки на 90° и аналогичная зачистка двух других боковых граней
плитки; 3) очистка поверхности плиток от абразивной пыли при
помощи вращающихся щеток с нейлоновыми щетинами; 4) увлаж-
нение плиток на конвейере водяными распылителями в специаль-
ной кабине; 5) глазурование плиток дважды с промежуточным по-
воротом каждой плитки на 90° при помощи центробежного раз-
брызгивания с независимой системой питания, контроля и Очистки
глазури; 6) сушка на конвейере глазурованных плиток инфра-
красными лампами или в промежуточном сушиле; 7) автоматиче-
ская зачистка боковых граней плитки от глазури, что строго необ-
ходимо для того, чтобы при обжиге глазурь не стекала на кон-
вейер туннельной печи и плитка не приплавлялась к транспорт-
ным деталям конвейера.
На конвейере может быть осуществлено одно-, двух- и трех-
кратное (в три цвета) шелкографическое декорирование плитки,
и может быть нанесен еще один слой глазури (2—4 г на плитку)
с помощью щелевого полива аппаратом со своей системой питания
и очистки глазури. Все детали, соприкасающиеся с глазурью, сде-
ланы из пластмассы.
Рационален вариант глазурования колокольным методом. При
тонкослойном стекании глазурной суспензии по колоколу из не-
ржавеющей стали решается задача автоматического установления
одинаковой толщины слоя глазури; при этом плитка проходит под
двумя пеленами стекающей по колоколу глазурной суспензии,
то есть осуществляется двукратное глазурование.
Пульверизационное глазурование с помощью сопел или раз-
брызгивающих турбинок требует хорошо налаженной системы рас-
пыления суспензии и повторных покрытий, чтобы избежать появ-
ления легкой ряби на поверхности глазури после политого обжига.
Дальнейшее движение заглазурованных и декорированных пли-
ток осуществляется в зависимости от системы их обжига. Ограни-
чиваться однократным обжигом высушенных глазурованных пли-
ток —значит существенно ухудшать их качество. Более целесооб-
разен двукратный обжиг.
Правильность формы, отсутствие деформации в плоскости креп-
ления (что служит, одной из основных характеристик хорошего ка-
кордиеритовых лещадках. Для достижения этого фирма «СИТИ»
(Италия) поЩЖ на усложнение процесса производства, плиТок-
внедрением системы транспортных полуавтоматических уст-
ройств— многополочных передвижных вручную контейнеров для
гии, затрачиваемой не только на обжиг плиток, но и на прогрев
лещадок до этой же температуры политого обжига (1080°). Помимо
того, неизбежен дополнительный расход На производство лещадок.
Приготовление иресс-норошка. Готовят пресс-порошок двумя
отстающие материалы в сухом состоянии мелются раздельно,
а затем смешиваются и увлажняются в периодически ;:ейству;още;.:
смесителе. Потом распушивают пресс-порошок. При мокром спо-'
вают с распущенной в воде пластичной глиной или смесью глин.
После этого масса обезвоживается, сушится и размалывается в по-
рошок. Средняя длительность как раздельного, так и совместного
помола 8 ч. Оборачиваемость бассейнов для распускания глцнц-.
стых — 4 ч. Сухой способ проще и экономически более выгоден, но
требует эффективной работы смешивающего устройства новей-
шего типа, например вибросмесителя Эйриха. ,
Шликерный способ имеет больше производственных этапов,
Дороже, но позволяет получить однородную смесь материалов. Ха-
рактеристика шликера, полученного после размола и смешивания:
влажность 45—48%, тонина помола, характеризуемая остатком на
сите М» 0056, 8—12% Рекомендуется выдерживать шликер (для
созревания) 2—4 суток в смесительных бассейнах.
Обезвоживание производится в распылительном сушиле, зерно-
вой состав характеризуется остатком 1%. ла. сите 1 мм и прохож-
дением 40—50% через сито 025 мм, температура шликера
Полученный пресс-порошок целесообразно пропустить через
вибросито 24—30 отв./см2, прежде чем направить пневмотранспор-
тером в бункер пресса для прессования плиток. Порошок до прес-
сования целесообразно хранить 1 сут в запасном силосе.
Прессование. Вопросы прессования керамических порошков
были рассмотрены Попильским и Кондрашовым [381]. Прессова-
ние осуществляется посредством коленно-рычажных и гидравличе-
ских прессов, которые сменяются механико-гидравлическими прес-
сами новых конструкций, развивающих усилие прессования до
280 кгс/см2. Плавная подача давления содействует увеличению
механической прочности необожженной плитки и снижает потери
и отходы. Качество пли-
прессованных на коленно-
рычажных прессах,
невысокое из-за неравно-
недостаточно высокой
степени давления (130
кгс/см2).
Опыт показал, что ме-
ханическое оборудование
керамических заводов
(в особеннрсти — прессо-
вое) полностью аморти-
зируется через 8—10 лет
и средства производства
необходимо систематиче-
ски обновлять, что, есте-
ние мощности завода.
Поэтому при проектиро-
вании целесообразно пре-
дусматривать размеры и
компоновку производст-
венных площадей и за-
кладку коммуникаций
с учетом необходимости
последующей модерниза-
ции оборудования и уве-
личения мощности за-
Почти, как правило,
новые заводы строитель-
ной керамики за рубежом
близки к единому типу.
Они имеют: 1) большой
корпус для хранения глин,
отделенный от других
зданий; 2) отделения для
подготовки сырья, распо-
ложенные рядом с глав-
ным производственным
зданием; 3) большие по-
мещения главного кор-
пуса с весьма свободным
размещением прессов,
сушильно-глазуровочных
конвейерных линий и печей, расположенных вдоль здания. Про-
леты зданий обычно 50 м, длина 150—200 м; здания бетонные. Ре-
зервные силосы с порошком устанавливают вдоль общей ленты
конвейера, которая автоматически подает порошок к каждому
раздаточному бункеру при поступлении сигнала от оператора.
При автоматически подведенном сбросном приспособлении посту-
пающий пресс-порошок ссыпается в очередной раздаточный бункер
у пресса с заполнением до назначенной высоты (обычно 2/3).
Некоторые показатели прессов-автоматов приведены в табл. 58.
Расход массы воды и других материалов по нормам Гипрострой-
материалов приведены в табл. 57.
Пресс фирмы «Велко» отличается хорошим заполнением формы
и высоким давлением, достигающим 700—800 кгс/см2. При условии
поддержания постоянного давления он имеет преимущества гид-
равлического пресса, а ПО производительноти, простоте обслужи-
вания и высокому к. п. д. обладает достоинствами механического,
пресса. При наличии двух ящичных питателей на нем можно прес-
совать двуслойную плитку. Количество циклов при этом снижается
до 12—16 в 1 мин. Формы позволяют выдавать плитку с фасками.
Это исключает необходимость зачистки краев плитки.
В прессе имеются устройства, позволяющие корректировать
толщину плитки с точностью до +0,03 мм, осуществлять вибрацию
питающего ящика. Есть приспособление для синхронизации и кон-
троля рабочих органов пресса и т. д. Пресс фирмы «Велко» уста-
новлен у нас на некоторых заводах.
Пресс фирмы «Лаэис» работает по принципу плавного удара,
располагая реверсивным электродвигателем, маховиком с рото-
ром, винтовым штоком, двумя ящичными питателями, масляно-
гидравлическим устройством управления. Пресс позволяет
осуществлять три разных усилия прессования, которые можно ре-
гулировать. Максимальная сила удара 550 кгс/см2 на площади
2000 см2 при толщине заполнения форм 14 мм; максимальное за-
полнение форм — 50 мм. Число движений ползуна— 18, а в дру-
гой модели — соответственно 12, что изменяет производительность
в соотношении 12 :18.
Максимальный размер формы 900X510 мм. Кроме расхода
мощности на прессование, расходуется 11 кВт на управление гид-
равлическим насосом.
Преимущества пресса —в точном регулировании удара, в ров-
ной силе и быстром темпе этого удара, в малом расходе энергии,
в простоте обслуживания. Пресс получил широкое использование
в керамической промышленности США.
Фрикционный пресс выпущен фирмой «Никкей» трех типов:
RNH 250—5 — для стеновой плитки; RNH 300 М — для глазуруе-
мой мозаичной плитки с устройством для подачи плитки на гла-
зурование; RNH 300 MS — для неглазуруемой мозаики.
Прессы всех этих типов имеют вакуум-присос для автомати-.
ческой штабелировки и перестановки плиток; обеспечены элект-
ронными реле времени, позволяющими получить высокую ско-
рость и постоянство работы каждой из основных деталей.
Электромагнитные схемы блокируют движения деталей пресса,
гарантируя безопасность их использования. Особое внимание
уделено равномерности подачи и распределения порошка, что,
особенно важно для прессования мозаичных плиток, имеющих
большую усадку, чем стеновая плитка (из массы на волласто-
Фирма «Дорст» (ФРГ) построила высокопроизводительный ро-
тационный пресс с вращающимся столом-плитой и синхронно,
но в обратном направлении вращающимся «колесом» питателя,
что обеспечивает при акте засыпкн порошка в форму свободное,
без воздействия центробежной силы, падение частиц и ровное
заполнение формы: у пресса имеется вращающийся диск вакуум-
переставителя. Давление в прессе создается гидравлически. Сжа-
тие порошка происходит в три этапа — первый от падения верх-
него пуансона, второй и третий — гидравлические.
Вакуумная система снятия плитки с поднятого нижнего пуан-
сона позволяет сохранить «лицо» и канты плитки. Плитки пере-
носятся на станину машины для зачистки краев и далее переме-
щаются в штабелевку.
Пресс-автомат /(?/(„-125 (на 125 т) фирмы «Тюрингия»
(ГДР) установлен на многих наших заводах; он имеет зачистное
приспособление К/P PIDK и штабелеукладчик. Этот пресс ко-
ленно-рычажного действия с гидравлическим противодавлением
аналогичен рассмотренному Ильевичем [213]; пресс широко ис-
пользуется для производства плиток; имеет увеличенную произ-
водительность по сравнению с прессом СМ-329. Увеличение про-
изводительности достигнуто благодаря спаренным формам и ав-
томатической очистке пуансонов.
Показатели пресса:
150X150 мм
110X110 мм
150X150 мм
100X100 мм
для пола НО У110 мм
Пресс-автомат K/PY-160 фирмы «Тюрингия» с максимальным
давлением прессования 160 тс, а при длительной работе—140 тс,
позволяет увеличить производительность плиток 150X150 мм до
3000 шт., плиток 110X110 мм — до 4500 шт. при числе ходов
в 1 мин в зависимости от свойств массы от 18 до 25. Мощность
электродвигателя 13 кВт и с подключенными очистителем мат-
риц и штабелером—17,6 кВт. Масса пресса 3 т.
Акт прессования состоит из двух этапов. При первом нажиме
усилием 30—65 кгс/см2 происходит выдавливание воздуха и первое
уплотнение порошка, при втором нажиме — доведение прессова-
ния до окончательной величины давления, которое может раз-
вить пресс. Размеры сырых отпрессованных плиток 153+1,5 мм,
толщина 4,8—5,0 мм, прочность при изгибе сырой плитки по-
рядка 4—6 кгс/см2.
Подогрев штампов и матриц до 70° благоприятствует прес-
сованию, на подогрев тратится около 3 кВт.
От того, на какое количество гнезд рассчитана прессовая рама,
и от величины давления, зависит число одновременно прессуемых
плиток. Так, можно одновременно прессовать 6 плиток размером
150X150 мм при давлении 400 кгс/см2 (на прессе фирмы «Лаэис»)
или 12 плиток 100X100 мм при удельном давлении 450 кгс/см2,
или 60 плиток 50X 50 мм, если давление 360 кгс/см2 и т. д.
Каждый тип пресса обеспечен автоматическим выключателем
для остановки в случае какого-либо нарушения режима его ра-
боты, приспособлением для автоматической очистки форм, для
обдувки спрессованных плиток и устройством для штабелирования
плиток, направляемых на сушку.
В системе фирмы «СИТИ» (Италия) после автоматической
перекладки плиток с конвейера из текстропных ремней на сетча-
тый конвейер производится сушка их в конвейерном сушиле, и
плитки направляются на заборку в капселя или в этажерочные
кассеты для первого обжига.
Одноярусное четырехрядное сушило длиной И®?м, шириной
1,5 м, высотой 1,6 м с цепным конвейером имеет такие показа-
тели: длительность сушки плиток с 6—7 %-ной влажностью до
остаточных О.6—1% 8 мин, расход природного газа (8500 ккал/м3)
для горения в микрофакельных горелках 0,6—1,6 м3/ч на горелку;
температура в сушиле 220—280°.
Варианты организации сушки могут быть разнообразными.
Так, на некоторых итальянских заводах отпрессованную и шта-
белированную фаянсовую плитку устанавливают вручную на печ-
ную вагонетку на всю полезную ее высоту —до 1 м; при этом
используются небольшие подъемники.
Сушка плиток на печных вагонетках производится в туннель-
ных сушилах, расположенных параллельно туннельным печам.
Продолжительность сушки при 80—120° значительная — до 34 ч.
Конвейерные линии. Высокая степень механизации производ-
ства достигается при использовании конвейера. Линия для кон-
вейерного непрерывного производства с двукратным обжигом
облицовочной плитки НИИстройкерамики производительностью
32 м2/ч или 250 тыс. м2 в год приведена на рис. 88.
Шликер влажностью 43—48% распыляется в сушиле НИИ-
стройкерамики до порошка влажностью 6,5—7,5%. Содержание
фракций 0,25 мм — не более 45—50%. Плитки от двух прессов
KPKn-W (один —резервный) в количестве 1560 шт./ч (сырая
масса 358 кг, сухая масса 328 кг) поступают уложенными в один
ряд по высоте на конвейер, проходят выравнивающие стрелки и
входят в трехсекционное газовое сушило, обеспечивающее микро-
факельными инжекционными горелками температуру сушки 240—
250° и длительность сушки 8—10 мин; остаточная влажность —
не более 0,1%. Три секции необходимы для снятия напряжений.
Расход тепла 1890 ккал/кг испаренной влаги. Скорость движения
плиток при сушке 1,2 м/мин, шаг плиток 150 мм. Расход газа на
Первый обжиг —в роликовой печи на 1080°, второй обжиг —
в аналогичной газовой печи на 1000°, длительность первого об-
жига 17 мин, второго — 26—28 мин. Печи оборудованы инжек-
ционными беспламенными горелками конструкции Стальпроекта.
Расход газа на обжиг 61 м3/ч. Между печами плитки проходят
по цепному транспортеру через глазуровочную кабину с дисковым
центробежным распылителем. Скорость прохождения плиток под
глазуровочным устройством 0,6—1,0 м/с; температура плиток не
более 60°.
Печь для первого обжига состоит из 7 секций, имеет зону
подогрева и обжига 8,4 м, зону охлаждения—11,2 м Ролики
металлические диаметром 32 мм с шагом 70 мм. В конце печи
душирующий короб для охлаждения плитки до 50°; длина печи
16,8 м, ширина канала печи 0,9 м, высота канала 0,5 м, скорость
движения плитки в печи — до 1,2 м/мин. Продолжительность
обжига 16 мин. Удельный расход тепла на обжиг 1540 ккал/кг или
2 кг условного топлива на 1 м2 плитки.
В зоне обжига — арочный свод, в- остальных секциях— плос-
кий свод из шамотных плит. Стены— из легковеса. Горелки ин-
жекционного типа Стальпроекта В 28/1,7 на 1 м3/ч и В 21/1,3 на
1,15 м3/ч размещены с двух сторон в шахматном порядке.
Печь для второго обжига состоит из 14 секций по 2,8 м. Кон-
струкция печи аналогична первой. Охлаждение вдуваемым возду-
хом начинается с 9-й и завершается на 14-й секции с помощью
ауширующих коробов. Скорость движения плитки — до 1,43 м/мин.
Продолжительность обжига 26 мин. Дымовые газы отсасываются
через рольганг к 1-й секции дымососом. Установленная электри-
ческая мощность линии 63,7 кВт. Длина линии 88,8 м, высота
На серийно выпускаемых роликовых печах установлены труб-
чатые ролики; до 1000° —из стали ХНЗН18 и выше 1000’ —из
стали ЭИ435 (по ГОСТ 5632—72 ХН78Т).
Тепловой баланс сушки и обжига приведен в табл. 58.
Приход ккал/ч X Расход X
bills!! FyisBsS § as i i II So m 80S fe00 ~ hi 1 i и Й1 ..hl hl IIP.на!М । a ® s о s >, « ° ? о о u 5 Zo
910 400 100.0 910400 100,0
Техническая характеристика рассматриваемой линии: произ-
водительность 32 м2/ч, общий расход природного газа 65 м3/ч,
удельный расход электроэнергии 0,7 кВт-ч/м2, установленная
электрическая мощность 44,5 кВт, общая масса 130 т, металлоем-
кость 50 т, обслуживающий персонал — 5 чел.
В табл. 59 сообщается техническая характеристика линии на
500 тыс. м2 плиток в год; эта линия, как и предыдущая, — с роль-
ганговым транспортером. В отрасли работает несколько десятков:
таких линий. В конвейерной линии для Ленинградского производ-
ственного объединения «Победа» на 500 тыс. м2 облицовочной
плитки в год (на основе кембрийской или печорской глин) принят
сетчатый транспортер шириной 2 м.
плитки НИИстройкерамики производительностью 250 тыс. м2 в год
37 39 47 45 Л 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 13
285
Эта линия по проекту НИИ-
стройкерамики с шириной потока
в 12 плиток размером 150x150мм
состоит из следующих основных
КРКп-125 (один резервный) 1, две
секции сушила 2 и . 3, оборудо-
ванные микрофакельными инжек-
ционными горелками 7 с подачей
вентилятор для отсоса дымовых
газов 11, роликовая муфельная га-
зовая печь 4 с. двусторонним обо-(
гревом плиток и рекуперативным
охлаждением, сетчатым транспор-
тером на приводном поддерживаю-
щем рольганге (рис. 90), оборудо-
ванная инжекционными горелками
В 28/1,7 Стальпроекта с подачей
1,7 м3/ч при давлении газа 0,4 ат,
с дымососами 12 и 13, участок ох-
лаждения 9 с подачей воздуха вен-
тилятором 15, отсосом горячего воз-
духа вентилятором 14 и дущирова-
нием вентилятором 16. Далее сле-
дуют глазурование 5 поливом с Возг
мощностью применения глазури
трех разных цветов и печь 6 для
политого обжига, как на рис. 88.
Скорость движения плиток
0,75 м/мин. Цикл производства от
пресса до выхода из печи 150 мин.
Длина линии 112 м. Максимальный
расход природного газа около
180 м3/ч, установленная мощность
приводов 132,6 кВт. Тепловыделе-,
ние в цех около 270 тыс. ккал/ч.
Сечение по муфелю конструкции'
НИИстройкерамики представлено
на рис. 90. Ограждающее пер.екры-,
тие из шамота класса А, шамотный
легковес БЛ-1 и БА-0,4 вместе
с диатомитовым кирпичом марки
500 обеспечивают тепловую изо-
ляцию. Муфель, перекрытие и под 4-
сборные из карборундовых плйт
состава: карборунд № 80 (фракция
1—0,8 мм)—50%, карборунд Ме-
нее 0,06 мм —50% и сверх 100%.
Ba (0Н)2--3%, сульфитно-спиртовая барда (ССБ)—4%, влаж-
ность массы перед трамбованием — 4%.
Ролик в виде трубы 1 и цапфы 2 делаются из хромоникелевых
•сплавов с заполнением (для теплоизоляции) камер 3 ультралег-
ковесным шамотом (рис. 91). Проволочная конвейерная сетка-
спираль, проволока диаметром 3 мм, стержень и дужка — из
сплава Х25Н20С2. Длительность эксплуатации сетчатого пода —
около полугода.
Конвейерная линия производства фасадных мозаичных пли-
ток, обжигаемых электронагревом, показана на рис. 92.
Такая линия производительностью 100 тыс. м2 в год (330 дней)
по- проекту НИИстойкерамики предназначена для однократ-
ного обжига глазурованных плиток 48X48 мм, линия опробована
на ряде заводов.
Линия состоит из следующих звеньев: пресс КРК„125; су-
шило на 12 плиток в потоке с двусторонним электрическим на-
гревом с помощью нагревателей ЭТ-160 (длительность сушки
8 мин); глазуровочная установка, пульверизирующая двумя
форсунками -3 раза при давлении 3—3,2 ат
(плотность глазури 1,5-^1*55 г/см3; расход
глазури 1,7—1,8 г на 1 плитку); второе су-
шило. Потребляемая мощность сушил —
55 кВт. Электропечь с сетчатым транспор-
тером и двусторонним обогревом. В зоне по-
догрева и обжига размещены нагреватели
«Зигзаг» из сплава ЭИ595, в зоне охлажде-
ния применены металлические рекуператоры;
температура обжига 1000°, длительность
обжига 48 мин, мощность печи 150 кВт, но
потребляется на 25—30% меньше. Приводы
расходуют 18 кВт. Линию обслуживают 5 че-
ловек в смену: прессовщик, глазуровщик,
слесарь-наладчик, 2 сортировщицы. Разрез
через зону обогрева печи показан на рис.93.
Сетчатый под шириной 750 мм (сплав
Х25Н20С2; по ГОСТ 5632—72—20Х25Н20С2)
может передвигаться по настилу из жароупор-
ной полосовой стали. Скорость движения
изделий 0,48 м/мин. Удельный расход энергии
21,4 кВт-M2.
Производство «кабанчика» — глазурован-
ной плитки 125X60X8 мм — представлено
опытно-промышленной линией производитель-
ностью 150—200 тыс. м3/год. Цикл производ-
ства 2 ч. Скорость движения плиток 0,4 м/мин.
Длина конвейера 50 м. Прессование на прессе
КРКп-125. Плитки располагаются по 12 шт.
на ширину конвейера. Сушка длится 25 мин
при 250—300°. Глазурь наносят на высушен-
ный череп двукратной пульверизацией при
расходе воздуха 60 м3/ч на одну форсунку и
давлением 2,5—3 ат.
Обжиг производится в электрогазовой печи
со съемным сводом при 980—1000°, длитель-
ность обжига 70 мин. Нагреватели «Зигзаг»
из сплава ЭИ595. Муфельный канал в поду
имеет газовые горелки. Зона охлаждения и
душирующее устройство в конце зоны выпол-
нены из металлических воздушных рекупера-
торов. Расход газа 145 м3/ч, из них на микро-
факельные горелки в сушиле 32 м3/ч. Устано-
вочная мощность 244 кВт.
Успешные результаты внедрения электрических печей непре-
рывного действия в составе поточных автоматизированных линий
конструкции ЦКБ НИИстройкерамика на ряде заводов, как от-
мечает Гаврилов [327], обеспечило развитие способа однорядного
обжига плоских изделий. Применяют два вида нагревателей —
салитовые стержни и проволочные нагреватели. Силитовые
стержни быстро стареют из-за рекристаллизации (корборунд) и
изменения омического сопротивления; срок службы их не более
2000 ч. Малая рабочая часть стержня ограничивает габариты ка-
нала печи. Требуется частая подкомплектовка стержней по со-
противлению по мере выхода из строя того или иного стержня.
Требуется резерв напряжения до 100%. Область использования
стержней от 1300 до 1350°.
Более удобны проволочные нагреватели на основе хромони-
келевых, а также железохромалюминиевых сплавов.
Нагреватели монтируются или в виде спиралей на огнеупор-
ных керамических стержнях, что сопряжено с опасностью мест-
ных перегревов из-за случайных сближений витков проволоки,
или в виде более стабильных проволочных У-образных зигзагов
необходимой длины петли, укрепляемых на крючках из прово-
локи ЭИ595 и пригодных для размещения на съемном своде, на
стенах и на полу. Коэффициент эффективного излучения у си-
стемы размещения «Зигзаг» достигает 0,68 и вдвое превосходит
аналогичный показатель у спирали.
Длительность службы нагревателя «Зигзаг» (5—8 лет) опре-
деляется допустимым уменьшением (на 20%) массивности сече-
ния, под которым понимают отношение площади сечения нагре-
вателя к его периметру.
Для вывода нагревателя наружу может быть использован
стальной стержень площадью сечения по крайней мере в три
раза большей, чем площадь сечения проволоки нагревателя.
Декорирование плиток шелкографическим методом. Процесс
декорирования состоит из следующих основных операций: 1) из-
готовления позитивной фотографии (фотопленки) с оригинала
рисунка; 2) изготовления фототрафарета на нейлоновой сетке
№ 62; 3) нанесения на натянутую протравленную сетку-трафарет
окрашивающей мастики; 4) перенесения мастичного рисунка на
плитку.
Оцерация 2 сложна, она состоит из ряда приемов и рецептных
оформлений [325]. Печатание трафаретом изображения на
плитке осуществляется автоматически. Для этой цели применяют
машину фирмы «Чибек» (Италия), или фирмы «Исим'ат» (ФРГ),
или других систем.
Шелкографическое декорирование может быть произведено как
на утельную плитку с последующим покрытием ее прозрачной
глазурью и обжигом, так и по сырой необожженной глазури. Для
фарфорово-фаянсового производства по проекту УНИИСП пред-
ложены полуавтоматы для шелкотрафаретной печати на тарел-
ках [326].
10 Заказ № 2641 289
ЛИТЫЕ ПЛИТКИ «МОЗАИКА»
Общие сведения. Тенденция увеличения скорости производ-
ственных процессов нашла свое отражение и в производстве ли-
тых плиток. С этой целью пошли по пути снижения температуры
обжига плиток, для чего пришлось увеличить содержание плав-
ней в составе плиточных масс и уменьшить размеры плитки.
Впервые выпуск мелкоразмерных «кервитовых» (от «кера-
мика» и «витриум» — стекло) плиток осуществил Корах-Мор
[328] на одном из итальянских заводов. Описание итальянского
производства кервитовых плиток дали Гвоздарен и Ефремов
[329].
На литые малоразмерные плитки в 1962 г. в Киеве были со-
ставлены временные технические условия. Предусмотрены 32 ти-
поразмера, водопоглощение черепа не более 16%, очень малая
средняя масса — 5—6 кг/м2, применение —для внешней или вну-
тренней, облицовки зданий. Такие плитки под названием «ковро-.
во-мозаичные литые» размером 22 X22, 48X48 мм, толщиной
1,5—2—4 мм в настоящее время получили широкое распростри-
нение- Преимущества производства подобных плиток состоят в ма-
лом расходе сырья, в автоматизации (литейный конвейер) и
большой скорости производственного процесса (общая длитель-
ность 1,5—2,5 ч) [330].
Производство литых плиток может быть организовано с ис-
пользованием местного сырья, как это, например, показали Лук-
стинь, Эйдук, Седмалис. [331]; это обстоятельство делает весьма
перспективным производство литых облицовочных плиток в лю-
бом районе.
Состав некоторых шликеров для производства плиток (в %),
по Кацу и др. [332], а также по Шияновской и Яковлевой, при-
веден в табл. 60.
Ввод перлита (35—40%), по Хизанишвили
Ввод перлита (35—40%), по Хизанишвили и Шушанашвили
[333], содействует получению доброкачественных плиток при об-
жиге на 980° даже при высоком содержании каолина. Наряду
с перлитом эффективен и дешев стеклобой; ввод его в количестве
около 40% к дружковской глине или до 30% к кудиновской
глине позволяет снизить температуру обжига плиток до 900°. Од-
нако массы с повышенным содержанием стеклобоя обладают ма-
лым интервалом обжига, что вызывает коробление плиток. По-
лезно использовать нефелиновый сиенит, заменив им полевой
шпат и частично стеклобой.
Ввод глины в массу необходим для регулирования скорости
отсоса влаги (4—5 мин) при наборе черепа и для поддержания
суспензии во взвешенном состоянии. Шамот из глины, обожжен-
ной в изделиях при 1320—1380°, должен иметь достаточную сте-
пень спеченности для удержания влаги и для обеспечения рав-
номерной влагоотдачи от шликера через разделительный слой
к подкладным плитам (лещадки или плиты-подставки).
В качестве электролита применяется пирофосфат натрия в ко-
личестве 0,08—0,15%. Эти плитки можно и не глазуровать.
Куколев и Сусидко рекомендуют ввод поверхностно-активных
веществ (ПАВ)—дрожжевых отходов и кубового остатка дис-
тилляции жирных кислот, упрочняющих плитки при сушке и в на-
чале обжига.
Глазури для литых плиток. Условием хорошего сочетания гла-
зури с плиткой служит наличие в ней стекла. Глазури фритту-
ются. Составы некоторых фритт (в %) с разливом при 1000—
1060° приведены в табл. 61.
Материалы Прозр По Дажук По Шиянов-
2 | 3 П-1 Зс-5 5 6 23-Ц Ц-2
Карбонат магния £УРа Сурик свинцовый Окись цинка Песок кварцевый Полевой шпат Глинозем техниче-' Борная кислота Селитра натровая 9 14,0 12,0 20,0 29 12,2 10,5 30,0 26,3 7,5 34,1 31,5 2,8 28*9 9,3 5 15 28 15 5 27 20 35 10 15 25 17 31,6 11,0 25,4 25,0
Разлив при °C 1020 1000 950—980 940-980 1060 1040 960 1000
Беренштейном и Ермолаевой [334] предложены глухие гла-
зури (с большим значением кальциевой составляющей) для
глазурования плиток при 880—920° с выдержкой в течение 5—
8 мин.
Вводом в шихту красящих веществ в количестве 0,5—5%
можно получить разнообразные оттенки глазурей. Фриттование
производят при 1250—1300°.
Глазурь состоит из 90—94% фритты и 6—10% глины или
каолина, вводимых при размоле с остатком не более 0,1 % на
сите № 0056, и имеет влажность 65%.
Рекомендуемый режим однократного обжига прессованных
плиток на сетчатом поду, по [334], приведен на рис. 94.
Разделительный слой. По Кораху-Мору, суспензия раздели-
тельного слоя выполняет следующие функции: прикрепляет от-
ливаемые плитки к плитам-подложкам (подставкам) на время
технологического цикла до второй части обжига, не позволяя
плиткам деформироваться и приплавляться к подложке и, вместе
с тем обеспечивает им возможность легкого отделения от под-
ложки при завершении обжига. При недостаточном сцеплении
между плиткой и подложкой возникает вогнутая деформация
плитки, наблюдаемая иногда уже при ее сушке. Чтобы предот-
вратить это явление, необходимо вводить в суспензию раздели-
тельного слоя достаточное количество глинистых.
Отделение плиток от подложки происходит за счет выделения
СО2 из диссоциирующего карбоната, входящего в состав суспен-
зии разделительного слоя; обычно это мел, иногда в смеси с маг-
незитом или доломитизированным известняком. Опыт показал
целесообразность применения суспензии, содержащей 90% мела
и 10% пластичной глины (лучше —бентонита). Тонина помола
№ 0056, влажность 90—
95%, плотность по арео-
метру 1,02—1,01, Зачист-
ки плиток после отделе-
ния не требуется.
Впрочем, этот состав
не единственный; хорошие
на 1000—1050°) показали
разделительные слои из
мергеля, мела и озолни-
енской глины в опытах
Эйдука и Лукстиня [331].
Плита-подложка (подставка). Существенное значение имеет
материал плиты, на которой производятся литье плитки, глазу-
рование, сушка и обжиг. Материал плиты должен совмещать
в себе способности равномерно отсасывать влагу из шликера, вы-
держивать достаточно резкое изменение температур при обжиге
и быть довольно стойким при истирании.
Исследованиями НИИстройкерамики определился следующий
пригодный кордиеритовый состав: 50% кордиеритового шамота
(остаток на сите № 0056 30%), 40% латненской глины ЛТУ-1,
10% магнезита. После обжига при 1300° этот состав имеет по-
ристость , по водопоглощению около 20—25%, пористость 36—
40%, прочность при изгибе 80—100 кгс/см2, к. т. р. (1,5—1,7) • 10~в
и оборачиваемость, по Шияновской, 60—70 циклов.
Кордиеритовый шамот готовится спеканием 80% латненской
глины ЛТ-1 и 20% магнезита. Технология изготовления кордиери-
товой плиты довольно трудна, так как интервал спекания неве-
лик. Поэтому целесообразно централизованное изготовление та-
ких плит и необходимо усовершенствование составов с вводом, на-
пример, волластонита в массу, с использованием фосфорной
связки и т. п. Другой состав материала шамотной плиты-под-
ложки Ленинградского производственного объединения «Победа»,
по Кацу, таков: каолина 35,8%, шамота из капсельного боя 53%,
талька 7%, часов-ярской глины 4,2%, влажность пресс-порошка
8—12%; изготовляются плиты 260 X 260 X20 мм прессованием
при давлении 55—60 кгс/см2. Водопоглощение 19%, пористость
34%, прочность при изгибе 75 кгс/см2, к. т. р. 6-10-®, оборачива-
емость 4—6 циклов. Длительность набора черепа на плите-под-
ложке примерно такова: разделительный слой — 0,5 мин, основ-
ной слой — 3—4 мин, глазурь — 2—4 мин.
Отсос воздуха через плиту-подложку, осуществляемый фран-
цузскими керамиками, ускоряет набор черепа, соответственно
уменьшая длину всего конвейера.
Конвейер. Непрерывный, автоматизированный процесс литья
плиток состоит из нескольких операций, которые происходят при
движении на конвейере плит-подложек одна за другой.
Плита проходит под бачками поливочных машин. Шликер из
сборника-смесителя, перекачиваемый насосом СМ-938, проходит
по трубопроводу через вибросито и непрерывно и равномерно
заливает плиту; избыток шликера стекает в баки под конвейером
и возвращается в производство. Конвейер состоит из нескольких
участков, скорость в пределах каждого участка регулируется.
Бачки расположены в последовательности: 1) полив разделитель-
ного слоя, 2) полив основной массы плитки, 3) полив глазури.
Может быть встроен бачок с поливом ангоба. Расстояния между
бачками фиксированы.
После глазурования и исчезновения зеркала влаги отлитая
пластина автоматически разрезается дисковыми ножами на про-
дольные полосы; далее плита-подложка поворачивается на 90°, и
резка повторяется.
Поверхность разрезанных отлитых плиток очищается обдув-
кой. Торцы плит-подложек очищаются дисками, которыми среза-
ются натеки глазури. Оборотная сторона плиты-подложки может
очищаться вращающимися кордщетками или мокрым способом
(что хуже из-за постепенного снижения впитуваемости).
Процессы сушки и обжига плиток на плитах-подставках осу-
ществляются последовательно один за другим; применяются ще-
левые печи с рольганговым транспортером.
Литейные конвейеры для плиток размером 260X260X40 мм,
изготовленных на лещадках, оборудованы на ряде заводов. Про-
изводительность каждого конвейера 200 тыс. м2 в год, количе-
. ство лещадок по ширине конвейера 3, длительность сушки 11 мин,
температура сушки 300°, длительность обжига и охлаждения
36 мин, температура обжига 1020°. Размер лещадки 260Х 260Х
Х20 мм. Количество обслуживающего персонала 15 человек
[335].
Вопрос о степени выгодности роликовых и сетчатых печей
для обжига литых плиток еще не решен; за’ рубежом же приме-
няют даже печи с шагающим подом [336].
Прессованные плитки «мозаика». Преимущественно плитки
«мозаика» изготовляются полусухим прессованием по обычной
технологии, рассмотренной выше. Производительности линий,
разработанных в НИИстройкерамика, 100; 200 и 350 тыс. м2 в год.
Поточная линия на 100 тыс. м2 предусматривает размещение
плиток после прессования —12 шт. по ширине конвейера. Ско-
рость движения конвейера 0,5 м/мин. Длительность сушки на
сетчатом поду 15 мин при 300°. Длительность обжига на газе
40 мин при 1000°. Расход газа до 85 м3/ч. Общее тепловыделение
в цех 82,3 тыс. ккал/ч. Расход мощности на привод 25,8 кВт.
Длина линии 38,1 м, ширина 43,2 м, высота 3 м. Обслуживают
линию 4 человека.
САНИТАРНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КЕРАМИКА
Общие сведения. Основными видами этой группы изделий
являются унитазы (ГОСТ 14355—69), бачки к ним, умывальники
(ГОСТ 14360—69; 13560—68; ТУ 21—28—2—70) и колонки для
монтажа умывальников; прочие изделия составляют 10—5%.
К названной группе относится также санитарно-медицинское обо-
рудование, лабораторные раковины (ГОСТ 10486—63), биде,
баки, ванны, встроенные детали —крюки для вешалок, мыль-
ницы, кронштейны для полочек, щеточницы, подстаканники и
т. п. Цвет изделий белый (за рубежом до 30% ассортимента та-
ких изделий из цветных масс).
Основные виды керамической массы для производства сани-
тарных изделий—фарфоровая и полуфарфоровая. Характери-
стики масс даны в табл. 62.
поглощением 5—10% и
литой обжиг при 1180—1200°
По нормам Международной европейской федерации санитар-
ной керамики FECS (Federation Europenne des Fabricants de
cdramiques sanitaires), водопоглощение санитарного фарфора не
должно превышать 0,75±0,25%.
Технические требования к керамическим санитарным изде-
лиям изложены в ГОСТ 15167—70. Комплектующая арматура
к керамическим санитарным изделиям и установочные чертежи
приведены в альбомах-каталогах продукции заводов санитарно-
строительной керамики Министерства промышленности строи-
тельных материалов СССР.
Составы масс. Череп современного европейского санитарного
фарфора — это «витриес-чайна». Так называется череп, получен-
ный в США в двадцатых годах: был изменен состав массы фа-
янса путем увеличения содержания полевошпатовой составляю-
щей и уменьшения содержания кварца, а также применен од-
нократный обжиг при 1200—1230°. По Хаазе [337], витриес-чайна
представляет собой череп фаянсовой массы, приготовленной по
технологии фарфора, с малым водопоглощением и поэтому на-
зываемый иногда полуфарфором, хотя между полуфарфором и
витриес-чайна имеется разница как по температуре 'обжига (бо-
лее высокой у витриес-чайна), так и по значительно меньшей по-
ристости, водопоглощению и прочности.
Во всяком случае, такой череп весьма перспективен для про-
изводства и исследования возможностей расширения гаммы плав-
ней с вовлечением нефелинового сиенита, сподумена и других ма-
териалов, позволяющих снизить температуру спекания до 1150°
и ниже [338].
Типичные составы масс и глазурей приведены Гальпериной
и Павловым [339]. Сырьем служат глины типа веселовской
(в ГДР и ФРГ — фаянсовые глины, в Англии и США —болл-
клейс), каолины просяновский, глуховецкий и другие, пегматиты,
кварцевый песок с содержанием SiO2 не менее 93% и не более
0,3%; полевошпатовый продукт, содержащий щелочи в сумме
8—9%, Fe2Os —до 0,3%, SiO2 —до 76% и не имеющий карбо-
натов.
Фаянсовые глины — пластичны, хорошо разжижаются при
добавке 0,1% раствора жидкого стекла и 0,1 %| воды и могут
давать после обжига при 1200—1280° череп слабо-кремового от-
тенка.
В американской практике принято добавлять к глине суль-
фаты кальция и натрия для усиления тиксотропии.
Соответствующие показатели свойств разновидностей черепа
приведены в табл. 63.
Характеристика "S' Чсреп И3ополуфар- “’Ж-
етонло-
§2» SsS АР "8до1^° ж; '°
Электролиты, находящиеся в каолинах мокрого обогащения
(например, просяповский каолин содержит 16—24 мг-экв, глу-
ховецкий каолин—11—12 мг-экв* на 100 г), тормозят набор
черепа в гипсовую форму и, адсорбируясь в порах этой формы,
постепенно и сравнительно быстро ухудшают ее всасывающую
способность. Более желательно участие в шликере каолинов су-
хого обогащения, не содержащих электролитов. Для стабилиза-
ции литейных свойств шликера необходимо также участие не-
скольких глин и каолинов.
В американских и в последние годы во многих европейских
керамических производствах частично вводят вместо полевых
шпатов нефелиновый сиенит.
Соотношение содержания кварцевой и полевошпатовой со-
ставляющих в витриес-чайна для санитарных изделий Определяют
экспериментально на призмах, дающих наименьший изгиб в об-
жиге при водопоглощении черепа 0,5%; диапазон соотношений:
от 24% полевого шпата +22% кварца до 28% полевого шпата +
+ 18% кварца [340]. Кварцевая составляющая массы частично
растворяется в полевошпатовом расплаве при обжиге, но в не-
которой своей части остается в черепе, существенно влияя на его
к. т. р.; кристобалит, образующийся из каолинита, почти весь
растворяется в расплаве и не влияет на развитие напряжений
в черепе. Если кварца осталось много в черепе после обжига, то
развитие напряжений в черепе неизбежно, и изделия могут рас-
трескиваться, находясь даже на складе.
Совершенно необходимо снятие дилатометрических кривых
массы и глазури; при совмещении кривая расширения глазури
должна обязательно лежать ниже кривой расширения массы, то-
гда на глазурованном изделии не появится цек. Исправление
к. т. р. глазури производится, например, оолее значительным рас-
творением кремнезема в расплаве, что достигается, в частности,
более высокой дисперсностью кварцевой составляющей.
Поставка молотого каменистого сырья требует организации
пневмотранспорта и компрессорной станции, что быстро окупит
затраты.
Транспортирующие трубы должны иметь плавные обводы и
изгибы, футерованные плитами из плавленого базальта.
Переход на хорошо спекающуюся массу с относительной боль-
шой усадкой потребовал изменения конструкции изделий и спо-
соба установки их при обжиге. Кроме того, потребовалось при-
менение бомз-подставок, отлитых из той же массы, посыпанных
кварцевой мукой с добавкой каолина, для осуществления равно-
мерной усадки изделия совместно с усадкой бомзы при обжиге.
Массы фарфорового типа должны спекаться в интервале 70—80°
при 1250—1280°.
Приготовление шликера. Возможная технологическая схема
приготовления шликера приводится на стр. 300—301.
При отсутствии поставок заранее тонкомолотых каменистых
их размалывают в шаровой мельнице сухого или мокрого помола.
В табл. 64 приведены характеристики конических мельниц
типа Гардинга, по данным фирмы «Дорст», для сухого размола
пород средней твердости при тонкости помола до 0,7 мм, соот-
ветствующей просеву через сито 3600 отв,/см2.
Показатели РМ-140 PM-1S0 РМ-210 РМ-240
Внешний диаметр мельницы, мм 1400 1800 2100 2400
Производительноегь, г, ч 0,3 0 5 0,8 1,2
Мощность, кВт 5,9 14J 25,7 36,7
Масса машины (без облицовки), т 2,2 3,4 5,4 6,9
Подобная мельница диаметром 2100 мм, установленная на од-
ном из отечественных заводов, имеет такие показатели: произ-
водительность 800—1000 кг/ч, мощность 55 кВт, частота враще-
ния 22 об/мин, частота вращения двигателя 1500 об/мин, масса
мельницы без облицовки 6,4 т, масса облицовки 4,65 т. Объем
для установки такой мельницы требуется не менее 37 м3, длина
цилиндрической части 1500 мм, угол у вершины конической части
120°. Мельница футеруется кремневой клепкой на цементе. Для
разделения продукта размола установлен воздушный сепаратор
диаметром 1500, высотой 3125 с двигателем мощностью 5,5 кВт,
частотой вращения 1450 об/мин, массой 1745 кг.
Шаровые мельницы для мокрого размола фирмы «Дорст»
имеют такие показатели (табл. 65).
I
Бункер
Питатель
Полевой шпат Пегматит
I
Бункер
Питатель
I
Бункер
Питатель
Каолины
I
Бункера
-Тельфер------------1
Электровесовая тележка
Электромагнит-»Смеситель. Вызревание 24 ч
литьевой----* Расходный смеситель
Свежий шликер
Отходы литьевые
- Показатели Мельницы
‘?еТ’ «Эльза» «Фрида»
Внешний диаметр барабана, мм 1600 1700 1900 2400
•Вместимость, м3 2,Q 2 7 4 0 8,0
Заполнение емкости шарами, т ’ 0,8 1/2 2^0 4,0
Мощность, кВт 3,68 5,15 7,35 11,7
Масса, т 2,1 2,5 4,0
Измельчение каменистых при мокром помоле происходит при-
мерно в 2—2,5 раза более интенсивно, чем при сухом помоле.
Происходит это, по-видимому, главным образом вследствие раз-
двигания • стенок микротрещин молекулами воды, легко прони-
кающей в трещины, благодаря хорошей способности большинства
минералов смачиваться водой. Это явление, названное Деряги-
ным расклиниванием, существенно усиливается при введении
в воду поверхностно-активных веществ (ПАВ), как это было по-
казано Ребиндером. Кроме того, смачивание водой снижает сво-
бодную поверхностную энергию минералов, что также облегчает
их разрушение при помоле.
Куколев, Пивень и Полищук [341] показали, что увеличение
интенсивности мокрого помола обязано также меньшей величине
демпфирующего действия суспензий по сравнению с сухим порош-
ком, поскольку коэффициент внутреннего трения суспензий на
порядок Ниже аналогичного показателя у сухих порошков.
Мокрый помол входит органической составной частью в схему
технологического процесса производства, если формование изде-
лий производится литьем. Мокрый помол ограниченно целесооб-
разен при формовании пластичным способом.
В качестве мелющих тел используется кремневая галя диа-
метром 40—80 мм (СТУ 47—998—64), содержащая не менее 92%
SiOz и не более 0,5% Fe,Os, а также уралитовые высокоглинозе-
мистые тела (75% AI2OS) (СТУ 48—2813) в виде цилиндров,
имеющие диаметр 20—25 мм и отношение высоты к диаметру
1/1,2. Объемная масса 2,7—3,0 г/см3, водопоглощение не более
0,7%. Еженедельно по технологической инструкции в мельницу
добавляются новые мелющие тела взамен истирающихся. Раз
в три месяца производятся проверки футеровки мельницы и
переборка шаров.
Загрузка шаровой мельницы начинается с заливки воды —
1100—2300 л в зависимости от объема мельницы и назначения
шликера. Вводится часть глинистых (10%) для суспензирования
помола каменистых. Длительность помола 8—10 ч.
Пластичные распускаются в течение 3—4 ч в смесителе ем-
костью, например, 7—8 м3 при добавлении электролита — соды
кальцинированной, например, 0,35% и жидкого стекла 0,3% (по
ТУ 538—-57 SiOa 31—46% И NaaQ 11 ;9.3 %). Зимой для заливки
необходима горячая вода. Подача глинистых происходит не бы-
стро. В йроцессе перемешивания определяют плотность и коррек-
тируют ее добавлением воды или вводом твердых.
Я среднеевропейским данным [340], масса 1 л нормального
шликера 1800 г, температура 30’, влажность 28%, скорость вла-
Фоотдачи в гипсовой форме 8 мм толщины ч чина тиксотропного загустевания (в %), оп нием длительностей (в с) вытекания шликер мешивания и через 30 мин указана в графе густевания» (табл. 66)- ерепа за 1 ч. Вели- ределяемая. отнрше- а сразу после пере- «Коэффициент за-
Таблица 66
Назначен»* шликера ?а°г*е?“а™я
^гВ^?2а“о™е8е°реВеЙеРе 31,8 31—33 : 31—33 1 31,5-31,8 I ' Ъ1
Свежеприготовленный шликер показывает меньшие значения
загустевания, чем единожды отработанный, и не рекомендуется
к немедленному использованию.
Шликер подкрашивают для лучшего цвета черепа раствором.
0,06% хлорида -кобальта, который предварительно растворяют
в горячей воде, профильтровывают и осаждают гидроокись ко-
бальта расчетным количеством соды. Гидроокись промывают теп-
лой водой и с добавкой каолина и воды размалывают в неболь-
шой шаровой мельнице. Этот продукт используют как рассчиты-
ваемую добавку окиси кобальта либо к воде, либо в шаровую
мельницу для помола каменистых, либо в смеситель для роспуска
глинистых.
В зарубежных рекомендациях сит для шликера обращают
внимание на перлон в качестве сеточной ткани и на сочетание
вращающегося рамного (деревянные рамы) сита барабанного
типа с- вибрационным. Регулирование потока шликера на враща-
ющееся барабанное сито должно обеспечить отход крупных при-
Рекомендуется также иметь не менее двух больших подземных
хранилищ для созревания шликера с 14-дневным запасом и
пользоваться для литья только созревшим шликером; эти бас-
сейны обеспечены медленно вращающимся смесителем. Сюда же""
вводят отходы от литья (возвратный шликер).
Необожженный бой и брак (около 5% при литье и 2% при
сушке) распускают в особом смесителе с добавлением жидкого
стекла; масса 1 л шликера из отходов около 2000 г. Такой шли-
кер, пропущенный через сито и магнит, вводят в общий бассейн.
Глазури. Молекулярный состав глазури для санитарных из-
делий, по рекомендациям FECS, таков:
0,193К2О 1
О 166MgO °.233 Al А-2,500 SiO2.
0Д32 ZnO I
Глазурь — фриттованная. Наличие значительного количества
ZnO, вводимого для повышения блеска и глушения, как в бри-
стольских глазурях, может вызвать при медленном охлаждении
обожженных изделий кристаллизацию виллемита 2ZnO • SiO2 »
матовость глазури. В качестве глушителя рекомендуется
также циркон ZrO2-SiO2, не менее 10%, импортируемый, напри-
мер, в Западную Европу из Австралии в тонкоизмельченном со-
стоянии (не более.0,005 мм).
Составы глазурей (в %) приведены в табл. 67.
Приготовление фритты может быть произведено по схеме,
приведенной на стр. 305.
Тщательно высушенное сырье подвергается варке в фриттова-
рочиой печи при 1300° в течение 9—10 ч до исчезновения узелков
на вытягиваемой нити глазури. Сваренная глазурь сливается
в воду. Фритты хранятся в бункерах под номерами. Размол
фритты в шаровой мельнице с добавкой глины или каолина и
других компонентов производится до остатка на сите № 0056 не
более 0,05%. Плотность глазури 1,6—1,7 г/см®.
После размола глазурь перекачивается через феррофильтр и
вибросито (3900 отв-/см2) в пропеллерный смеситель, откуда по-
ступает к месту потребления, снова пройдя через вибросито.
ЛиТье. Применяют литье на стендах и на конвейерах. Стендо-
вое литье целесообразно при широком ассортименте, в частности,
при изготовлении умывальных столов. Дневная производитель-
ность литейщика 20—40 умывальных столов, или 18—24 унитаза,
или 1—2 ванны.
Стендовая отливка требует больших площадей. Так, при про-
изводстве в год 50 000 шт. изделий (47% умывальных столов,
37% унитазов, 16% ванн в месяц) необходимо 5000 м2 площади,
а также поддержание температуры 35° в помещении. Шликер
подается по замкнутому шликеропроводу к каждому рабочему
месту с помощью мембранных или эксцентриковых винтовых на-
. сосов, размещенных по секциям общего трубопровода. Рекомен-
дуются трубы из пластмассы с наплавленными фланцами. Еже-
годно производятся продувка и промывка секций шликеропро-
Если воздух, содержащийся в шликере, попадает в литье, он.
вызывает брак. Поэтому весьма желательно организовать ваку-
умирование шликера перед литьем. Шликер должен стекать
в форму небыстрой струей через кран, материал которого нельзя
делать из латуни во избежание появления зеленых пятен на
обожженном черепе.
При литье столов шликер поступает через воронки из, белой
жести, негибкой резины или пластмассы. В месте падения струи
на поверхности формы происходит быстрое местное всасывание
воды и обогащение более тонкомолотым плавнем; после обжига
это место заметно своим темноватым цветом. На некоторых за-
водах струю выпускают через ситовую «пробку».
Целесообразно иметь постоянный напор шликера, Создавае-
мый с помощью резервуара со смесителем. Шликер туда накачи-
вается, а .затем выходит из этого резервуара самотеком по рабо-
чим местам. Чтобы избежать подсыхания шликера на стенках
резервуара и попадания корочек в литье, необходимо установить
автоматически действующий уровнемер и сито перед подачей
шликера к рабочим местам.
Форма для изготовления умывальника состоит из чаши,
крышки и прикрыши.
Ставят формы под углом 80—75° в батареи по 14 штук. В каж-
дой форме два верхних отверстия наливных и одно нижнее слив-
ное. Батарею форм для умывальников скрепляют стяжками.
Сливные отверстия закрывают деревянными пробками, на за-
ливные отверстия ставят воронки, уплотнив сочленения литейной
массой. Уровень шликера в воронке 15 мм от края. Длительность
набора черепа 1;5—3 ч в зависимости от влажности и свойств
шликера. Слив шликера — через сливные отверстия в лоток. Че-
рез час череп начинает отделяться от формы.
Разборку формы можно производить в таком порядке. Осто-
рожно снять крышку и установить на расстоянии 0,5 м от бата-
реи- Приставить прикрышу и перевернуть форму чаши с изде-
лием на прикрышу, снять чашу; заделать следы от заливных и
сливных отверстий, загладить циклевкой, очистить влажной губ-
кой, вырезать по шаблону монтажные отверстия. Перенести из-
делие на прикрыше на стеллажи для провялки в течение 15—
18 ч. В гипсовой форме остается примерно 15% влаги, остальная
влага уходит при подвялке и сушке. Форму очистить и собрать
для заливки. Подвяленные столы переставляют на гипсовую под-
ставку и отправляют при помощи монорельсовой вагонетки на
Аналогично, согласно• технической инструкции, производят
стендовое литье унитазов и бачков.
Форму, не бывшую в употреблении, заливают содовым раст-
вором с последующей ее промывкой. Делается это для того,
чтобы удалить остатки мыла, которые остались при отливке
формы. Применяют также посыпку тальком (белого цвета после
обжига).
В гипсовой форме после заливки в нее шликера с течением
времени образуются сульфат натрия и известняк в результате
реакции: сода из шликера плюс гипс из формы. Этот сульфат
натрия и известняк закупоривают поры и ухудшают всасываю-
щую способность формы, что пытаются устранить промыванием
форм. Кроме того, сульфат натрия выносится на поверхность
формы в виде рыхлого порошка, попадает в отходы шликера и
поступает в резервный шликер. Роль этой части сульфата нат-
рия положительная — он благоприятствует образованию черепа
в гицсовой форме, способствуя тиксотропии. Это обстоятельство
хорошо было известно старым мастерам, добавлявшим очень не-
много «старого» шликера к «молодому».
конвейеры СМ-461 А и СМ-462А. Конвейер СМ-461А для от-
ливки унитазов сливным способом. и для подвялки их состоит
из 129 кареток, передвигающихся по замкнутому циклу на
рельсах.
Производительность конвейера 182 000 шт. в год. Длина кон-
вейера 57,5 м, ширина 5,5 м, высота в местах размещения верх-
него яруса 3,97 м. Передвижение осуществляется двумя гидро-
толкателями. Для подъема кареток на второй ярус применяют
два гидроподъемника. Заливка шликера автоматическая; разъем
и сборка форм механизированы. Подвялка изделий с 20—19%
дО 17—15%. производится в рольганговом сушиле, расположенном
параллельно литейному конвейеру.
При конвейерном литье требования к шликеру должны вы-
держиваться очень строго. Используётся прессовый шликер,
имеющий следующие примерные параметры. Остаток на сите
№ 0056 8—9%; влажность 31,5—32,2%; текучесть в вискозиметре
Энглера через отверстие 6 мм: первая — 5—7 с, через 30 мин —
довательность операций:
1. Сборка форм и заливка шликером в верхнем ярусе на 1—4
позициях двумя заливщиками с помощью механизма.
2. Операция набора черепа происходит в естественных условиях
с 5-й по 40-ю позиции. Слив шликера производится сливщицей
после извлечения деревянных пробок из нижней части форм.
Длительность набора на 36 позициях 2 ч 24 мин при режиме
Практически набор толщины наросшего черепа 10—11 мм про-
должается 1 ч 50 мин —2 ч 10 мин.
3. Операция закрепления черепа происходит на позициях
с 41-й по 105-ю. Для этой операции каретки перемещаются гид-
роснимателем на нижний ярус в камеру закрепления, представ-
ляющую собой огражденный канал прямоугольного сечения, по
которому перемещаются потоки нагретого воздуха, нагнетаемого
вентилятором, в систему воздухопроводов с 46-й по 65-ю позиции
при 25—30°, с 78-й по 93-ю позиции при 40—50° с распределением
4. После того как каретки с формами закреплены, они под-
нимаются гидроподъемником на верхний ярус для приклейки дон-
цев на 105—111-й позициях. Донца и водораспределители отли-
ваются наливным способом отдельно в гипсовых формах на пло-
щадке рядом. Целесообразен переход к выпуску цельнолитых
козырьковых унитазов без приставки деталей. Это значительно
увеличит производительность конвейера.
На 105-й позиции удаляется скребком промазочная масса;
вырезается излишняя масса с гипсового кольца унитаза. Места
приклейки донца нарезаются гребенкой для лучшего приклеива-
ния и промазываются жижелем. Шов приминается пальцем, уп-
лотняется деревянным стеком, затирается циклей и резиной.
Внутренняя поверхность изделия обтирается влажной губкой.
Гипсовое кольцо, снятое пневмоподъемником и очищенное от
приставшей массы, ставится в специальные стойки. Форма пере-
ворачивается, очищается от остатков шликера, освобождаются
замки. Вынимается пробка и ставится в гнездо каретки. Снима-
ются излишки массы с патрубка. Насечки и трещины заделы-
ваются фарфоровой массой той же примерно влажности и за-
глаживаются циклей.
5. На 112-й позиции формы механически разнимаются. С по-
мощью передаточной тележки изделие выдвигается и принимается
на гипсовое кольцо, расположенное на турнетке. Производится
первая оправка изделия — срезают литейные швы и обрезают
по шаблону сливную трубу и водный патрубок, прокалывают
монтажные отверстия на постаменте. Оправленное на гипсовом
Кольце изделие вручную переводится на рольганг подвялочной
камеры.
6. Подвялка осуществляется теплым воздухом, подаваемым
вентилятором от калорифера при помощи распределительного ко-
роба с отверстиями, прикрытыми грибками. Температура с 8-й
до 14-и позиций на рольганге 35°, с 14-й по 46-ю позиции —35—
40°, на 46-й—52-й позициях — 32—30°. Отсос воздуха с 52-й по-
зиции. Длительность подвялки 4 ч 6 мин—4 ч 18 мин, режим тол-
7. Вторая оправка изделия при влажности его 15—17% про-
изводится на турнетке после съема изделия с гипсового кольца —
удаляются заусеницы. Оправленный унитаз на гипсовом поста-
менте ставится на стеллажи для дальнейшей подвялки в течение
8 ч, после чего перемещается па монорельсовую вагонетку и от-
правляется в сушку.
8. На литейном конвейере со 113-й по 129-ю позиции в верх-
нем ярусе производится сушка гипсовых форм в камере сушки
в течение 1 ч 12 мин—1 ч 21 мин при распределенной подаче вен-
тилятором теплого воздуха сверху и снизу к каждой форме.
Температура воздуха в камере 60—65°.
Распределение работников на конвейере СМ-461А:
подготовка форм к заливке —2 человека; слив избыточного
шликера—1; съем кольца с гипсовой формы и приклейка дета-
лей —2; разъем гипсовых форм и первая оправка —2; литье при-
ставляемых деталей—1, вторая оправка — 3—4 человека;
всего—11—12 человек. Производительность на одного работ-
ника — 17—18 изделий в смену. После перехода на цельнолитые
унитазы типа «Компакт» производительность — 18—19 изделий.
Литье прямоугольных умывальных столов производится н а
конвейере СМ-462А. Производительность 182 000 шт. в год.
В верхнем ярусе конвейера находится камера закрепления черепа.
Используется такой, например, шликер:остаток на сите№0056—
2,7—3,0,%, влажность 31,4—32,0%, текучесть 1 — 5—6 с, теку-
честь II — 8—9 с. Ритм толкания 3,5—4 мин. Заливка шликером
на 1—3-й позициях; на 4—47-й позициях набор толщины черепа
7—9 мм; слив шликера на 48—50-й позициях; закрепление черепа
на 78-й позиции' в камере при дутье теплого воздуха (45—50°)
сверху и с боков к каждой форме.
На позициях 72—97-й поддерживается температура 60—65°;
на позициях 98—122-й теплый воздух подводится снизу. На по-
зициях 126—138-й поддерживается температура 30° в результате
подачи смеси с холодным воздухом. Длительность закрепления
5 ч —5 Ч 15 мин.
Разъем форм производится после опускания каретки на ниж-
ний ярус; здесь же осуществляется заделка дефектов, прорезыва-
ние отверстий под кронштейны, кран и слив. Изделие, отделенное
от формы при содействии сжатого воздуха, переворачивается на
180° вместе с гипсовой прикрышей, на которой ставится на стол,
где и обрабатывается. Оправленное изделие направляется на
подвялку. Эта операция производится на люлечном конвей-
ере 5—9 ч до влажности 17,5%, после чего изделие направ-
ляется на сушку.
Длина конвейера 180 м с числом люлек 118.
Гипсовые формы сушатся на позициях со 134-й по 139-ю в те-
чение 21—24 мин при 55—65°.
Вторую оправку изделий ведут при влажности 16,5—17,5%.
Изделия с прикрышей снимаются с люлечного конвейера, ста-
вятся на задний борт и подвергаются оправке и замывке губкой.
После оправки умывальные столы ставятся на трехъярусиуЮ
сушильную вагонетку с настилом шириной 100—130 мм, обитым
техническим войлоком толщиной 8—10 мм, в количестве 10—11
столов на полку. Вагонетки со столами отправляются в сушило.
Обслуживающий персонал — 8 человек в смену.
Универсальное кареточное сушило СУ-2. Конст-
рукция сушила разработана в Гипростройматериалах и состоит:
1) из сушильной камеры длиной около 30 м, высотой около
4,8 м, шириной около 4,3 м, разделенной по высоте на 6 ярусов,
из которых пять верхних —рабочие, нижний —для возврата пу-
стых кареток; 2) подъемника кареток для загрузки изделий в со-
ответствующий ярус; 3) снимателя кареток при разгрузке;
4) толкающего гидравлического устройства для проталкивания
кареток по ярусам.
309
В каждом ярусе размещаются рельсы, по которым переме-
щаются четырехколесные каретки с изделиями. Ярусы разделены
асбестоцементными плитами. Каждый ярус обеспечен боковой
подачей горячего воздуха через окна, снабженные регулирую-
щими заслонками, а также отсосом отработанного воздуха через
вытяжные окна со своими дросселями.
Сушило работает следующим образом. Изделия на поддонах
переставляются вручную с подвялочного конвейера на турнетку,
где они подвергаются оправке и затем устанавливаются на ка-
ретку, стоящую на подъемном столе подъемника загрузки. Подъ-
емный стол со своим гидравлическим толкателем поднимается
(в пределах ограждения) с помощью вертикального телескопиче-
ского гидроцилиндра до соответствующего яруса. Гидроци-
линдр проталкивает каретку с изделием по рельсам в сушиль-
ную камеру, а в это время крайняя каретка с высушенным из-
делием автоматически снижается посредством своего гидросни-
мателя.
Далее механизм погрузки срабатывает на снижение до нуле-
вой отметки (то есть до исходного положения), а механизм раз-
грузки опускает каретку с изделием к столу разгрузки, где из-
делие снимается, а каретка возвращается по первому ярусу
к столу загрузки. Цикл повторяется.
По теплотехническому режиму сушило и каждый ярус в нем
делятся на две зоны. Каждая зона имеет свой вентилятор и
свой паровой калорифер. Вентилятор продувает смесь рецирку-
лята — уносимого теплого воздуха и добавленного холодного
воздуха — через калорифер, а часть теплого обогащенного вла-
гой воздуха выбрасывает в атмосферу. Регулирование парамет-
ров сушки поддерживается автоматически.
Каждый ярус вмещает по длине 52 каретки длиной по 570 мм;
каждая — рамной конструкции, на колесах. Изделия расположены
на гипсовых поддонах, лежащих на каретках. В торце каждого
яруса поставлены шторки, назначение которых прикрывать ярус
от утечки теплоносителя; шторки автоматически открываются на
время загрузки изделия в сушило. Внутри каждого яруса уста-
новлены поворотные щитки для регулирования режима сушки.
Длительность сушки унитазов и столов 18 ч, то же, баков
сливных — 30 ч, ритм работы толкателя при 18-часовой сушке —
4,2 мин, то же, при 30-часовой сушке — 6,9 мин. Производитель-
ность сушила — 26 любых изделий в 1 ч.
Температурный режим в первой, начальной, зоне: 70—75° —
на входе и 45° — на выходе. Влажность изделий: начальная —
16—18%, конечная — 8—10%. Скорость движения теплоносителя
2,5 м/с. Режим во второй части: на входе 100—110° (до 120°),
на выходе 75—80°. Влажность изделия: начальная — 8—10%,
конечная — 1%.
Расход пара давлением 4 ат в калориферах 250—370 кг/ч,
воздуха 4000 м3/ч. Теплопотери 1 млн. ккал/ч.
Общая установленная мощность 25 кВт. Масса около 57 т.
Литейный конвейер фирмы «Липперт» (ФРГ). Этот конвейер построен фир-
мой совместно с заводом «Аннаверк» в Кобурге. Завод выпускает около 150 типо-
размеров санитарной керамики, 6000 т в год. Конвейер — кольцевой замкнутый;
тележечный транспорт по рельсам длиной по оси 72 м, по ширине 9 м имеет 242
тележки. Производительность конвейера 350 изделий в смену.
Операции на этом конвейере:
1) Заливка (автоматическая) длится 90 с и производится на трех постах
1а, 16, 1в (рис. 95). После каждой заливки поверхность шликера в форме под-
вергается обрызгиванию мелкораспыленной водой, чтобы не образовывалась по-
верхностная корочка. Шликер поступает к постам самотеком.
2) Набор черепа, который длится 2 ч. Слив производится автоматически и
состоит из операций: извлечения пробок у пяти форм; наклонения форм на 90°
Рис. 95. Схема литейного конвейера фирмы «Липперт»
наружу конвейера 2: возвращения форм в прежнее положение; наклонения
форм вторым автоматическим сливателем 3 внутрь конвейера и возвращения
форм в прежнее положение.
3) Прогрев шести форм в первой камере 4 при 38—40°.
4) Съемка вручную креплений форм, колец форм и вкладышей, которые по-
мещаются на соответствующие верхние полки каретки.
5) Первая оправка внутренней части изделий на 8 позициях в течение
12 мин.^ г 38 4ф0
нейшем (после удаления форм) служит поддоном.
8) Перестановка вилочным захватом съемника-кантователя 6 гипсовой
формы с изделием с каретки на рольганг с поворотом на 180°; изделие устанав-
ливается в боковых частях формы на упомянутую крышку, на каретке остается
13) Вторая оправа
Данные по производительности труда на 1 работника в смену
приведены в табл. 68. О свойствах шликера можно судить на ос-
новании табл. 69.
Метод литья шт.Исмеву Источник
Стендовое 25-40 от величины 20-24 По данным В. Бюкинг'а
Конвейерный СМ-461А — 17—19 По данным Хорькова
в Кобурге Р ₽ 31-32 По данным Воронович и Лобанова
Введение в шликер 0,3% каустического магнезита (обжиг маг-
незита при 900—1000°) или так называемого цемента Сореля
позволяет увеличить скорость набора черепа вдвое.
Торфяная вытяжка (добавка 0,1%) снижает влажность шли-
кера на 4—5% при сохранении той же вязкости. Увеличение дав-
ления до 2 кгс/см* значительно содействует ускорению набора че-
репа. Считают, что оптимальная температура шликера при слив-
ном методе 40°.
Гипсовые формы. От форм для литья требуются высокое водо-
поглощение, прочность, возможность длительной эксплуатации и
значительная оборачиваемость. Кроме того, поверхность форм не
должна способствовать прилипанию керамического материала.
Наибольшее водопоглощение проявляет в гипсовой форме fl-no-
лугидрат, наибольшую прочность вызывает а-полугидрат. Зару-
бежные заводы организовали производство той и другой моди-
фикаций гипса; смесь этих модификаций обеспечивает решение
вопроса. Считают, что гипс, обогащенный а-полугидратом в гипсо-
водном отношении 1,5:1, оптимален для литьевых форм [342].
Гипс, дегидратированный при температуре выше 150°, не при-
годен для литья форм [343].
Рекомендации высокопрочного гипса указаны в ТУ 21—01—
437—70.
Для обеспечения хорошей всасывающей способности гипсовой
формы необходимо: 1) принять оптимальное для данного гипса
водогипсовое отношение, так как пористость изменяется, проч-
ность уменьшается при увеличении количества воды затворения;
например, возможно В/Г=37:63; 2) подобрать тонкость помола
гипса, который должен полностью проходить через сито 900 отв./см2
и иметь, остаток 2—3% на сите 2500 отв./см2; 3) применить ва-
куум порядка 600—650 мм рт. ст. при изготовлении гипсового
теста; 4) поддерживать небольшую температуру работающей гип-
совой формы (порядка 20—25°); 5) подогревать шликер до 30—
35°; 6) иметь равномерную и невысокую влажность (не более
9—-10%) работающих гипсовых форм, что требует правильной ор-
ганизации подачи теплоносителя к разным участкам каждой гип-
совой формы в процессе ее подсушки при 70° в сушиле и при
80—85° воздуха в подводящих каналах.
Для производства с выпуском 600 тыс. шт. крупных изделий
в год потребность в свежем гипсе составляет около 70 т в месяц;
около 75—80 т отработанных форм в месяц подлежат удалению
в отвал. Частично их можно регенерировать. При производитель-
ности мастера 5 форм в день требуется 5—6 мастеров.
Производительность конвейера для отливки гипсовых форм
унитазов — 40 комплектов в 1 ч, то же, умывальных столов —
80 комплектов в 1 ч (по Бюкингу).
Гидростатическое (изостатическое) прессование. Порошок для
прессования влажностью 8—10% может быть получен в распы-
лительном сушиле. Обжатие производится в сплошной эластич-
ной (резиновой или пластиковой) форме, на которую идеально
равномерно давит жидкость (обычно вода), находящаяся под дав-
лением в гидравлической камере, после достижения заданного
гидравлического давления порядка 120—200 кгс/см2 (для санитар-
ных изделий) оно сбрасывается, камеру открывают и изделие из-
влекают из эластичной формы. Преимущества этого метода формо-
вания состоят в том, что плотность спрессованного изделия со-
вершенно одинакова и несколько выше, чем литого, воздушная
усадка отсутствует и водопоглощение обожженного черепа” ниже
(табл. 70).
С технологической стороны, применительно к производству са-
нитарных изделий, этот процесс перспективен тем, что исключает
запас гипсовых форм, освобождает От режимной сушки, весьма
313
упрощает технологию формования из-
делий и может быть переведен на ав-
томатику.
Установка для изостатического
прессования состоит из следующих ча-
стей: гидравлического пресса с верх-
ней и нижней траверсами, в который
помещена форма со^всей оснасткой;
мультипликатора~с распределительным
золотником и редукционным клапаном,
обеспечивающими обжатие пресс-по-
рошка в эластичной форме и сброс
давления. Действие гидравлического
пресса обеспечивает силовая установка
с манометром. Необходимый вакуум
для удаления значительной части воз-
духа из пресс-порошка создается ва-
куум-отсосом и регистрируется ваку-
умметром.
Вода для заполнения пространства
между корпусом пресс-формы и эла-
стичной оболочкой, сжимаемыми гид-
равлическим давлением, которое соз-
дает пресс, поступает из бака, проходя
манометр. Маслоиасос с электродвига-
телем и маслобаком обеспечивают ма-
сляную систему питания пресса.
Изостатическое прессование может
быть осуществлено двумя методами:
с удалением части воздуха из пресс-
порошка в начале его обжатия (прием
«сухого мешка») и без удаления воз-
духа в течение всего прессования (при-
ем «мокрого мешка»).
Исследования Шейнина и Бело-
стоцкой показали, что при оставлении
воздуха в пресс-порошке, т. е. при
прессовании по приему «мокрого меш-
ка», получить изделие без дефектов не
удается.
На рис. 96 показана такая форма
с вкладышем 5. Вода проходит через
отверстия в стальном шаблоне: 3 И; да-
вит на стенки резиновой оболочки 4,
спрессовывая пресс-порошок, засы-
панный в пространство 6. Часть воз-
духа вытесняется через зазоры между
корпусом пресс-формы 2 и системой
обечайки / или вакуумируется.
Полуавтомат для промышленного прессования умывальников
560X480 мм состоит из следующих основных узлов: пресс-формы,
механизма засыпки порошка в пресс-форму, механизма прессова-
ния, устройства сборки — разборки пресс-формы, приспособления
для выемки изделия, гидропровода. Операции по засыпке no-
в.табл. 70 и 71 приведены, по Белостоцкой и Шейнипу,..некоторые
сравнительные данные, из которых видно экономическое преиму-
щество формования и сушки при использовании метода изостати-
ческого прессования умывальных столов по сравнению с этими же
процессами при изготовлении умывальных столов литьем [344].
Глазурование. Во избежание «скатывания» глазури при об-
жиге влажность высушенного изделия перед глазурованием дол-
жна быть не более 2%. Предварительно изделие подвергается
контролю, который организуют на конвейере, там же производится
парафинирование мест, не требующих глазурования. С помощью
кисточки промазываются керосином участки, где возможны тре-
щинки: в постаменте унитаза, отверстия у крана, умывальника
и т. д. Края и сифон очищаются сжатым воздухом. Изделие
с устранимыми дефектами возвращается (по личному номеру
мастера на обороте изделия) для исправления.
Молекулярная формула глазури для санитарных изделий [340]
такова:
ЙбМ8О °’233 А1А-2,5°°5Юг.
0,332 ZnO |
Рекомендуют вводить волластонит для повышения ударной
прочности глазури и MgCOa (в шихту) для повышения блеска.
С переходом на полуфарфоровый и фарфоровый череп ис-
пользуют нефриттованные, более дешевые глазури. Возможные
составы глазури приведены в табл. 72.
Материл ннКу°р"ьдляЯ “глазурь
окунания
Глина веселовская 2,5 4,0 — 6,4
Каолин просяновский 5,0 4,5 —
Полевой шпат зз.о 27,5 14,8
Песок кварцевый 20,0 23,0 14,7 21,5
Мел 16,0 13 0 21 8 9 6
Окись цинка 3,0 3^0 1 9
Тальк 5,0 5,0 9,9
Цирконовый концентрат Углекислый барий 16,0 27,9 —
4,0 0^045 6,9
1 /,О$р^ркйслый кобальт (сверх 100%) 0,02 0,03 0,025 0,025
Азотнокислый кобальт (сверх 100%) 0,02 — —
Состав с использованием фриттованной глазури: фритты 47%,
полевого шпата 19%, окиси цинка 1,3%, углекислого бария 5,1%,
каолина 3,2%, глины часов-ярской 5,4%, песка 19,0%.
После помола в шаровой мельнице в течение суток остаток на
сите № 0056 должен быть не более 0,05%.
Приготовление фритты состоит в следующих операциях: сушка
порошка смеси, совместное перемешивание в смесительном аппа-
рате в течение не менее получаса, засыпка в ванную фриттовароч-
ной печи и варка при 1300° в течение 9—10 ч с последующим вы-
ливанием расплава в воду. Хранение фритт — в бункерах под
номерами.
Приготовление сырой глазури состоит из следующих операций:
помол в шаровой мельнице циркона с добавлением 0,25% плас-
тичной, например Веселовской, глины в течение 30—35 ч до ос-
татка на сите № 0056 не более 0,001%, затем вводятся остальные
компоненты и продолжается помол еще 16—18 ч при соотношении
материал : вода как 1:1 с остатком на сите № 0056 0,1—0,2%
при однократном обжиге. При раздельном обжиге на утель и поли-
той глазурь мелют тоньше.
Плотность глазурной суспензии, подаваемой накачиванием по
трубопроводу к местам потребления: для окунания—1,52—
1,57 г/см3, для пульверизации— от 1,6—1,62 до 1,7. Вводят в по-
мольный барабан сотые доли, процента карбоксиметилцеллюлозы,
декстрин, альгинат аммония и др. для улучшения клейкости гла-
зури по отношению к черепу.
В глазурь, идущую для вторичного глазурования, вводят ор-
ганический краситель —малахит зеленый, метилвиолет — для кон-
троля сплошности покрытия.
Глазурная суспензия проходит через феррофильтр и вибросито
с 26—30 отв./см2, направляется в сборники — пропеллерные сме-
сители; при заполнении глазурных чанов с пропеллерным смеси-
телем глазурь следует пропустить через вибросито. Необходим ре-
гулярный контроль глазури огневой пробой.
Появление мушки — темных точек окиси железа —в глазури
может иногда произойти по причине выпадения футеровки в по-
мольном барабане И обнажения металла.
Цветные глазури для санизделий получают добавлением к ос-
новной глазури при помоле красящих окислов в точно отвешен-
ных количествах и перемалывают смесь длительное время. Окись
кобальта 0,4—0,5% для голубых тонов добавляют в виде кар-
боната, осаждая СоСОз по реакции CoCla+NaaCOs; окись железа
0,2—0,3% —для цвета слоновой кости, окись меди —для зеленого
Глазурование умывальных столов, унитазов, бачков произво-
дится на конвейере в глазуровочной кабине с помощью пульвери-
затора (распылительного пистолета), позволяющего легко осу-
ществить переход от широкой струи к узкой в соответствии с раз-
мером глазуруемой поверхности. Глазурование унитазов и бачков
ведут также окунанием в чан с глазурью. Применяют конвейеры
тележечные, роликовые, сетчатые.
При автоматическом глазуровании с помощью сопел включение
последних в действие осуществляется самим изделием, входящим
в кабину. Так как при этом не все места изделия могут быть от-
глазурованы, на конвейере предусмотрена добавочная кабина
для ручной подглазуровки. Плотность подаваемой глазурной сус-
пензии для глазурования умывальных столов из полуфарфоровой
массы 1,68—1,7, для унитазов и бачков 1,5—1,55.
Длительность .'глазурования умывальных столов пульвериза-
цией 25—50 с, унитазов окунанием 3—4 с. Примерный расход
глазури при пульверизации 0,8—1,0 л/мин, давление воздуха 2—
4 ат, резервуар с глазурью на 300—500 л. Слой глазури на изде-
лии после обжига 0,2—0,4 мм.
Возвратный отход глазури при пульверизации не менее 40%.
Глазурование умывальных столов пульверизацией осуществлено
в конвейерном агрегате НИИстройкерамики производительностью
800 шт. в смену.
Конвейер состоит из двухцепного замкнутого тележечного
транспортера с непрерывным движением со скоростью 1,5 -м/мин,
с шагом между тележками 0,8 м. На конвейере расположены, ка-
бины автоматического глазурования с рабочими местами и одна
кабина для подглазуровки, действующая в случае необходимости.
На нижней ветви конвейера размещен участок мойки ходовой
части для удаления остатков глазури.
Давление сжатого воздуха 2—3 ат. Установочная мощность
(без двигателей растворонасосов) 10,7 кВт. Расход воздуха
6 м3/мин. Длина конвейера 19,4, ширина 2,2, высота 3,0 м, масса
5 т. Количество обслуживающего персонала 6 человек.
Более эффективно и экономично дисковое распыление глазури,
принятое в линиях на ряде отечественных заводов и вносимое
в проекты новых предприятий.
Шлифовка обожженных санитарных изделий*. По санитарным
Йормам неглазурованные поверхности изделия, соприкасающиеся
со стеной или с арматурой, должны быть отшлифованы на чу-
гунной планшайбе с подливанием воды с песком. Изделие кре-
пится индивидуально пневматическим зажимным устройством.
Шлифовальные карборундовые круги (сегменты) диаметром
200—320 мм укреплены в шлифовальных головках и расположены
соответственно поверхностям, которые надо сощлифовать. Шли-
фовка производится торцевыми поверхностями кругов. Охлажде-
ние—водой. Шлифовальная машина ЧССР карусельного типа .и
работает непрерывно. Такая же машина фирмы «Нетцш» с перио-
дической закладкой шлифуемых изделий в шлифовальный станок
или в камеру, и её паспортная производительность по столам —
ниже. В машине фирмы «Нетцш» умывальник имеет возвратно-
поступательное движение на расстоянии 1200—2100 мм вдоль вер-
тикальной плоскости шлифовального круга диаметром 900 мм
с сидящими на нем абразивными сегментами, которые шлифуют
вертикальную стенку умывальника.
Для шлифования в станке фирмы «Нетцш» постамента уни-
таза последний устанавливается на плоскость шлифовального
круга диаметром 310 мм, на котором закреплено 9 абразивных
сегментов. Пуск станка производится автоматически; при этом
Дверца цилиндрической камеры шлифования закрывается. Экс-
плуатационный срок абразивных кругов до полного их износа
при шлифовании фарфора — 20—28 смен.
Помимо отмеченных, известны станок фирмы «Дорст» с го-
ризонтальным шпинделем и горизонтально перемещающимся
столом для шлифования постамента унитаза производительностью
до 20 шт./ч, станок фирмы «Дискус-Верке» (ФРГ) производитель-
ностью 4—5 унитазов в 1 ч; станок фирмы «Соэст» (ФРГ) для
шлифования задней стенки столов 13—15 шт. в 1 ч.
ВНИИстроммаш сконструировал универсальный шлифоваль-
ный станок (СМ-1234) с автоматическим сошлифовыванием задан-
ной толщины изделия и подъемом шлифующей головки после окон-
чания шлифования. Проектные данные таковы: производитель-
ность — 25—40 шт./ч при съеме слоя до 4 мм, установленная мощ-
ность 19,5 кВт, расход воды для охлаждения 15 л/мин, масса 5,2 т.
Абразивный круг — из черного карбида кремния зернистостью
от 40 до 80 на бакелитовой связке, твердостью СМ1—СМ2.
Частота вращения круга 1500—1700 об/мин, скорость подачи
изделий 8—10 м/мин, толщина снимаемого слоя за один проход
0,15—0,20 мм.
Приводим некоторые показатели производства, по данным
Гипростройматериалов.
СМ-462А
О Л6
336600
655 900
395 000
465000
Плотность загрузки в подвялочной камере на конвейере СМ-
461А 22,9 кг/м3, на конвейере СМ-462А 9,7 кг/м3, в сушиле СУ-2
унитазы —4—26 кг/м3, умывальные столы — 0,87 кг/м3, в конвейер-
ном сушиле для бачков 36,2 кг/м3. Сроки сушки в СУ-2: унитазов
18,2 ч, столов 18,2 ч, бачков 1,5 ч, гипсовых форм 24—48 ч.
Запас глины для северных, центральных и восточных районов—
на 3 мес. для южных —на 2 мес, каолина —на 2 мес, песка —
на 2 мес, полевого шпата — на 2 мес. Площадь склада берется из
расчета 200 м2 на каждые 1000 т сырья.
Производственные отходы составляют: при оформлении изде-
лий—2%, при сушке — 4,5%, при глазуровании — 1 %, при об-
жиге—6—8%. Потери сырья при подготовке —2%, при изготовле-
нии массы — 3%, при изготовлении глазури — 2%.
319
ОБЖИГ ИЗДЕЛИЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ
Общие сведения. Несмотря на большие успехи, в развитии кон-
вейерных щелевых (рольганговых и сетчатых) печей для обжига
облицовочных плиток и плиток для пола, подавляющее количество
этих изделий пока еще обжигается в туннельных печах. Главная
причина состоит в том, что ликвидация большого количества
туннельных печей с заменой их более прогрессивными рольганго-
выми требует Значительных затрат. Новые и реконструируемые
заводы оснащаются поточно-конвейерными линиями с роликовыми
или сетчатыми щелевыми печами. Некоторые предприятия уже
осуществили демонтаж туннельных печей. Качество плиток (для
пола и фасадных), обжигаемых в таких печах, выше, чем при
обжиге в туннельных. В среднем выход изделий I сорта в щелевых
печах составляет: облицовочных плиток — 40—70%, фасадных пли-
ток— 93—97%, плиток для пола —93—95%, т. е. в 2—3 раза
выше, чем в т-уннельных печах. Канализационные трубы и сани-
тарные изделия обжигают в туннельных печах однократно.
Общая характеристика туннельных печей по их эксплуатацион-
ным показателям приведена, по Беренштейну [345], в табл. 73.
Как видим, удельный съем плиток для пола с 1 м3 печного канала
при обжиге в капселях значительно выше, чем без капселей, в связи
с тем, что длительность обжига в печи Гипростройматериалов
почти, в 2 раза меньше; кроме того, печь короче; велика масса фу-
теровки вагонеток и в абсолютном значении, и в отношении
к массе обжигаемых изделий, в особенности велика масса пода
при обжиге санитарных изделий. Большая масса футеровки пода
связана с недостаточным развитием теплоизоляционных свойств
огнеупорного пористого кирпича. Поэтому расход тепла на нагрев
пода вагонеток и припаса весьма высок, как это показывают дан-
ные тепловых балансов, приведенных далее в табл. 74.
По разнице ст. 8 и 6 в табл. 74 видно, что прогрев вагонетки
при обжиге канализационных труб требует Чз общего расхода
тепла; при обжиге облицовочных плиток расходуется 2/s тепла на
нагрев пода и припаса; при обжиге санитарных изделий более
% общего расхода тепла используется не на обжиг изделий. По-
этому полезное использование тепла в туннельных печах для са-
нитарных изделий составляет менее 10%, но поднимается до 43%
при обжиге канализационных труб.
Из табл. 74 видно также, что степень использования горячего
воздуха из зоны охлаждения только в двух печах составляет 21—
32%. В то же время количество отбираемого из печи воздуха дол-
жно составлять не менее 70% от количества подаваемого для ох-
лаждения. Из опыта эксплуатации печей известно, что темпера-
тура выгружаемых изделий, достигающая 150°, недопустимо вы-
сока, что требует организации дополнительного охлаждения изде-
лий вентиляторами.
В отношении количества рециркуляционных газов, обеспечи-
вающих лучшее выравнивание температуры по высоте, рекомен-
дуют принимать при расчете 2—3 м3 на каждую тысячу килока-
лорий тепла, расходуемого по ст. 6 баланса (табл. 74) в случае
подачи отработанных дымовых газов (замкнутая рециркуляция).
При рециркуляции горячего или холодного воздуха (разомкнутая
рециркуляция) количество отбираемых газов рекомендуют уве-
личивать до 12—14 м3 на каждые 1000 ккал.
Место отбора дымовых газов определяют па позициях, более
близких к месту ввода вагонетки, лучше на 2, 3, 4, чем па 7, 8, 9
позициях. Количество воздуха и место расположения воздушной
завесы рекомендуется назначать так, чтобы температура на бли-
жайшей после завесы позиции была 600—650°. Это соответствует
вводу 4—5 м3 па каждую 1000 ккал тепла, содержащегося в на-
гретых изделиях и вагонетках при конечной температуре обжига.
Расход топлива, как известно, возрастает с повышением тем-
пературы обжига. Характер этого возрастания виден из такого
ряда данных, если принять расход условного топлива 1,56 кг/кг
при Обжиге на 1270° за 100%: при 1100° — 71%; при 1150° —83%,
при 1220° —90%.
Зависимость между продолжительностью обжига г, ч, и удель-
ным расходом условного топлива Qm, кг/кг обожженных изделий,
принимают для обжига до 1270° по уравнению
lg Q„ = 0,621g z. (26)
Длина L, м, туннельной печи может быть определена по урав-
нению
(27)
L= [М : (330-24)][1 + (а: 100)]• zl(F• ft),
где М—заданная годовая производительность печи, шт;
а — процент брака при обжиге;
F — площадь поперечного сечения рабочей части туннеля.
ft—плотность садки, шт./м3, рабочей части туннеля;
z — длительность обжига и охлаждения, ч.
Соотношение зон в туннельной печи может быть принято (по
опыту керамической промышленности в ЧССР [346]) таким, как
указано в табл. 75.
Плотность садки, кг/м3, принимается, по тем же данным, такая:
Строительный кирпич....................... 1000
300—350
900—1000
850 950
700—800
80-100
Хозяйственный фарфор
Скоростные режимы обжига. Подсчет длительности скорост-
ного обжига и охлаждения керамического изделия в окислитель-
ной среде и в однородном температурном поле можно осущест-
ные обстоятельства, опреде-
ляющие процесс обжига и
охлаждения. Обстоятельст-
ва эти следующие.
1) Предельно допусти-
мая интенсивность реакций
дегидратации, окисления,
декарбонизации.
2) Предельно допусти-
мая интенсивность образо-
вания стекловидной фазы и
диффузии ионов алюминия
и кремния в стеклофазу.
3) Допустимая величина сжимающих напряжений снаружи из-
делия и растягивающих — внутри изделия до начала огневой
усадки и образования стеклофазы.
4) Допустимая скорость охлаждения обожженных изделий,
когда в наружных слоях изделия появляются растягивающие на-
пряжения, а во внутренних — сжимающие, считая от состояния
отверждения жидкой фазы.
5) Допустимые напряжения, связанные с изоморфными превра-
щениями реликтов кварца и кристобалитовой фазы в черепе.
6) Влияние формы и размеров изделия.
В некоторой мере эти обстоятельства учитываются уравне-
ниями Деликйшкина и Доброхотова — Семенюка [256].
Уравнение (28) позволяет определить допустимую скорость на-
грева (в’С/ч):
»„ = [3аадоя.(1—И)]/(Е?«Кв«), (28)
где а — коэффициент температуропроводности, m’/h.XIO-4;
Одой — допустимое напряжение при изгибе, кг/см2;
ц — коэффициент Пуассона; ц=0,3;
Е — модуль упругости, кг/см2;
а — коэффициент термического расширения ХЮ-6;
К — коэффициент формы для пластины, равный 0,5, для
куба — 0,221, для цилиндра —в зависимости от отноше-
ния H/D:
НЮ
0,2 0,225'
б— толщина, м.
Уравнение (29) позволяет определить скорость охлаждения v„:
v„ = [3aa„on.(l-il)]/(2EaK62). (29)
ИИКтажмер. Рассчитаем' допустимую'скорость нагрева и охлаждения канали-
зационных труб диаметром 2 м, высотой 2 м и толщиной стенок 0,1 м; состав
массы шамота 40 %, • глины — 60%.
Расчетные параметры приведеныв^табл.- 76 по .данным для Шамотной массы
(800— L25O0); 2) по длительности отверждения жидкой фазы в” черепе (12^0—
(600—500°); 4) по прохождению этапа а — Р-кристобалит (300—200?). Таким об-
разом, расчет режимных длительностей подъема и снижения температуры можно
сделать комплексным — расчетным частично по уравнениям (28) и (29) и ча-
стйчнб-по опытным данным. Кроме того, изменим несколько расчетные интервалы
температур для того, чтобы избежать попадания расчетных пределов в области
полиморфных превращений. Эти интервалы указаны в табл. 76;
t>B = (e-18.9-0,7-10-4)//10-e'S.90-103-(),2-'0,la).
I? Комплексный метод расчета режима дает возможность внесе-
•'Иия довольно растяжимых поправок на пока не поддающиеся рас-
чету этапы, но режим может быть уточнен, если исследовать ки-
Несколько иной метод расчета, также без учета кинетики ре-
акций в этапах а—p-кварца -и а— р-кристрбалита, изложен Берен-
штейном. Подсчеты по его параметрам [345] дают слишком не-
больших диаметров.
Обжиг труб и замечания по конструкции туннельных печей.
Влажность поступающих на обжиг труб должна быть не более
2%. При более высоких влажностях и быстром подъеме темпе-
ратуры возникает опасность быстрого развития значительных ко-
личеств пара в теле трубы, что сопровождается своеобразными
взрывами в изделии и отделением кусков трубы («облойки»).
В особенности трубы больших размеров требуют замедленного
проведения нагрева на первых позициях туннельной печи,
Опасен и второй этап выделения воды (конституционной), что
также связано с ослаблением прочности изделия; могут возник-
нуть трегцины на плечиках. Поэтому предусматривается замедлен-
ный подъем температуры в интервале 450—700°, что полезно
также, если учесть реакцию р—а-кварц и снижение прочности че-
репа в области 450—600° на 10—20%.
Рассмотрение режимов обжига труб в туннельной й периоди-
ческой печах и вариантов садки труб сделано Зайонцем и Лебе-
девым [347].
Начиная примерно с 100d° в черепе происходит, заметное раз-
витие стекловатой фазы, и прочностные характеристики мате-
риала труб, в частности а и Е, резко уменьшаются. Увеличенное
нические характеристики, и трубы с увеличенным содержанием
стекловатой фазы (обожженные при более высоких температур
рах) менее термостойки, требуют более осторожного охлаждения
на этапе отверждения стекла. Обычное количество стекловатой
фазы — 45—55% от объема черепа.
Ориентировочный режим для обжига в туннельной печи круп-
Возможность ускорения обжига труб небольшого диаметра —
до 400 мм — исследована ПКБ НИИстройкерамики. Для лучшего
заполнения печного объема труба вставлялась в трубу. При ис-
иефтехим с подачей 35 тыс. ккал/ч (8500 м3/ч газа), обладающей
широкими маневренными возможностями в пределах до 1150°
(температура плавления сплава ниппеля горелки), оказалось воз-
можным обжечь трубы указанного диаметра за 6,5 ч (0,5 ч —
выдержка при 1130—1140°) и охладить за 6,5 ч.
На рис. 98 показана такая горелка. В ней 1 — смеситель с нип-
пелем, показанным в разрезе; 2 — переход; 3— короб; 4 — обе-
чайка; 5 —пористая кордиеритовая насадка.
Поверхностные беспламенные горелки и методика расчета рас-
смотрены Равичем [348].
Конструкции туннельной печи. Туннельная печь на 53 позиции,
по проекту Южгипроцемента, для ускоренного обжига канализа-
ционных труб при температуре обжига 1160° имеет рециркуляцию
дымовых газов на позициях 4, 5, 6, 7, 8 с отбором дымовых га-
зов в двух местах: с 1-й по 13-ю позиции — для рециркуляции и
с 10-й позиции —для завершения замедленного подъема темпе-
ратуры к 430°.
Газовые горелки размещены на позициях 21—30. Воздушные
завесы предусмотрены на 28, 29, 30, 31 позициях. Отбор горячего
воздуха для сушки — на 39, 43, 45 позициях. Дополнительное ох-
лаждение— особым вентилятором вне печи.
На Щекинском заводе «Кислотоупор» действуют туннельные
печи для обжига канализационных (малых и среднеразмерных)
труб. Показатели таковы: длина (с входной камерой) 139 м, ши-
рина по зоне подогрева 5,89 м, высота по плитам печных вентиля-
торов 4,625 м. Рабочий канал имеет длину 136 м, ширину в свету
3 м, высоту до замка свода от головки рельса 3,308 м, от раз-
витого пода 2,147 м. Рабочий объем канала 671 м3. В печи 45 ва-
гонеток. На обжиг расходуется 472 м3/ч природного газа; услов-
ного топлива — 152 кг на 1 т годной продукции. Производитель-
ность 31 500 т/год. Обжиг длится 45 ч.
Особый интерес представляет туннельная печь для обжига
большеразмерных труб (до 2 м в диаметре). Такая печь постройки
фирмы «Кремер — Анлагентехник» в прежнем варианте имела ши-
рину 4 м; описание ее конструкции в общих чертах приведено
в [346]. Размещение импульсных горелок было осуществлено в ка-
нализированном поду. Колосниковая структура пода обеспечи-
вала подачу тепла снизу. Для устранения влияния тяги и лучшего
выравнивания теплового поля по высоте в зоне подогрева были
применены приемы местного и смешанного (на одну-две ваго-
нетки) переброса тепловых потоков, производимого с помощью
вентиляторов (вместо завес, которые не могут обеспечить доста-
точное перемешивание газов внутри обжигаемых труб).
В печи Кремера газ забирался из верхней части печного канала
и перебрасывался вентилятором на расстояние, соответствующее
длине одной вагонетки, вниз навстречу движению вагонеток, что,
однако, мало содействовало выравниванию поля [349]. Зона ох-
лаждения была обеспечена водяным охлаждением (рис. 99) в виде
змеевиков в своде, прикрытых щитками-жалюзи из жаростойкой
стали; такое прикрытие позволило отрегулировать охлаждение
согласно режиму обжига и было использовано в новой конструк-
ции печи Кремера.
В схеме конструкции печи Кремера (рис. Г00) продукты горе-
ния отводятся' в начале зоны обжига 1 с тем, чтобы войти в печь
снова на протяжении зоны подогрева 2 и, пройдя в направлении
движения изделии, уити в те же окна в боров 3. Благодаря этому
уменьшается разрежение в печи, облегчается управление аэроди-
намическим режимом в зоне подогрева и обжига и выравнивается
температурное поле.
По системе водяного охлаждения в новой печи проходит под
давлением в 1 ч около 30 м’ воды с температурами на входе 140°,
на выходе 160°. Эта вода используется в сушилах для нагрева
теплоносителя. Водяное охлаждение значительно уменьшило по-
требность в площади.
Длина такой печи 80 м, высота канала 2,5 м, производитель-
рость движения вагонов 1 м/ч, на колосниковом поду вагона раз-
мещается 15 т труб, с подсадными кольцами.
щую более низкую трубу укладывают подкладочное (подсадочное)
кольцо с четырьмя внутренними выступами, благодаря которым
сохраняется связность из двух труб и обеспечивается прохожде-
ние пламенных газов между обеими трубами. Смежные установки
труб соединяют перекидны-
ми «скобами» из сухой ке-
рамической массы.
При установке труб на
печную вагонетку применя-
ют выстилку пода полоска-
ми сырой массы, на кото-
рую устанавливают сухие
подсадочные кольца. Такая
система обеспечивает вы-
равнивание труб.
Подача топлива (нагретого, например, до 130° мазута) к рас-
пылительным импульсным горелкам «АТОН» осуществляется при
давлениях 100—120 ат с помощью цилиндровых насосов — одного
на 2, 3, 4, 6 горелок. Расход топлива на 1 горелку от 1,5 до 10 кг/ч.
Частота импульсов от 300 до 3000 в 1 мин. Такая частота обес-
печивает полное сгорание мазута в печи. Горелки устанавлива-
ются в стенах печи под углом к оси канала около 8°. Длина факела
пламени регулируема.
Периодические печи для обжига труб весьма неэкономичны
ни по расходу топлива, ни по обслуживанию, ни по удельному
съему. Так, периодическая печь объемом 250 м3 дает на 6 оборо-
тов в месяц 4000 т труб; обжиг длится 76—80 ч (на 1180°) и тре-
бует около 420 кг условного топлива на 1 т труб против 140—
170 кг условного топлива на 1 т труб в туннельных печах (малой
ширины 1850 мм и длины 109 м), в которых обжиг длится 29—32 ч.
По данным недавно построенного румынского трубного завода
(строительства фирмы «Бухталь»), -——
(газа) на 1 т труб в туннельной
печи фирмы «Ридгаммер» такого
же порядка (см. ниже)—180 кг;
кроме того, на 1 т труб тратится:
пара 90 кг, воды 6,35 м3, воздуха
145 м3 и электроэнергии 151 кВт. -
На заводе «Бад-Шмидеберг»
(ГДР) постройки 1964 г. тратится
140—145 кг условного топлива (га-
за природного) на обжиг 1 т труб
малого диаметра в туннельной пе-
чи (120 м) при 1180°. Обжиг длится
60 ч, применены импульсные го-
релки. Трубы подсушиваются в спе-
циальных камерах до 1% остаточ-
расход условного топлива
Из других конструкций зару-
бежных туннельных печей для об-
жига труб привлекает внимание
печь фирмы «Ридгаммер» (ФРГ).
Эта печь па 40 позиций, длиной
108 м Г-образного вида (рис. 101)
состоит из четырех зон. I — на три
позиции; производится обсушка
(20—80°) глазурованных «по сыро-
му» труб. Далее следует перекаты-
вание вагонеток во II зону на де-
вять позиций для подогрева до
800°; III зона —с 13-й по 18-ю по-
зиции—зона обжига до 1180°; IV зона — с 19-й по 40-ю пози-
ции — охлаждение. В зоне обжига — по 2 боковые горелки для
газа (<Э=8500 ккал/м3) на позицию, на 18-й позиции —4 боковые
Зона охлаждения состоит из трех подзон: 1000—600° — быстрое
охлаждение холодной водой; 600—350° — медленное охлаждение
горячей водой (150°); 350—60° — воздушное охлаждение с по-
мощью четырех малых вентиляторов. На 35-й позиции отбирается
горячий воздух и перебрасывается в I зону для обсушки глазури
на трубах, На рис. 101 показаны: / — ванна с парафином для об-
макивания неглазуруемых концов труб; 2 —ванна для погруже-
ния труб в глазурную суспензию; обслуживание — передаточной
тележкой; 3 — кран для захвата труб и перестановки их на печную
вагонетку; 4 — кран для разгрузки; 5 — печная вагонетка перед
закатыванием в 7 зону печи; 6— вагонетка с обожженными тру-
бами.
Ускоренный обжиг. Для осуществления ускоренного обжига
труб, плиток Для пола, санитарных изделий, облицовочных пли-
ток однократного обжига ПКБ НИИстройкерамика рекомендовало
использовать в действующих туннельных печах входную камеру
для досушки в качестве температурного буфера (120—-200°), пре-
пятствующего проникновению в печь хо-
лодного воздуха во время проталкивания
вагонеток. Кроме того, рекомендуется осу-
ществлять отбор дымовых газов на первых
позициях, применить по своду печи ввод
рециркуляционных потоков дыма на участ-
ках 100—200° и 400—650°, усилить подогрев
низа садки путем замены камерных (высо-
той до 650 мм) топок щелевыми (высотой
до 320 мм) и направив продукты сгорания
в канализированный под вагонеток; орга-
низовать с помощью воздушных завес через
свод и боковые окна три участка охлажде-
ния; использовать в рабочем цикле камеры
выгрузки и увеличить мощность всей вен-
тиляционной системы. Рекомендуется так-
же применение жароупорных вентиляторов
для рециркуляции газов в зонах подогре-
ва и охлаждения на участках 300—700° и
700—300°.
Эффективность этих мер можно усилить,
учтя физико-химическую сущность реак-
ций, протекающих в керамике при обжиге.
Полимерные уплотнители труб. Система
полимерных уплотнительных круговых
вкладышей, вводимых по особой техноло-
гии в раструб трубы после ее изготовления,
исключает необходимость в прежних приемах уплотнения труб
при их укладке и стыковке на стройке. Материал вкладышей —
полиуретан и полистирол.
На рис. 102 показаны некоторые разновидности уплотнения:
а) сочетание двух пластмассовых колец и резинового между
ними;
б) только пластмассовые кольца, обеспечивающие герметиза-
цию стыковки труб; удобны для большеразмерных труб;
в) профильные уплотнения; удобны для малых труб.
Сущность технологии нанесения уплотнительных колец состоит
в следующих операциях: 1) нанесение распылителем клея «прей-
мера», обеспечивающего прочную связь уретанового кольца с ке-
рамическим черепом; 2) вкладывание кольцевой металлической
формы в раструб; 3) нагрев концов трубы; 4) впрыскивание за-
ззо
ние пластмассы; 6) съем форм и выдача трубы в общий поток;
7) Очистка форм. Эти семь операций механизированы на кон-
вейере «Атонатик», имеющем произ'водительность за смену 1500
труб диаметром до 400 мм. Обслуживают конвейер 11 человек.
Обжиг плиток для пола. Так как плитка должна иметь боль-
шую плотность, то скорость обжига должна, быть выдержана
прежде всего в соответствий со скоростью дегидратации глины —
связки.
Исследование Беренштейном и Боевой [350] дегидратации двух
плиточных масс: одной — для литья (часов-ярской глины 60%,
песка и нефелинового сиенита 12%), другой — для полусухого
прессования (смесь никифоровской и часов-ярской глин по 50%) —
показало, что реакция эта в зависимости от времени и темпера-
туры выражается уравнением кинетики первого порядка в широ-
ком пределе температур (600—900°).
Судя по константе скорости дегидратации, способ изготовления
массы практически не влияет на скорость дегидратации начиная
с 500°, однако оказывает влияние на прочность черепа; шликерный
способ дает череп на 100 кг/см2 прочнее при изгибе — порядка
430 кг/см2 [351].
Так как используемые глины нередко содержат заметные ко-
личества . FeaOs, то при-быстром обжиге плиток в рольганговой
печи наблюдается образование черной сердцевины. Исследование
этого вопроса Беренштейном показало, что интенсивное образова-
ние черноты в связи с образованием магнетита (по заключению
Грум-Гржимайло) происходит при 1000—1200° как результат ча-
Для устранения черноты предложено осуществлять замедленный
подъем температуры после 700 до 1000° для окисления FeO и по-
вышение газопроницаемости массы для лучшей диффузии кисло-
рода воздуха в череп.
Скоростной режим обжига предложен такой: подъем до 700° за
7 мин, с 700 до 1050° — еще за 21 мин и довести до 1220° к 30 мин.
При однорядном обжиге получасовой нагрев плиток осущест-
вим, но лишь в лабораторных условиях. Промышленный скорост-
ной обжиг плиток для пола определен за 40 мин.
Решение вопроса о скоростном обжиге плиток (и других плот-
носпекающихся изделий) определяется прежде всего минералоги-
ческим составом глины. Куколев и Лисовская [352], а также Лун-
дина отмечали, что увеличение скорости нагрева каолинито-гидро-
слюдистых глин благоприятствует уплотнению черепа из них,
тогда как у каолинито-монтмориллонитовых глин проницаемость
черепа увеличивается.
Исследование этого вопроса Павловым [353] подтвердило ранее
известные сведения о влиянии минералогического состава глин на
результаты скоростного обжига и добавило существенное указа-
ние относительно того, что монтмориллонито-каолинитовые глины
лишь со значительной добавкой полевого шпата могут дать кисло-
тоупорный плотный череп. Кристобалит, возникающий при распаде
монтмориллонита (уже с 1000°), разрыхляет череп и ухудшает его
прочность и стойкость. Присутствие плавней — щелочей ослаб-
ляет действие кристобалита.
При быстром подъеме температуры растворение кварца и ме-
такаолинита в полевошпатовом расплаве не успевает развиться,
стеклофаза еще не становится достаточно вязкой и количество ее
будет меньше, чем при медленном подъеме температуры. Поэтому,
по Павлову, быстрый обжиг благоприятствует спеканию именно ка-
ол инито-гидросл юдистых глин, но не каолинито-монтмориллонито-
вых и даже сами каолинитовые и каолинито-монтмориллонитовые
глины не пригодны для изготовления кислотоупоров. По-видимому,
связь между развитием пировязкости глины и интенсивностью ее
спекания определяет прочность изделия. Поэтому повышение ско-
рости обжига и охлаждения спекающихся плиток для пола допу-
стимо лишь до некоторых пределов, устанавливаемых в конечном
итоге опытом. В связи с этим предостережение, высказанное Эйду-
ком, Калныньш и Лукстипь [354] относительно нецелесообразности
чрезмерного ускорения обжига плиток для пола (из бескарбонат-
ных девонских латвийских глин) справедливо.
Промышленный режим скоростного обжига плиток для пола
в капселях в туннельной печи Гипростройматериалов на 1160° при-
веден на рис. 103. При бескапсельном обжиге плитки размещаются
на полках этажерок пачками высотой по 20—24 шт. Сами же эта-
жерочные плиты рекомендуют готовить из кордиеритовой массы
размерами 660X475 и 300x465 мм, толщиной 70 мм. Оборачивав- ‘
мость их до 20 циклов.
Чтобы оградить плитки от действия факела пламени, вызываю-
щего появление на них выплавок и пятен, целесообразно развивать
пламя в канализированном поду или экранировать пачки плиток
особыми плитами. Важное условие режима в начале обжига во
избежание появления трещин состоит в усиленном газообмене
в печи — отвод водяного пара и мягкий подъем температуры.
332
Обожженные плитки имеют слабую степень муллитизации, их
объемная масса — от 2,23 до 2,40 г/см3. Пережог характеризуется
Вздутиями черепа и оплавлением кантов плитки.
Обжиг в капселях (например, 350x350 мм) с укладкой 52—
58 плиток 100X100 мм, что близко 0,5 м2 поверхности плиток, эко-
номически невыгоден.
Перспективность обжига плиток для пола в скоростных щеле-
вых однорядных печах, по-видимому, почти не оспаривается, но ре-
шение этой задачи иногда затруднено подбором стойкого материала
для подвижного пода печи. В печи Л. Ридхаммера (тип 7S 60/70)
обжиг мелких плиток для пола производится на салазочных пли-
тах при температуре 1150°; длительность обжига 1 ч, обогрев га-
зом, легким маслом, электроэнергией. Производительность 750 м2
мелких плиток за 1 сут, расход тепла 180000 ккал/ма. С печью свя-
зано короткое щелевое сушило для доведения плиток до абсолютно
сухого состояния.
Обжиг глазурованных плиток. Прежняя заборка плиток в ша-
мотный короб состояла в установке их в вертикальном положении
(«на ребро») на полозки-выступы на дне короба и в выемки «гре-
бенок» по стенкам короба. Установленные попарно тыльными сто-
ронами глазурованные плитки довольно устойчивы, и короб, со-
держащий 40 плиток, может быть поставлен на выступы ниже-
стоящего короба, образуя систему ставки — 48 коробов на ваго-
нетку туннельной печи.
Однако такой способ обжига длителен (28—30 ч), экономиче-
ски маловыгоден, часто сопряжен с появлением дефектов — следов
от гребенок, затекания глазури к низу плитки и др. Поэтому в по-
следние годы были исследованы условия перевода на одноряд-
ный (по высоте) скоростной, длящийся в течение нескольких де-
сятков минут обжиг [355].
При нагревании вода выделяется из сухого материала плиток,
как известно, дважды: во-первых, удаляется гигроскопическая
вода, а во-вторых, уходит конституционная вода из глинистых
материалов. Опыт показал необходимость высушивания плиток до
0,3—0,5% остаточной влаги, чтобы устранить «взрываемость» пли-
ток (от быстрого образования пара) в начале скоростного обжига.
Что же касается выделения конституционной воды, то оно проте-
кает довольно спокойно, ио требует замедления при подъеме тем-
пературы в области 500—700°.
При охлаждении требуется также замедлять ход охлаждения
при 600—400°. Выяснилось также, что коэффициент линейного рас-
ширения керамической массы плиток меньше при скоростном об-
жиге, чем при длительном, а именно: при 15-минутиом обжиге а=
=6,4-10-® против 7,6-10-® при 28-часовом обжиге. Впоследствии
появляется разница в величинах а черепа и глазури, возникает
массовый цек -на глазури. Поэтому скоростной обжиг вызвал не-
обходимость разработки новых составов глазури, подходящих не
только по величине а, но и по степени заглушеиности, так как бе-
лизна плиток после однократного обжига ухудшилась.
Выяснилось также, что глазури должны быть маловязкими,
чтобы успеть разлиться за короткий срок. Кроме того, определи-
лась необходимость создания задержки в процессе подъема темпе-
ратуры при 800—900° для того, чтобы обеспечить возможность уда-
ления гидратной влаги и не создать условие для появления «нако-
лов» на поверхности глазури. Требования к блеску и разливу гла-
зури не изменились.
В итоге был отработан режим скоростного обжига за 39 мин
при условии размещения плиток на рольганге печи без лещадок
или подложек. Температурная кривая этого режима выглядит не-
сколько необычно (рис. 104); надо иметь в виду, что сроки на-
грева, выдержки и ох-
лаждения требуют не
только учета минут, но
эти сроки могут заметно
измениться при переходе
на другой состав глазури.
Пунктиром на рис. 104
показано возможное уд-
линение выдержки для
устранения «рябизны» на
глазурном слое плиток.
Для подобных скоро-
стных обжигов требуется
надежная контрольная и
управляющая аппаратура
и высокая культура про-
изводства.
Роликовая печь, в которой производились обжиги плиток по
скоростному режиму, имеет длину 33,6 м, ширину канала 800 мм,
высоту 585 мм. В печи 580 роликов, шаг — 70 мм; топливо —при-
родный газ; плитки (150X150 мм) размещались в четыре ряда.
Производительность в сутки этой опытной печи составила 650 м2.
Обжиг плиток в печах фирмы «СИТИ». Большую известность
приобрели для обжига плиток многоканальные (от 1 до 48 кана-
лов) роликовые печи газового или электрического нагрева италь-
янской фирмы «СИТИ». Такие печи применяются для обжига как
облицовочных плиток, так и плиток для пола, для обжига посуды
из витриес-чайна, для обжига клинкера и для декоративных обжи-
гов. Максимальная температура 1280°, длина печей от 17 до 24 м.
На рис. 105 дан общий вид 24-канальной печи «СИТИ» с элек-
трическим нагревом. Перемещение скользящих лещадок с изде-
лиями производится механическим толкателем (на рисунке Толка-
тель не показан).
Поперечное сечение 12-канальной роликовой печи с газовым на-
гревом для плиток, установленной на Воронежском керамическом
заводе, показано на рис. 106, где 1 — часть жароупорного керами-
ческого ролика (для зоны обжига), состав ролика указан на
стр. 478,2—стойки, разделяющие каналы; Зи 4—вермикулитовая
изоляция. Диаметр ролика 54,5 мм, толщина стенок 5 мм. На ро-
лике с обеих его концов закреплены на болтах металлические ше-
стерни для общего цепного привода. Смена роликов осуществля-
ется через боковые окна.
Температурный режим обжига плиток приведен на рис. 107.
^Длительность обжига 3 ч. Водопоглощение глазурованных пли-
ток 16%.
Подача плиток на обжиг в системе «СИТИ» производится с по-
мощью передвигаемых вручную этажерочных контейнеров с ле-
щадками, на которых уложены плитки; емкость контейнера 40 по-
лок с лещадками. Эти контейнеры подвозятся к автомату пере-
движки, который смещает каждый ряд лещадок с плитками на
рольганг и далее в каналы печи. Аналогичный автомат — прием-
ник лещадок с обожженными плитками —- стоит у другого конца
печи. Производительность роликовых печей «СИТИ» порядка
275 мг плиток в сутки при 3 ч обжига. Такой способ обжига поз-
воляет получать плитки недеформированными, но требует органи-
зации производства лещадок и усложняет аппаратную схему.
Обжиг литых мозаичных плиток. Этот вид плиток обжигают на
огнеупорных плитах-подставках при 1000—1070° за 1,5—2 ч в мно-
гоканальной газовой печи [330]. Длительность обжига плиток в ро-
ликовых печах на лещадках доведена до 40 мин.
Рис. 107. Температурная кривая по длине печи
(в м) скоростного политого обжига плиток на за-
воде в Воронеже
Изменение состава плиток позволяет снизить температуру об-
жига до 940—960° при длительности 50 мин [321]. По опытам Бе-
ренштейна и Ермолаевой [334], длительность однократного обжига
мозаичных плиток сухого прессования 48x48 и 20X20, толщиной
4,5 мм из разнообразных масс (глины 50—60%, нефелинового сие-
нита 20%, остальное — песок и бой) с глазурным покрытием опре-
делилось в 25 мин при температуре около 900° и выдержке до
8 мин при этой температуре. Водопоглощение плиток составило
Плитки размещались на жаростойких сетках и подставках в ро-
ликовых печах — электрической и газовой. Опыт этот показал воз-
можность скоростного обжига таких плиток в автоматической
линии.
Расход электроэнергии на обжиг в среднем (кВт-ч/кг), по дан-
ным Муайе [356]:
на утель . .
» политой- .
Обжиг санитарных изделий. Действующие большегрузные тун-
нельные печи по проектам институтов Гипростекло и Гипрострой-
керамика (0,28—0,26 т изделий, при массе футеровки вагонетки
соответственно 2,3 и 1,4 т) рассчитаны на бескапсельный обжиг
изделий при 1280° длительностью 20,5 и 24,5 ч.
В новых туннельных печах санитарные изделия размещаются
в один ряд на подставках неодинаковой высоты (через одно из-
делие); обжиг происходит по скоростному режиму.
Бескапсельный обжиг довольно крупных глазурованных изде-
лий нуждается в обеспечении чистой газовой средой — без серни-
стого газа и сажистого углерода. Требуется бессернистое топливо
(поэтому мазут непригоден), и необходимы горелки полного сгора-
ния во избежание появления «задувок», наколов, вскипания гла-
При бескапсельном обжиге требуются также хорошая степень
сохранности свода и стен печного канала во избежание «засорки»,
внимательная обдувка изделий от пыли, тщательное покрытие плит
вагонеточных этажерок каолиновой суспензией.
Снижение температуры обжига вызывает неполноту реакций
стеклообразования и появления матовости глазури; резкое повы-
шение температуры при нагреве или недостаточная досушка из-
делия вызывают появление трещин— «рватье».
Развитие пламени осуществляют в канализированном поду
вагонетки.
Беренштейи, изучая вопрос о скоростном обжиге санитарных
изделий [345], пришел к выводу, что длительность обжига может
быть доведена до 16,5 ч при однорядной загрузке изделий; при
двухрядной загрузке рекомендуется увеличить длительность об-
жига на 20%.
Западноевропейские керамики считают эффективнее одноряд-
ный обжиг изделий в коротких (25 м) туннельных печах на при-
родном газе как более экономичном и «чистом»; в то же время по
технологическим причинам предпочтительно использование для
обжига электроэнергии, хотя это значительно дороже. По стати-
стическим данным капиталистических стран Европы, соотношение
цен на топливо таково: мазут—1, генераторный газ—1,2; при-
родный газ— 1,4; электрическая энергия — 4,9. По подсчетам зару-
бежных экономистов, электроэнергия для обжига керамики в ус-
ловиях Европы станет более дешевой и доступной не ранее 1980 г.,
когда вступит в строй большое количество атомных электростан-
ций, находящихся в настоящее время в стадии проектирования и
постройки.
Исследование Бутылевой [357] о возможности замены полу-
фарфора фарфоровой массой для производства умывальных сто-
лов показало целесообразность выдержки изделий при 1230—
1250° в течение 30—60 мин (но не более).
Расписание ускоренного нагрева и охлаждения приведено, по
Береиштейну, в табл. 77. Практически при обжиге на природном
газе (например, метана 79,8%, этана 1,4%, пропана 0,7%, бутана
0,2%, азота 17,8%) расход топлива составляет 170—250 м3/ч, про-
изводительность 0,6 т/ч, т. е. 2550—3750 ккал/кг.
Температурный „птераал, "С. Скорость на- Длительность, ч
С/ч интервал общая
20—200 220 ।
200—400 220 0,9 1 >9
400—900 220 2,3 4^2
900—1290 140 2,6 6,8 7,3
Выдержка при 1280 1280—700 275 0,5
700-450 60 1 2 13*,6
450-60 140 2,8 16,4
Ставка изделий на подину вагонетки 2300X1930X1220 мм (вы-
сота) достигает по массе 0,33 и даже 0,37 т; по количеству — по
39 изделий смешанного состава или до 29 — однообразного состава
(умывальники или унитазы). При ставке широко используются
шамотная сырая масса для выравнивания положения изделий,
подставки разного профиля, шамотный кирпич. Чтобы предупре-
дить слипание изделий с подставками, последние «белятся» — по-
крываются водной суспензией каолина.
Масса металлических частей вагонетки 1,1 т, масса пода до-
стигает 3 т, диаметр колес 440 мм, ширина колеи 1000 мм.
В конструкциях зарубежных туннельных печей при обжиге
Санитарной керамики иногда несколько иначе решается задача
теплообмена. Наряду с печами открытого огня действуют муфель-
ные. На рис. 108 показана печь фирмы «СИТИ» для скоростных
обжигов с боковыми муфелями 1 и 2, образованными общеизвест-
ными элементами Дресслера, запатентованными еще в тридцатых
годах. Вагонетка имеет развитой под, обеспечивающий хорошую
тепловую изоляцию, и верхние поперечные каналы для прохожде-
ния пламенных газов в зоне подогрева в варианте полумуфельной
печи. Показанная на рис. 108 лечь предназначена для однократ-
ного обжига санитарных изделий из низкотемпературного фар-
фора (витриес-чайна), а также фасадных плиток, посуды из вит-
риес-чайпа, т. ё. до температур порядка 1280°. Длина печи от 63,5
до 116,5 м, высота канала 0,75 м, ширина от 0,9 до 1,4 м.
При ширине вагонетки муфельной печи не более 1,2 м уста-
навливать изделия на пей не следует выше полутора — двух яру-
сов во избежание аварий этажерок. Длина печи рекомендуется не
менее 100 м, а соотношение длин зон 40 20:40. Производитель-
ность такой печи при однократном обжиге может достигать
800 шт./сут. Участок печи от 1200 до 900° с быстрым охлаждением
обеспечивает подачу горячего воздуха в зону подогрева при 800°
(отверждение глазури) и при 600° —охлаждение весьма осторож-
ное. Контроль температуры рекомендуется проводить по приборам,
обеспечивающим надежность регулирования ±5°, если печь не
обеспечена автоматической регулировкой.
' Заглазурованные необожженные изделия, находящиеся дли-
тельное время в цеху, необходимо прикрывать полиэтиленовой
пленкой.
Ввод вагонетки с изделиями в печь не должен нарушать тем-
пературный режим. Рекомендуют на каждую третью вагонетку
устанавливать пироскопы для наблюдения в «глазок» за состоя-
нием изделий, позволяющие контролировать разлив глазури.
Так как в продуктах горения содержание SO3 может быть за-
метно увеличенным из-за десульфуризации примесей гипса в че-
репе, необходимо предусмотреть быстрый и в надлежащем месте
отвод этих продуктов из печного канала и не устанавливать из-
делия на вагонетке слишком плотно. Реакция SO3 с окисью каль-
ция в глазури может вызвать образование сульфата кальция, по-
вышающего температуру разлива глазури. Кроме того, SO3, реа-
гируя с аммиаком, выделяющимся при сгорании некоторых видов
топлива, дает сульфат аммония, кристаллизующийся при 700° на
своде печи, и бисульфат аммония, кристаллизующийся при 180°.
Скопления кристаллов могут падать на изделия и вызывать по-
явление дефектов на глазури.
В зарубежной практике «отход» после обжига не более 3%;
возвратный брак, ликвидируемый шлифовкой, промазкой, повтор-
ной глазуровкой дефектных мест и повторным обжигом изделий
в другой туннельной печи (с более плавным режимом) может до-
стигать 20%.
Наряду с импульсными начинают применять панельные го-
релки; ими можно обеспечить равномерный нагрев изделий с раз-
ных сторон и создать условия для быстрого нагрева (обжига).
В связи с этим в зарубежных конструкциях скоростных печей для
обжига плиток, санитарных изделий и пр. намечается широкое
использование панельных горелок [358].
Модульные печи. Получают распространение малогабаритные
сборные «модульные» печи с электрическим и с газовым обогре-
вом. Строителем таких печей под названием «Викинг» выступает
фирма «Гиббонс» (Англия). Санитарные изделия размещаются на
огнестойких легковесных плитах, непрерывно передвигаемых с по-
мощью гидравлического толкателя по роликам, находящимся в зо-
нах подогрева и охлаждения; в зоне обжига они перемещаются
по поду из огнеупорных плит. Длина печи 35 м, ширина 0,92 м,
высота 0,72 м, производительность 270 шт./сут, установочная мощ-
ность 300 кВт, длительность обжига и охлаждения 12 ч [359].
Преимущество таких печей — малая масса, возможность не-
обычно быстрой сборки на любом этаже, так как фундамент не
требуется, малая тепловая инерционность, позволяющая останав-
ливать печи на праздничные дни без создания запаса изделий на
вагонетках. Можно сравнительно легко изменять количество мо-
дульных элементов печи по зонам и сообразно этому — изменять
длину печи и ее производительность.
РАЗДЕЛ IV
ФАРФОР, ФАЯНС, МАЙОЛИКА
ФАРФОР
Общие сведения. Отличительные признаки фарфора — белый
цвет, отсутствие пористости, прочность, термостойкость и химиче-
ская стойкость — определяются как составом исходного сырья, так
и технологией его обработки; от хозяйственного фарфора требу-
ется также просвечиваемость.
Фарфор известен в Китае с периода Хань (206 г. до н. э.— 221 г. и. э.). Раз-
личают такие периоды в китайском фарфоровом производстве: Тан (618—907),
Сун (960—1279), Мин (1367—1643), К’анг-Хси (1662—1722), Чьен-Лунг (1723—
1795) и новый —с 1795 г. Своего расцвета в развитии формы и декорировки
фарфор достиг в период К’анг-Хси.
Редко встречаемый благоприятный состав „фарфорового камня" (нан-кан*),
весьма большие запасы которого находятся вблизи исконного места фарфорового
производства (г. Дзиньдэчжень), весьма упрощает составление и приготовление
фарфоровой массы при добавлении, каолина.
Масса вылеживалась в зарытом состоянии в земле по 100 лет, что давало
возможность получать из иепластичного сырья массу высоких формовочных
свойств, позволявших изготовлять (уже в периоде Сун) знаменитый «фарфор
яичной скорлупы», т. е. изделия с очень тонкими стенками.
Исследования китайских керамиков школы проф. Чжоу-жень (г. Шанхай)
основе «глазурного камня» — зеленых и голубых железосодержащих, зеленых и
красных медьсодержащих, «персиковых» на основе окислов меди и железа, «цвета
в современной шаровой мельнице не сообщает той пластичности и связности фар-
форовой массе, которая достигается при толчении этого камня в ступах и ее вы-
леживании, как это делали в старину. Как видим, это обстоятельство принци-
пиального значения, которое можно связать с развитием удельной поверхности
и тонким строением поверхности измельченного материала, его гидратацией и
гидролизом.
Превосходные краски по фарфору, применявшиеся старинными китайскими
мастерами в виде природных соединений кобальта, марганца, никеля, меди,
железа, преемственно перешли на палитру современных китайских мастеров, но
песчаник состава: 75,06% SiO2, 0,05% TiO2, 16,01 % AI2O3, 0,41% ЕегОз, 0,28% СаО,
0,60% MgO, 1,97% Na2O, 3,3% К2О, п.п.п. —2,2%.
в XV—XV Н СТС
стой глины и мела, реомюров фарфор и др
(1718), Челси (1730), Берлине (1740—1760).
Различают две основные разновидности фарфора — твердый
(с небольшим количеством плавня), обжигаемый при политом об-
жиге и температуре 1380—1460°, и мягкий (с повышенным коли-
чеством плавня), обжигаемый при политом обжиге и более низ-
ких температурах, но не ниже 1200°. Первый, утельный обжиг
одинаков —при 900—1000°. Известно, что Броньяр (Севрский
фарфоровый завод во Франции) опробовал в середине прошлого
столетия массы, обжигая их даже при 1500—1550°, применив
в качестве глазури пегматит весьма тонкого помола. Огнеупор-
ность масс европейского твердого фарфора не выше 1600°; опре-
деления выполнялись по методу пироскопов.
Помимо двух основных видов фарфора, в настоящее время из-
вестно много специальных технических фарфоров и фарфоропо-
добных материалов, иногда вовсе не содержащих каолина, глины,
кварца и полевого шпата. Технология производства их и свойства
изложены Балкевичем [361].
Твердый фарфор. Масса современного твердого фарфора со-
держит кварц, в качестве плавня — полевой шпат, а в состав
глинистой части входят каолин и пластичная глина. Такой фар-
фор называют полевошпатовым. Состав массы классического
твердого фарфора: 25% кварца, 25% полевого шпата и 50% као-
лина и глины.
Молекулярная формула твердого фарфора характеризуется не-
большим содержанием оснований: (0,18—0,2) RO-lAhOs- (3,5—4) •
SiO2. Если принять содержание RO за единицу, формула примет
такой вид: 1RO-5,OA12Q3-(17,5—20)SiO2.
Молекулярная формула фарфора рационального состава: гли-
нистого вещества (A12O3-2S1O2-2H2O) —55%, кварца и полевого
шпата — по 22,5% при использовании глуховецкого каолина, ка-
лиево-натриевого полевого шпата и природного кварца будет сле-
дующей:
кварц
109) каолин, полевой шпат,
К2О О;400 A12Os 4,704 ( S1O2 20,000
С8О 0 220 Fe2°3°’038 >• ™2°'061
Каолин вводят в фарфоровую массу в сыром или в обожжен-
ном виде. В последнем случае в массу поступает больше глино-
зема, и ее необходимо обжигать при более высокой температуре.
Количество беложгущейся глины, вводимой в фарфоровую массу,
неодинаково — от 4'до 15%. Глина
I сообщает пластичность и связность,
но снижает белизну фарфора. По-
этому заслуживают особого внима-
ния форфоровые массы на одном
каолине, без пластичной глины.
Фарфор из таких масс характери-
зуется высокой белизной; обжи-
гают его при более высокой темпе-
ратуре— до 1450°. Такова, напри-
мер, масса одного из чехословацких
заводов, содержащая, кроме квар-
ца, 54,7% каолина и 17,6% поле-
вого шпата; вместо глины в каче-
стве пластифицирующей добавки
вводится около 2% бентонита.
Содержание кварцевой состав-
ляющей фактически не бывает ме-
нее 15% (обычно 23—32%) и редко
поднимается до 40%.
На треугольной диаграмме (рис. ............... ...__
кварц —составы, соответствующие зубным фарфоровым массам/,
каменнодельным массам типа французских «гре» для плиток 2,
массам для хозяйственных изделий 3, для электротехнического
фарфора 4, для твердого фарфора 5, для хозяйственного фаянса б,
для фаянсовых облицовочных плиток 7,— размещены в пяти уча-
стках, характеризующих свойства черепа. Эти участки таковы:
F— остекленный череп; R— плотный, легко деформируемый в об-
жиге череп; О —плотный фарфоровидный; Р — плотнопористый и
пористый; С — хрупкий, ломкий, по Цаппу [362].
При высоком содержании каолина череп не достигает необхо-
димой плотности. Массы с большим содержанием кварца дают
при 1410° менее плотный, рыхлый и хрупкий фарфор.
Составы для получения плотного, недеформирующегося фар-
фора лежат в участке: от точек 30% полевого шпата — 70% као-
лина и 50% полевого шпата — 50% каолина, до точек 30% поле-
вого шпата —30% каолина — 40% кварца и 40% полевого шпа-
та— 20% каолина — 40% кварца.
Как видим по рис. 109, можно получить даже бескварцевый
фарфор.
Строение хорошего фарфора должно быть однородным, т. е.
характеризоваться относительно равномерным распределением фаз,
малыми размерами (менее 12 мкм) зерен кварца, отсутствием кон-
туров расплавившихся зерен полевого шпата, незначительным
содержанием и равномерным распределением пузырьков газовой
фазы.
Точки, отвечающие составам разных фарфоров, показаны на
диаграмме системы KzO — AlaOs — SiOa (рис- 110). Для приведе-
ния состава фарфора к трехкомпонентному можно воспользоваться
коэффициентами Рихтерса [363].
Наиболее тугоплавкие составы химического фарфора ХФ ле-
жат на изотерме 1750°, в черепе содержится 42—55% стеклофазы.
Составы бытового фарфора обозначены кружками и группиру-
ются вдоль изотермы 1700°, в черепе содержится 55—62% стек-
7слД3'г составы мягкого фарфора М расположены по изотерме
1600 . Составы высоковольтного фарфора обозначены крестиками
и расположены между изотермами 1700—1600°, в черепе содер-
жится 64—68% стеклофазы; мягкие многокварцевые фарфоры К
разместились по изотермам 1500—1550°; парная Я—по изо-
терме 1600°.
Практически количественный фазовый состав определяется под-
счетом с помощью окуляра минералогического микроскопа мине-
ральных составляющих в полированном шлифе, протравленном
в течение 10 мин 3%-ным раствором NHjF-HF.
Увеличение содержания каолина, и глинозема придает фарфору
термостойкость, прочность и химическую стойкость. Возрастание
содержания полевого шпата в некоторых пределах благоприят-
344
ствует сопротивлению электропробою, а повышение содержания
кварца увеличивает (также в некоторых пределах) механическую
прочность.
Характеристика свойств полевошпатового твердого фарфора
В сравнении с другими типами фарфоров приведена в табл. 78.
Белизна фарфора оценивается с помощью фотометра. По ОСТ
([у—-84—71 белизна фарфоровой столовой посуды первого сорта
Не менее 63%, второго сорта —не менее 60% и третьего — не
®енее 55% По ОСТ 17—9—70 белизна чайной и кофейной посуды
первого сорта 68%, второго — 65% , третьего —60%.
Твердость обычного фарфора по шкале Мооса близка 7, но
При повышенном содержании муллита Поднимается до 8. Твердость
глазури на фарфоре 6—6,5. Фарфор непроницаем для газов до
1300°; бериллиевый фарфор вакуум-плотен до 1500°.
Твердый фарфор глазуруется тугоплавкой полевошпатовой гла-
зурью, которая по своему составу и свойствам сходна с материа-
лом фарфора и поэтому практически не дает' цека. Высокая
вой и фосфорной) и к растворам щелочей при кипячении позво-
ляет широко применять его в химической промышленности и в ла-
боратории.
Усадка после сушки фарфоровой массы при 110° — от 3,3 до
4,8%, обудая усадка после обжига при 1380° составляет 12,8—
14,5%.
Возможность декорировки твердого фарфора подглазурными
красками весьма ограничена, так как далеко не все неорганиче-
ские краски могут выдержать действие высоких температур поли-
того обжига (1350—1450°). Не обладает он также высокой
степенью просвечиваемости, придающей «теплоту» и привлекатель-
ность скульптурным изделиям. На все же твердый фарфор при-
меняется и для художественно-декоративных изделий. Например,
широкой известностью пользуется копенгагенский (датский) твер-
дый фарфор, отличающийся изысканной простотой форм и мяг-
кими тонами подглазурной росписи. Хорошо известны мейсенский,
севрский и чехословацкий сервизные твердые фарфоры.
Мягкий фарфор. Такое название фарфора, имеет широкое по-
нятие; массы мягкого фарфора характеризуются значительным
количеством плавней: полевого шпата, мрамора, доломита, маг-
незита, жженной кости или фосфорита, талька, а также фритты
из песка, соды, селитры, гипса, поваренной соли и даже стекла,
содержащего окись свинца. С увеличением содержания плавня
возрастает количество стекловидной фазы и улучшается просве-
чиваемость, но понижаются прочность и термостойкость.
Температура обжига мягкого фарфора ниже, чем твердого, и
составляет 1200—1280°. Мягкий фарфор широко используется для
производства декоративных бытовых изделий и чайной посуды.
Молекулярные формулы мягких фарфоров характеризуются
увеличенным содержанием оснований, например:
К мягкому фарфору относится фриттованный фарфор, произ-
водимый во Франции; он содержит 30—50% каолина, 25—35%
кварца, 25—35% богатой щелочью стекольной фритты, частично
заменяемой иногда полевым шпатом; это хорошо просвечивающий
декоративный фарфор; его начали производить с 1738 г.
В Англии распространено производство костяного фарфора.
Фарфор мягкий костяной имеет в массе средний состав (A. Searl.
The Encyklopedia of Ceramik. London, 1930) 35% золы костей круп-
ного рогатого скота, 30% каолина, 35% корнвалийского камня;
обжиг на бисквит при 1200—1300°. Второй политой обжиг про-
изводится при 1120—1180°. Глазурованный череп обладает высо-
кой белизной, просвечиваемостью и декоративностью. Многие ан-
глийские фарфоровые заводы производят и экспортируют этот
вид фарфора.
В Англии разработан (1840 г.) состав хорошо просвечивающего
париана П (рис. ПО), неглазуруемого фарфора среднего состава
(33% каолина и 67% полевого шпата). Париан содержит до 80%
стекловидной фазы; иногда вводят 6—7% свинцового стекла. После
обжига при 1200—1250° череп приобретает лоск и хорошо моется
водой. Вследствие малого интервала температур обжига череп
легко деформируется, и в настоящее время париан почти не про-
изводится.
Многокварцевый мягкий хорошо просвечивающий фарфор (на
рис. ПО обозначен А) содержит 75—77,5% кремнезема, 15,5—
18% глинозема и 6,3—7% КаО. Количество стекловидной фазы
в нем 73—78%.
У фарфоровых масс для художественных изделий общая усадка
должна быть по возможности небольшой, чтобы ослабить следы
швов на изделии в местах соединений частей гипсовой формы.
Технология производства художественной керамики изложена
Миклашевским [392].
Полуфарфор производится из тех же видов сырья, что и фарфор;
водопоглощение черепа от 0,5 до 5%. Полуфарфор может быть
получен либо по схеме однократного обжига при 1230—1280°
с глазурованием по сырому черепу, либо по схеме двукратного
Обжига, как фаянс, т. е. с утельным обжигом при 1230—1280°
и политым обжигом при 1000—1120°. Состав масс полуфарфора
приведен в табл. 85.
Свойства одной из масс с 30% полевого шпата приведены
Зарубежный полуфарфор хозяйственного назначения под назва-
нием витриес-чайна, или низкотемпературный фарфор, имеет че-
реп водопоглощением 0,5—3%; крыт легкоплавкой фриттованной
или смешанной с фриттой глазурью, предварительно заглушенной.
Глазури фриттуются из шихты, содержащей, кроме натрового
полевого шпата, также доломит, мел, окись цинка, соединения
бора И даже свинца. Применяется глазурь белая, заглушенная
или «под слоновую кость» с удовлетворительной термостойкостью
(7—9 теплоемен).
Витриес-чайна может быть изготовлен по фарфоровой схеме
с первым обжигом при 750—800° и вторым обжигом при 1190—
1200°, по фаянсовой схеме с первым обжигом при 1250° и вторым1
обжигом при 1100—1160° и посредством однократного обжига при
1160—1180°. Однократным обжигом широко пользуются в автома-
Специальные виды фарфоровидной керамики. Большое значе-
ние для современной техники имеют специальные виды фарфоро-
видной керамики на основе корунда (а—AI2O3), кианита
(АЬОз-БЮг), талька (3MgO-4SiO2-H2O), циркона (ZrO2-SiO2),
ВеО и др.
Корунд технической чистоты (99—99,5% AI2O3) дисперсностью
1—2 мкм спекается при 1750°, приобретая плотность 3,75—3,80.
Добавки 1,5—2% TiO2, МнО2 способствуют снижению температуры
спекания и росту кристаллов корунда; добавки MgO и MgF2 также
способствуют снижению температуры спекания, но задерживают
Керамика на основе мелкокристаллического корунда с диамет-
ром зерна порядка 5—10 мкм обладает высокими механическими
свойствами (прочностью до 3000 кгс/см2 при растяжении), удовле-
творительной термостойкостью, очень хорошей химической стойко-
стью, высоким омическим сопротивлением (порядка 1014—
Ю16 Ом • см при 20°).
Высокоглиноземистый (99% А1аОз) материал весьма тонкого
помола, доведенный до спекания, применяется (по разработке
Берлинской фарфоровой мануфактуры под названием прокорунд)
для инплантации в человеческий организм.
Физико-химические основы технологии производства изделий
из окислов А12О3, ZrO2, TI1O2, ВеО, MgO и др. изложены Балке-
вичем [361], Ришкевичем [364], Тресвятским и Черепановым [365].
Введение Кианита и его аналогов — силлиманита, андалузита
в количестве от 30 до 65% позволяет получить после обжига при
1400—1550° фарфор с большим содержанием муллита, высокой
прочности (до 1400 кгс/см2 при изгибе), термостойкости и со зна-
чительным омическим сопротивлением при повышенной темпе-
ратуре.
Тальк в его естественном или искусственном [366] виде, вве-
денный в количестве 70—80% в массу, придает изделию весьма
хорошие электроизоляционные свойства при высоких частотах
ввиду очень малых диэлектрических потерь [367].
Замена в стеклофазе щелочных ионов ионами магния из талька
(стеатита) существенно снижает потери электрического тока при
наложении на диэлектрик электрического поля высокой частоты.
ство стекловидной фазы; стеатитовые изделия имеют высокую
прочность. Введение 1—2% талька в фарфоровую массу понижает
температуру спекания на 20—30°, улучшает образование муллита,
вышает склонность черепа к крипу, «подсаду» при повышенных
температурах.
Существенным недостатком стеатитовой керамики является
весьма малый температурный интервал спекания — плавления
ратуры. Поэтому условия обжига изделий из таких составов до-
вольно трудны, изделие легко размягчается и деформируется. При
таком композиционном соотношении талька, каолина и глинозема,
которое по содержанию окислов соответствует составу 2MgO-
• 2AI2O3 • BSiOz, после обжига при 1410° получается кордиеритовый •
фарфор, обладающий весьма малым к. т. р. — порядка (2—1,6) • I0-6.
Изменение к. т. р. от 2 до 4 (хЮ-®) составов (обжиг при 1300°) в
пределах части системы показано на рис. 80 пунктирными линиями.
Кордиерит плавится инконгруэнтно при 1540°, распадаясь на
муллит и жидкость. После обжига такой смеси получается изделие,
в котором преобладает кордиерит и содержится некоторое коли-
чество стекловидной фазы, неполностью резорбированного мул-
лита, клиноэнстатита и иепрореагировавшего корунда.
Так как к. т. р. кордиеритового стекла в несколько раз больше,
чем кристаллического кордиерита, то для получения термостой-
кого изделия и максимального развития фазы кордиерита необ-
ходимо вести обжиг в узком интервале температур (1300—1350°).
Термостойкость кордиеритовых изделий очень высокая.
К числу весьма термостойких и прочных материалов принад-
лежит высокоглиноземистая масса «уралит» с интервалом обжига
1390—1410°, получившая широкое применение в изоляторах авто-
мобильных свечей зажигания (Юрчак и Розенберг). Состав и
свойства огнеупорных масс на основе каолина, корунда и талька,
но данным фирмы «Аниаверке» (ФРГ), приведены в табл. 79, по-
Изделия из этих масс используются в качестве футеровочного
огнеупора в керамических печах. АЦ 90 рекомендуется в качестве
подин при обжиге изделий из титаната бария; высокое содержание
двуокиси циркония снижает возможность реакционного взаимодей-
ствия между ними.
В левой части диаграммы размещены стеатитовые составь!
с главной кристаллической фазой клиноэнстатита (MgO-SiOz),
широко используемые в электротехнике высоких частот. Ниже рас-
положены форстеритовые составы с главной кристаллической фа-
зой ортбсиликат магния — форстерит.
АКТ 50
АЦ 90
14,8 при 1100'
47,7 при 1300'
Сжатие 1000
Форстерит аза специальной группы огнеупоров и
специальных .... оля кордиерита и клиноэнстатита, судя
по размещению изотерм, очень плоски. Поэтому интервал обжига
составов, находящихся в этих тюлях и примыкающих к ним, очень
мал. Эта трудность преодолевается вводом калиевого тюлевого
шпата, что понижает температуру начала спекания состава, либо
циркона или двуокиси циркония, так же как в составе 90%
ZrO2, что повышает температуру плавления состава.
Высокая прочность на пробой дает возможность использовать
кордиеритовые изделия в качестве искростойких. Теплопровод-
ность их практически равна теплопроводности фарфора (0,0025—
0,006 ккал/см-с-°С). Вследствие низкого коэффициента линейного
расширения таких изделий почти невозможно подобрать к ним
стойкую глазурь с хорошим блеском. Поэтому в кордиеритовые
массы вводят нефелиновый сиенит, что делает их самоглазурую-
щимися, или применяют «самоглазурующиеся» составы, например,
приведенные Тиесом [368].
Опыт показал возможность некоторого расширения интервала
спекания масс на основе талька путем введения двуокиси цир-
кония. Недостатком подобных масс является сильное их абразив-
ное действие на стальные формы при прессовании, вследствие
чего формы сравнительно скоро изнашиваются.
Практическое значение может иметь смешивание тальков раз-
ных месторождений так же, как это практикуется с глинами.
Благодаря такому несложному приему, основанному на способ-
ности поликомпонентных смесей давать низкоплавкую эвтектику,
удается несколько раздвинуть интервал спекания.
Большое практическое значение приобрели кордиеритовые
массы для газовых беспламенных горелок, применяемых как в су-
шилах для быстрой сушки керамических изделий, так и в печах
для скоростного обжига. Для повышения теплопроводности и рав-
номерности температурного поля, создаваемого такой панельной
горелкой, в состав массы вводят карборунд. Таков, например, со-
став Кадлека и Гайнека (Патент ЧССР 134932, кл. 80) из 18—
28% талька, 20—35% карборунда, .20—30% каолина и 10—26%
350
глин. В качестве минерализатора добавляют 0,5—3% Сг2О3
и ZrO2.
Цирконовый фарфор. В цирконийсодержащие массы фарфоров
вводят либо циркон ZrO2-SiO2, либо (что лучше в смысле обес-
печения реакций взаимодействия) цирконаты или цирконосили-
каты (циркосилы) некоторых щелочноземельных окислов, полу-
ченных предварительным спеканием [369]. Добавка циркосила
к алюмосиликатной керамике повышает ее механическую проч-
ность и термостойкость. До 80% циркона может быть введено
в высоковольтный и химический фарфор, что повышает прочность
на 50—200%; такой фарфор термостоек, его плотность и микро-
твердость высоки, он химически стоек, электрическая прочность
высокая, потери при высоких частотах малы. Циркон хорошо глу-
шит глазури путем ввода 14—16% в качестве мельничной до-
бавки.
Цирконовый фарфор может быть изготовлен мокрым или су-
хим смешиванием цирконосиликатов с добавкой 9—18% пластич-
ной глины, а затем проминкой, протяжкой или литьем; темпера-
тура обжига 1300—1380°. После обжига при этой температуре
изделие имеет высокую прочность (особенно при ударе) и хорошие
диэлектрические свойства.
Литийсодержащий фарфор. Для снижения температуры спека-
ния и уменьшения к. т. р. в состав фарфора вводят соединения
лития. Ион лития обладает очень сильным электрическим полем,
содействует кристаллизации стекол и глазурей. При молярном
замещении щелочей окисью лития понижается коэффициент ли-
нейного расширения, повышаются показатель преломления стекла
и твердость его поверхности.
Сильное флюсующее действие литийсодержащих минералов —
сподумена (Li2O-Al2O3-4SiO2), петалита (Li2O-Al2O3-8SiO2), ле-
пидолита (LiKF2-Al2O3-SiO2) и др. позволяет снизить на 150—200°
температуру плавления смеси, например, сподумена с полевым
шпатом.
По данным, приведенным в [370], замена полевого шпата ча-
стично или полностью лепидолитом или р-оподумеиом (полу- -
чается накаливанием до 1000° природного а-сподумена) позволяет
снизить до 150° температуру обжига и несколько улучшить каче-
ство фарфора. Сходные результаты были получены Безбородовым
и Михалевичем, [371]. Доведенная до полного спекания весьма тон-
комолотая литийсодержащая масса, благодаря развитию в ней
фазы сподумена, дает материал с отрицательным или весьма ма-
лым положительным значением к. т. р. [372].
Керамика с весьма низким к. т. р. может быть получена также
на основе твердых растворов 1:1 р-эвкриптита— L12O-A12O3-2S1O2-
с А1РО4.
Обзор применения литиевых минералов в производстве сили-
катов сделан Будниковым и Черепановым [373].
Бериллиевый фарфор. Окись бериллия в Керамических компо-
зициях применяется в ядерных реакторах как замедлитель, как
351
как матричный материал для
ядерного горючего (ВеО — ио2).
Бериллиевый фарфор используется в качестве вакуум-плотного
изолятора, например брюкерит, в изоляторах автомобильных све-
чей зажигания двигателей внутреннего сгорания, в чехлах термо-
пар, в тиглях для плавки урана, тория, бериллия и пр.
Особенность ВеО заключается в высоком омическом сопротив-
лении при довольно высоких температурах и сохранении при этом
умеренной прочности и высокой термостойкости (табл. 80). Этим
свойством обладает в некоторой степени и бериллиевый фарфор.
Теплопроводность ВеО зависит от степени чистоты; увеличение чи-
стоты с 99 до 99,9% повышает теплопроводность ВеО на 10^15%.
Бериллиевый фарфор совмещает высокую теплопроводность с хо-
рошей электроизоляционной способностью; вакуум-плотен до 1500°.
Введение 8—10% берилла (ЗВеО-А12Оч-68Ю2) в фарфоровую
массу -повышает прочность черепа. ВеО действует как плавень,
Требуется осторожный обжиг бериллиевого фарфора из-за корот-
кого интервала спекания; ВеО уменьшает усадку. Бериллиевая
глазурь, рекомендуется для нанесения на искростойкие тальковые
изоляторы.
Сонет». Температура, °C
т S0O 1000 1400 1600 1800 1
кгс/см2 1550 1220 800 350 100 -
Теплопроводность, ккал/м-ч-°C, при 5—10% пористости 180 52 20 15 13,5
Омическое сопротивление, — 9-10® 1-10° 5-103 3,5-Ю2 65
К.т. р. а.10-6^. 5,4 6,5 8,4 - 10,5 11,0
крытые прозрачной
Фаянс. Фаянсом называют керамические, ..г------
глазурью изделия с водопоглощением от 9 до 12%; цвет фаянса
может быть различным: преимущественно от светлых тонов до
белого.
Группа фаянсовых изделий может быть разделена на следую-
щие три подгруппы: хозяйственно-бытовые изделия, плитки глазу-
рованные для внутренней облицовки стен, санитарно-технические
Составы фаянсовых масс можно разделить на три группы: гли-
нистый древний фаянс — из глины и молотого обожженного кремня
или кварца; известковый или мягкий фаянс (типичный средневеко-
вый) — из глины, обожженных кремня или кварца и мергеля или
мела; полевошпатовый, или твердый (steingut)- из гл ины, кремня
или кварца и полевого шпата, впервые изготовленный в начале
XVIII в. в Германии. Фаянсы первых двух групп считаются мяг-
кими, обладают довольно значительной пористостью, характери-
зующейся водопоглощением 19—22%. Фаянс третьей группы твер-
12%), ему предшествовал в Германии с 1526 г. мягкий фаянс.
До революции в России производились преимущественно
майолика и мягкий фаянс (Салтыков). Последние десятилетия
фаянсовая посуда в нашей стране изготовляется из твердого фа-
янса; масса йа глины с добавками мела сохранилась кое-рд^
только в производстве печных кафелей (изразцов). Высокое со-
держание извести в мягком фаянсе было связано с необходимо;
стью «подогнать» состав тела изделия к составу легкоплавкой
В тридцатых годах получили некоторое распространение маг-
незиальные фаянсы (введение в массу доломита, магнезии или
талька), которые имели лучшую прочность и большой интервал
спекания, чем известковые [374]. Добавка 30—60% барита к 20—
30% глины позволяет получить баритовый фаянс с удлиненным
интервалом спекания [375].
Фаянс отличается от фарфора тем, что фаянсовая масса со-
держит значительно больше глины. В «глинистом» фаянсе содер-
жание глины доходило до 85%, температура обжига была 950—
960°, такой фаянс покрывали цветной и глухой глазурью. Высо-
кая пористость по водопоглощению (19—20%) и малая механи-
ческая прочность характеризовали этот фаянс.
Известковый фаянс средних веков содержал, кроме глины
и кремня, еще 10—35% известняка или мела; температура об-
жига его достигала 1100—1160“; череп был пористый (19—22%
по водопоглощению) и малопрочный. Твердый, или полевошпато-
вый фаянс, получил распространение с конца XIX века. Мел был
частично или полностью заменен полевым шпатом. Твердый фаянс
обжигали дважды: сначала при 1230—1280°, а затем глазуровали
и обжигали для разлива глазури при 1050—1150°. В наше время
применяют смешанный состав массы фаянса, череп имеет пори-
стость по водопоглощению 9—12%, прочность при изломе 500—'
300 кгс/см2.
Молекулярная формула твердого фаянса 1 (R2O+RO)-5,5—
8А12О3-25—35 SiO2.
Составы фаянсовых масс, %, приведены в табл. 81.
Материал Из₽ВЫЙ 1 , Сме "
Глина и каолин 40-55 50-55 50-60
Кварц молотый или кварцевый песок 35-45 40-50 35-45
Полевой шпат — 5-12 1—2
Известняк (мрамор, мел) — 2 7
Доломит — — 2—6
Обжиг при температуре, °C 1060—1160 1230-1280 1180—1230
Фаянс завода «Чайка» (Краснодар) имеет состав: глины 30%,
каолина 30%, кварца 30%, боя 10%; фаянс завода им. Калинина
в Конакове — глины 29%, каолина 32,5%, кварцевых отходов
32,5%, боя 6%; обжиг при 1250—1280°.
Показатели свойств изделий указанных типов приведены
в табл. 82.
Таблица 8
Навмёноваяке показателя f!" ТфЖс,П Полуфарфор
Водопоглощение, % Предел прочности при изломе, кгс/см2 Предел прочности при сжатии, кгс/см2 Предел прочности при ударе, кгс-см/см2 К.т. р. а.Ю-6 19—21 60-200 600—900 1,1-1,6 300—500 1000—1100 1,5-2,0 7-8 380-450 1300-2500 1,8-2,1
Пористость фаянса служит причиной поглощения им влаги
из воздуха, что ведет к незначительному его разбуханию (0,016—
0,086%, по объему), к разрыву глазури и к появлению цека, воз-
растающего с течением времени. На всех старинных фаянсовых
изделиях глазурь покрыта сеткой цека, являющейся для коллек-
ционеров Своеобразным признаком достоверности давнего проис-
хождения старого фаянса или майолики.
Глазурь для фаянса применяется фриттованная легкоплавкая.
Введение в массу 3—4% мела, MgCO3 и доломита, а также по-
вышение температуры обжига 1160° на 20—40° (что связано
с изменением состава глазури) может устранить цек.
Применение чистых видов сырья придает белизну фаянсовому
черепу, который белее фарфорового, так как содержит меньше
стеклофазы.
't. С эксплуатационно-технической стороны цек является сущест-
венным недостатком изделий. Многие фаянсовые изделия дости-
гают предела увеличения своего объема через два—три года.
держивать фаянсовую плитку 2 ч в автоклаве при 7 ат, а сани-
тарный фаянс —2 ч при 12 ат [376]. Это, по мнению автора ука-
занной работы, равнозначно службе этих изделий в течение
Вводя в состав массы твердого фаянса шамот, получают шамо-
тированный фаянс, который покрывают ангобом; он обладает
повышенной стойкостью к ударам: и термостойкостью. Из таких
масс изготовляют крупные изделия — ванны, раковины и т. п.
Майолика.*. Майоликой называют керамические изделия из
естественно окрашенных легкоплавких глин,-.крытые глухой гла-
зурью для сокрытия красного цвета черепа, водопоглощением
10—15%.
майоликовые изделия, в изобилии вывозившиеся из этого итальянского города.
Современные фаянсовые заводы изготовляют фаянсовую май-
олику из той же беложгущейся фаянсовой массы в виде изделий
бытового назначения — кувшинов, масленок, ваз и пр., имеющих
рельеф, раскрашенных и глазурованных. Глиняная майолика про-
изводится из легкоплавких окрашенных глин, содержащих 5—
15% СаО, покрывается легкоплавкой, не ' содержащей свинец
глазурью; применение окислов свинца в глазурях, в отличие от
зарубежных стран, запрещено нашим законодательством. Состав
массы, например, такой: глины 63—68%, мела 20%., кварцевых
отходов 5—17%, боя удельного 7%. После обжига при 1040—
1050° водопоглощение черепа составляет 16—17%, прочность при
изломе достигает 300—500 кгс/см2. Чтобы скрыть натуральный
цвет черепа, применяют глушеную глазурь, например содержа-
щую СеО2 для майолики из местных глин [435].
В зависимости от свойств глины обжиг бывает однократным
и двукратным; политой обжиг при 880—900°.
Майоликовое производство может быть организовано с мини-
мальными затратами даже на кирпичном заводе и быстро их
окупит.
Использование местных тугоплавких глин позволило УНИИСП
(Дайн, Сивчикова и др.) разработать для ряда майоликовых за-
водов рецепты составов тонкокамеиных и жаропрочных изделий
с обжигом 1120—1180°, с прочностью при изгибе 450—500 кгс/см2
и водопоглощением 0—3,0%.. Введение в состав майоликовых
масс перлита, нефелинового сиенита и др. (20—30%) позволяет
снизить температуру обжига до 1040—1060° при водопоглощении
черепа 6—12%.
Затраты. Анализ основных затрат па производство фарфоро-
вых, фаянсовых и майоликовых изделий показывает (по данным
ГИКИ) следующее соотношение (в %).
Как видим, затраты по труду продолжают оставаться еще вы-
сокими, Выработка на одного рабочего систематически повы-
шается, достигая 20000 шт./год. Общая выработка по отрасли
1100 млн. шт. и планируется 1500 млн. штук.
Осуществляется постепенная замена производства фаянса вы-
пуском спекшегося черепа типа витриес-чайна.
ОСНОВНЫЕ свойства тонкой керамики
Белизна и просвечиваемость. Белизна как физическое явление
характеризуется интенсивностью рассеяния отраженного света.
Белая поверхность та, у которой одинаков и равен единице коэф-
фициент отражения света в любом участке видимого спектра.
Приближенно и условно стопроцентной белой считают поверх-
ность свежеосажденного сульфата бария, которую принимают
в качестве эталона белизны при сравнении с помощью какого-
либо фотометра степени белизны фарфора. Приближенно — потому
что сам эталон может быть разной степени белизны в спектрально
разных источниках света, условно — потому что существует не
менее четырех источников «белого» света с разными спектраль-
ными характеристиками.
356
Белизна как физиологическое восприятие зависит от оттенков.
В частности, очень слабый желтоватый оттенок придает белизне
«теплоту», тогда как голубоватый оттенок «холодит» белизну фар-
фора. Впрочем, это впечатление субъективно.
Пористость черепа содействует светорассеянию и повышает
процент белизны. Соответственно этому белизна фаянсового че-
репа достигает 78—82% против 68—72% фарфорового.
Красящие окислы Fe2Os и Т1О2, присутствующие в виде при-
меси практически во всех видах керамического сырья, слабо окра-
шивают череп и весьма снижают белизну и товарную ценность
фарфора и фаянса. Окись титана усиливает окраску вследствие
образования железистой шпинели темного цвета.
Степень белизны фарфора изменяется с повышением темпера-
туры обжига своеобразно; около 1250° белизна снижается с 80—
75% вследствие начинающегося интенсивного спекания и умень-
шения пористости и доходит до 68—72%, а затем белизна немного
повышается благодаря развитию мелкокристаллической муллито-
вой фазы, после чего начиная с 1400—1420° белизна снова не-
сколько снижается вследствие увеличения количества стеклофазы,
а также растворения в расплаве части мелких кристаллов мул-
лита и рекристаллизации другой части их в крупные.
В методическом отношении заслуживает внимания уменьшение
белизны фарфора в пластинках менее 1 мм по мере их утонения,
которое наблюдал Зендриков, что может быть объяснено увели-
чением доли светового потока, проходящего через пластинку, т. е.
увеличением просвечиваемости.
Увеличение количества боя в составе глазури снижает белизну
фарфора, так как бой содержит больше красящих окислов, чем
их может содержать глазурь.
Между пористостью и белизной Куколев и Абрамович наблю-
дали соответствие [377].
Просвечиваемость фарфора определяется отношением интен-
сивности прошедшего через череп света к интенсивности падаю-
щего света и зависит от толщины черепа (МРУ 17—571—67).
Так, после обжига при 1320° просвечиваемость фарфора состав-
ляла 1,51/0,390; 1,51/0,666; 1,55/0,501; после обжига при 1380°
просвечиваемость увеличилась: 1,52/0,590; 1,47/0,990; 1,55/0,790.
Цифры в числителе показывают толщину фарфоровой пластинки
в миллиметрах, а в знаменателе — просвечиваемость.
Существенную роль в просвечиваемости фарфора играет стро-
ение кварца. Жильный кварц быстрее растворяется в стеклофазе,
чем кварцевый песок. В . то же время более кислое стекло легче
растворяет муллит, и в результате фарфор, обедняясь кристал-
лическими фазами и обогащаясь стеклофазой, становится более
просвечивающим. Немалое значение имеет тонина помола кварца;
чем зерно кварца меньше, тем он скорее растворится в расплаве.
Не меньшее влияние на просвечиваемость оказывает тонина зерна
каолина; мелкие частицы каолина дают мелкие кристаллы мул-
лита и большее поглощение света. Поэтому более крупнокристал-
лический каолин дает и более просвечивающий череп (378]. Введе-
ние добавок, содействующих снижению вязкости стеклофазы, спо-
собствует растворению кристаллических фаз в фарфоре и повыше-
нию его просвечиваемости. Длительная выдержка и медленное
охлаждение содействуют развитию муллита и кристобалита и сни-
жают просвечиваемость.
Коэффициент линейного термического расширения (к. т р.)
фарфора изменяется в такой, например, последовательности.в за-
то 300 500 700
С увеличением температуры обжига к. т. р. фарфора стано-
вится меньше в связи с увеличением растворения кварца и умень-
стобалита 2,5-10"® и плавленого кварца 0,5-10~®.
Весьма неблагоприятно влияют на напряженность Черепа по-
лиморфные переходы кварца, что требует внимания к соответст-
вующим участкам режимов охлаждения. В этом отношении более
благоприятно влияет а-корунд, не имеющий подобных пере-
ходов, и высокоглиноземистый фарфор более термостоек, чем квар-
цевый фарфор, к тому же к. т. р. а — AI2OS меньше, чем у кварца:
он равен 5,7 10_®.
Механические свойства. Между напряжением о и деформацией
е упругого тела существуют зависимости
(30)
где Е — модуль упругости, кгс/см2;
ii — коэффициент Пуассона;
в। —деформация, см, при параллельном приложении усилий
к телу образца;
8Х — то же, при перпендикулярном приложении усилий.
(31)
(32)
где G — модуль сдвига, кгс/см2;
К. — модуль всестороннего сжатия, кгс/см3.
Значения Е, определенные ультразвуковым методом, точнее,
чем полученные статическим методом [379].
Температурное влияние Т ца величину Е выражено уравнением
£=Е0-ВТехр(-Т|)/Т) (33)
При эмпирической константе В и начальной температуре То для
Размеры частиц спекающегося материала, по-видимому, мало
влияют на величину Е; так, Масленникова наблюдала изменение
Е черепа фарфора в пределах (8,7—8,9) • 10® кгс/см2 при помоле
‘Хасеы ЙОО до 7500 CMs/r удельной поверхности; в то же время
прочность при изгибе возросла с 850 до 1050 кгс/см2. Щелачева
не обнаружила изменения Е, применяя зерно корунда при изготов-
лении абразивного инструмента в пределах 14—120 мкм.
Влияние примесей в пределах даже 1 % сказывается заметным
образом на величину Е при нагревании, что должно быть связано
с проявлением механизма скольжения по кристаллическим ре-
шеткам на границах блоков,.
J, Сопоставление данных литературных источников по вопросам
О механических свойствах керамики сообщено в [381].
Коэффициент Пуассона ц.может характеризовать степень одно-
: родности тела. Этот коэффициент представляет собой отношение
бокового сужения к относительному удлинению материала в об-
ласти упругих деформаций. Главная причина увеличения р. мо-
жет быть объяснена увеличением изотропности материала. Теоре-
тически, по Пуассону, для вполне изотропных тел р,=0,25.
Поэтому приближение значения р фарфора по мере повышения
температуры обжига и выдержки к 0,25 свидетельствует 0 приоб-
ретении стеклофазой фарфора большей однородности; содействует
этому замена кварца каолиновым шамотом.
При растворении кварца и корунда в полевошпатовом расплаве
и при увеличении температуры и длительности обжига значение
и возрастает. Так, р, определенное с помощью УЗИС-6 для фар-
фора на основе-50% кыштымскоге Карлина, песка кварцевого 20;-
25 и 30% и полевого шпата по разности до 100%, по данным Пет-
ровой и нашим, дало результаты, приведенные в табл. 83.
Фарфор
Влияние методики испытаний на показатели свойств. ...t.
как любой керамический череп хорошо «работает» при сжатии
й, слабо — при растяжении
Весьма большое влияние иа показатель прочности оказывает
величина площади сечения образца. С увеличением площади сече-
ния тела прочность его уменьшается нелинейно, как это видно,
по Гехту [382], на рис. 35.
Сопротивление керамики излому с ударом на маятнике Шар-
пи может дать весьма неодинаковые результаты в зависимости от
методики. Площадь образцов круглого сечения показывает боль-
шие значения, чем площадь квадратного сечения.
Влияние на прочность фарфора оказывают также добавки (Фи-
линцев и Пыжова). Череп фарфоровый в количестве 5% повы-
шает прочность, но незначительно; ZrO2, ВеО, ВаО, тальк и киа-
нит повышают прочность; берилл и циркон значительно повышают
чивают прочность существенно.
Влияние зернового состава на прочность фарфора привело
к выводу о том, что полевой шпат следует молоть крупнее,
а кварц — мельче, с соотношением удельных поверхностей шпат:
: кварц= 1:3; это соотношение реализуется последовательным раз-
молом в шаровой мельнице — сначала кварца, а затем домолом
введенного полевого шпата.
Влияние обжига на прочность фарфора сказывается в общем
таким образом, что шестичасовая выдержка при 1250° равнозначна
часовой выдержке фарфора при 1300°; однако такая весьма при-
ближенная оценка носит лишь качественный характер.
Влияние пористости на прочность керамики. Это влияние
можно учесть уравнением Броуна и сотрудников [383]:
а = о0(1 —1,5П), (34)
где а — прочность, кгс/см2, при пористости П в долях единицы;
Со — прочность, кгс/см2, при П=0.
Очевидно (при шаровидных порах), если П=0,67 от объема
тела, то о=0, а при П>0,67 уравнение теряет смысл.
Другое часто применяемое уравнение — степенное:
о = а0ехр(—аП), (35)
где а — эмпирическая константа; при а = 1,7-4-1,88 и П=0,15-4-0,25
оба уравнения дают сходные результаты. Для фаянса и костяного
фарфора 0=3,94-3,6; для фарфора а=3,8.
В среднем малые изменения пористости, например на 1%, дают
изменение прочности керамики приблизительно на 4%.
Влияние текстуры на прочность фарфора. Взаимовлияние фаз
и их сложение в фарфоровом черепе может быть в некоторой
степени уяснено с помощью уравнения (36), если исходить из пред-
ставлений о сплошной стеклофазе с равномерно распределен-
ными в ней кристаллическими включениями наподобие чередую-
щихся полосок; такая схема размещения фаз поддается расчету
по теории сопротивления материалов:
om+a — одноосное напряжение сжатия в системе двух
фаз — стекла и кристаллической фазы, равно-
мерно диспергированной в стеклофазе, кгс/см2;
От — напряжение в стеклофазе, кгс/см2;
5„,— модули Юнга, кгс/см2, соответственно вт+л и сгт;
VK — объем собственно кристаллической фазы, доли
единицы.
В табл. 84 приведены данные расчета, по Паулю, значений
повышения прочности в случае ввода в стеклофазу фарфора
частиц кварца (£=0,9-10® кгс/см2) или частиц корунда (£--4,2>(
X1Q0). Е стеклофазы принимаем равным 0,7.3 10° кгс/см2. Расчет
сделан для разного по объему содержания кристаллической фазы
Материал Объем кристалл) аческой фазы VK
0.1 I 0,2 I 0,3 ‘ | 0.4
Кварц Корунд Ь576 1,067 0,091 1,73 2,13
Можно сделать такие выводы: введение (иди возникновение)
кристаллической фазы с большим, чем стеклофаза, значением Е
вызывает и большее увеличение прочности фарфора. Поэтому, на-
пример, циркон (£=2,3-10® кгс/см2) не будет иметь преимущества
перед корундом при вводе его в фарфор для усиления прочности.
В то же время муллит, для которого значение Е близко
1,28- 10s кгс/см2, упрочняет фарфор не менее чем корунд, как это
также известно из опыта.
Целесообразно иметь в виду при рассмотрении каркаса крис-
таллических фаз в фарфоре не только и соотношение Em+d'Em,
но и характер текстуры кристаллической фазы, учитывая в осо-
бенности вариант тонкослойных сочетаний фаз, что может поднять
прочность керамических материалов до весьма высокой величины.
Один из практических путей — введение в массу нитевидных
монокристаллов. Например, наличие 10—20% нитевидных кристал-
лов («усов») муллита в фарфоре повышает удельную прочность
в 5 раз и термостойкость в 6 раз с сохранением прочности при
сжатии порядка 4000—5000 кгс/см2 [385]. Такие материалы полу-
чили название «композиты».
Полезны также добавки нитевидного нитрида кремния Si3N4
самостоятельно или в смеси с муллитом. Техника приготовления
«усов» муллита длиною до 1000 мкм и диаметром 1—3 мкм состоит
в изготовлении шихты каолина с NaF и ВгО3, которая плавится
в электропечи при 1750° и охлаждается на воздухе на металличе-
ском листе, что сопровождается быстроидущей кристаллизацией.
Термостойкость. Для характеристики термостойкости 7?' пред-
ложены формальные критерии:
1) способности материала сопротивляться образованию трещин
(37)-^
где Оизг — сопротивление изгибу, кгс/см2;
а —к. т. р.,-10-6;
Е — модуль упругости, кгс/см2.
2) способности материала сопротивляться распространению
(38)
показала, по мнению авторов, несоответствие приведенных выше
критериев данным опыта. Термостойкость как перепад температур I
АТ определялась по разности температур Твпутр и Тяаруяш при ,
постоянной скорости нагрева 100° в 1 мин.
По этим опытам представление о роли масштабного фактора, J
как это следует по статической теории хрупкой прочности Вей-
булла [388], не подтвердилось. Однако вопрос этот был исследован,
в сравнительно узких пределах; применительно к более плотному
материалу — фарфору —теория Вейбулла может иметь лучшее
приложение.
Применительно к керамике однородность изделия (черепа)
и наличие глазурного покрова на нем имеет основное значение
в вопросе термостойкости. Поэтому фактор неоднородности тек- :
стуры дополняет приведенные выше физические характеристики 9
и критерии термостойкости Кингери [386], как это отмечено в [388].
Термостойкость возрастает с увеличением пористости. На термо-
стойкость влияет размер изделия: с увеличением размера значе-
ние допустимого перепада уменьшается.
Практическими способами повышения термостойкости кера-
мики служат уменьшение: к. т. р. материала керамики, эффектив-
ной толщины изделия, перепада температур в изделии, модуля
упругости; увеличение теплопроводности и прочности материала
изделия, как это рассмотрено в [561]. Сложность измерения на-
званных выше физических характеристик материала и недоста-
точная ясность в выборе критериальных уравнений позволяет пока
применять эмпирический способ определения термостойкости пу-
тем подсчета количества теплосмеи при смене температур (МРтУ
17—571—67, посуда фарфоровая). Термостойкость изделий десяти
отечественных фарфоровых заводов приближенно линейная в за-
висимости от толщины слоя глазури [389].
Наиболее термостойки изделия при толщине слоя глазури
0,1—0,14 мм; наименее —при толщине слоя глазури 0,16—0,22 мм.
Эти результаты можно поставить в связь с.положением об увели-
чении прочности керамических изделий, если глазурь па них пахо-
СОСТАВЫ ТОНКОКЕРАМИЧЕСКИХ МАСС
Примерные материальные составы тонкокерамических масс
приведены в табл. 85. Температуры первого и второго обжигов
в пироскопах (ПК) указаны в последних двух графах.
Необходимы некоторые замечания к табл. 85.
1. Чтобы изучить поведение в фарфоровой массе сырья разных
или новых месторождений, производят замену: связующую бело-
. жгущуюся глину заменяют бентонитом, учитывая, что связующая
. способность бентонита в 2-2,5 раза выше, чем глины; каолин
одного месторождения заменяют каолином другого и т. д. Для
предупреждения деформации массы при обжиге (что может про-
изойти при использовании полевого шпата с высоким содержанием
• окиси натрия) вводят 1—2% глинозема и одновременно снижают
количество боя, чтобы не слишком отощать массу и не повышать
. температуру обжига. Применяя относительно низкоспекающуюся
глину, подшихтовывают массу более высокоспекающимся каоли-
Практически можно использовать каолин-сырец, если он до-
статочно однороден в месторождении; при этом, очевидно, необхо-
димо уменьшить кварцевую составляющую, вводимую с кварцем
или с кварцевым песком по рецепту. Целесообразно иметь для со-
поставления эталонную фарфоровую массу, изготовленную на хо-
рошо известном сырье.
Опыт керамической промышленности стран Европы показал
выгодность составления керамической массы путем одновремен-
ного использования трех-четырех каолинов и нескольких глин.
При этом общее количество каолина или глины по рецепту в со-
ставе данной массы может не меняться, но доля влияния каждого
ингредиента соответственно ослабляется. Поэтому отклонения
в минералогическом и химическом составах сырья не будут слиш-
Для уплотнения черепа фарфора и для улучшения его внеш-
него вида вводят до 2% ZnO или добавляют 5—10% фарфоровой
глазури. Отмученного каолина вводят в фарфоровую массу 40:—
42%, глины беложгущейся, например Веселовской или трошков-
ской, в сумме 11—12%. Кварц может быть заменен кварцевыми
отходами каолинового производства.
Ввод в фарфоровую массу 3% боя утельного и 5% боя поли-
того составляет довольно обычную норму, полезную для облегче-
ния образования черепа.
Пересчет материальных составов, приведенных в табл. 85, на
химические может быть произведен по общеизвестной методике,
изложенной в [390], если известны химические составы сырьевых
Компонент.
Опыт показал, что сумма красящих окислов (Fe2Q3+TjO2)
в удовлетворительном хозяйственном фарфоре не должна превос-
§
Таблица 85
Масса Содержание, % Температура обжига в ПК
<кВН- кварца - п
Мягкий полевошпатовый фарфор 25-35 10—45 30—55 90-101 120
Хозяйственный фарфор 47—52 12-35 18-25 — 90—101 132—138
Электротехнический фарфор 40-50 22—40 20—28 — — 132
Французский твердый фарфор 54 20 25 Мел 1 90 141
Химический фарфор 60-68 10-15 17—30 — 90—104 141
Костяной фарфор 25—30 - 25-30* Костяная зола 120—130 112—118
Витриес-чайна 43—44 33-34 20 Тальк 2 116—118
Полуфарфор 45-55 23—28 9—30 — 90—104 120
Витриес-чайна американский 24+16** Кремень 6 Н. с. 54 119 -
Полуфарфор американский 0+40** — Н. с. 5 Тальк 55 118 —
То же 23-28 37 Н. с. 12 — 122 —
Высоковольтный фарфор американский 16+30 22 Н. с. 32 — 122
То же 16+31 29 Н.с. 24 - 128 -
ходить 0,8%; отношение кремнезема к глинозему следует иметь
близким к 3; снижение этого отношения, например, до 2,6 вызы-
вает увеличение склонности изделия к деформации в обжиге.
Сумма щелочей обычно не выше 4,2%. Увеличение количества ще-
лочей, в особенности окиси натрия, вызывает повышение дефор-
мации изделия в обжиге, обвисание его краев.
2. В фаянсовые массы глинистых вводят больше (до 55%,
иногда выше), чем в фарфоровые. Глинистые обеспечивают изде-
лию формуемость и прочность и придают шликеру хорошую спо-
собность к литью.
Для испытания пригодности глины как основного вида сырья
в производстве фаянса готовят плитки из этой глины или из смеси
глины и каолина с добавкой 10% мела и подвергают их пробному
глазурованию, применяя бесщелочную или малощелочную глазурь.
Если глазурь на плитках после политого обжига будет без цека,
то изготовление доброкачественных изделий из таких глин вполне
вероятно. Добавление мела к глине повышает связность массы
с глазурью.
Существенное влияние оказывает тонкость помола кварца, ко-
торая позволяет в некоторой степени регулировать к. т.р. черепа
и глазури. В общем, применяют тонкость помола кварца 8—15 мкм.
Роль СаО в фаянсовом черепе состоит в содействии реакции
с глазурью, в облегчении реакции с кремнеземом и весьма благо-
приятно действует на образование фаянсового черепа. Полевой
шпат и MgO содействуют образованию стекловатой фазы и благо-
приятствуют сохранению глазурного покрытия без цека-
Традиционные представления о составе фаянсовых масс в по-
следнее десятилетие существенно изменялись, и фаянсовые массы
готовят, широко используя, например, оконное стекло и даже та-
кие отходы промышленности, как шлаки. Так, твердый фаянс мо-
жно изготовить на основе 30—50% доменных шлаков при соотно-
шении в шлаке СаО : SiO2 более единицы >[391 ].
Шлаки (50—30%) как в смеси с глиной, так и в смеси с глиной
и тальком позволяют изготовить хороший фаянсовый череп
с утельным обжигом при 1050—1100° и с водопоглощеиием от 22
до 10%; такой череп сходен с обычными французскими и итальян-
скими фаянсами.
Примененный исследователями гранулированный шлак имел
такой основной состав: 33,8% SiO2, 0,4% TiO2, 13,3% А12О3,
0,65% FeO, 39,2%, СаО, 11,35% MgO, 0,05% P2OS.
Коэффициент кислотности (к.к.) возрастает при переходе
к мягким фарфорам; у твердых фарфоров к.к. находится в пре-
делах 1,1—1,3, у мягких— 1,68—1,75. К.к. многих составов хозяй-
ственного фарфора находится между этими величинами. Увеличе-
ние к.к. свидетельствует об уменьшении стойкости фарфора в.ог-
ие и о повышении его хрупкости.
Считают, что повышение содержания К2О за счет СаО в фар-
форе способствует снижению температуры обжига такой массы;
в фаянсовой массе увеличение содержания К2О за счет СаО со-
366
действует получению более прочного фаянса. В обоих случаях по-
вышение содержания СаО содействует образованию стеклофазы
в фарфоре повышенной хрупкости.
Имея молекулярную формулу керамического черепа (или гла-
зури), можно рассчитать материальный состав массы (глазури)
для изготовления этого черепа. При этом должен быть известен
Текстура и фазовый состав фарфора. По Никулиной, в нор-
мально обожженном фарфоре ширина каймы вокруг зерен кварца
2—3 мкм, количество зерен кварца 8—12%, они хорошо оплав-
лены, имеют размеры 12—30 мкм. Показатель преломления мате-
риала каймы около 1,468. Зерна полевого шпата расплылись и по-
теряли свои очертания, в них образовались скопления кристаллов
муллита длиной от 2 До 6, максимум до 10—.12 мкм, поры закры-
тые, округлые, диаметра преимущественно 10 мкм, в количестве
не более 5%. Кристаллы первичного муллита распределены
в массе довольно равномерно, их размеры 2—4 мкм, иногда до
6 мкм. Общее количество стекломуллитовой части 72—78% с по-
казателем преломления в среднем 1,501—1,504.
В недозрелом фарфоре кайма вокруг зерен кварца слабо вид-
на, границы расплывшихся зерен полевого шпата хорошо разли-
чимы. Поры закрытые разных размеров и разной формы, но преи-
мущественно мелкие, распределены неравномерно, количество их
достигает 12%. Точечные кристаллы муллита встречаются редко
или вовсе отсутствуют. Стекловатая фаза имеет колеблющийся
показатель преломления.
В пережженном фарфоре кайма вокруг зерен кварца увеличена
до 3—4 мкм, а на углах зерен — еще больше. Количество зерен
кварца уменьшилось до 6—8%. Размеры зерен кварца резко со-
кратились и испещрены трещинами, заплывшими стеклом. Ника-
ких границ зерен полевого шпата не видно,, но. на месте их уси-
ленное образование кристалликов муллита, притом нередко зна-
чительной длины — до 15 мкм. Поры двух видов — закрытые,
округлые, значительного диаметра (до 15 мкм), в количестве 2—
3%; поры открытые разных размеров и формы в. значительном
количестве.
Было показано [393] интенсивное развитие бобовидных участ-
ков ликвидации стеклофазы фарфора, в которых в дальнейшем
интенсивно развивается фаза муллита; о таких же участках сооб-
щено в [394].
Физико-химическая: сторона технологии этого производства
представлена отчасти диаграммой фазовых равновесий в системе
СаИРОйа—А12ОЯ—SiO2 [395]. Из этой диаграммы видно, что со-
ставы фосфатного (костяного) фарфора имеют весьма малый
367
интервал спекания —порядка 15—20°. Это обстоятельство очень за-
трудняет технологию производства.
Носителем высоких декоративных свойств к.ф. и вместе с тем
его хрупкости и нетермостойкости выступает правильно приготов-
ленная зола костей крупного рогатого скота. Подготовка костей
состоит в обезжиривании, в обработке паром и обжиге. Подъем
температуры по английскому варианту технологии ведут замед-
ленно, с выдержками: при 800°— 1 ч, при 900—950° — 3,7 ч в окис-
лительной среде. Обжиг костей осуществляют в шахтных печах.
Длительность обжига 12 ч. После разбраковки прокаленные кости
подвергаются мокрому размолу до частиц размером менее 10 мкм.
После выстаивания в течение почти 20 дней и троекратного сли-
вания (эта операция называется «квашением») хорошо очищенную
с помощью электромагнитов суспензию направляют в сушку; вы-
сушенную массу режут на куски и отправляют на фарфоровый
завод.
Костяная зола может быть заменена СаНРО4, Ca>(POt)2, апа-
титом. Апатит выступает как плавень и способствует повышению
прочности черепа.
Первый обжиг изделий и костяного фарфора из-за их дефор-
мируемости производится по английской технологии в глиноземи-
стой засыпке, что требует в дальнейшем особой очистки поверхно-
сти изделий. Однако обжиг можно осуществлять с помощью спе-
циальных бомз для чашек и подставок для блюдец (Стукалина
и Тараева).
Ниже приведены данные по двухканальной электрической печи
для обжига костяного фарфора (верхний канал предназначается
для политого обжига, нижний —для утельного обжига):
I ооо обо
600 X400X35
19640X1580 X 2552
Так как обжиг костяного фарфора ведут по фаянсовой схеме,
это дает возможность держать сравнительно невысокую темпера-
туру политого обжига. Соответственно этому палитра подглазур-
ной росписи к.ф. широка, и краски сохраняют свою яркость.
Глазуруется к.ф. фриттованной глазурью, которая наносится
предпочтительно пульверизацией (влажность 43—47%). Это поз-
воляет получить слой глазури примерно 0,05 мм и снизить опас-
ность натеков и наплывов. Состав шихты для фритты может быть
таким: 22% кварца, 35% полевого шпата, 15% черепа к.ф., 8% до-
ломита, 9% окиси цинка, 9% буры, 2% карбоната стронция. Мель-
ничный состав — 100% фритты и 2% бентонита.
368
Систематический фазовый анализ фарфора показал интенсив-
ное превращение микроклина в стекло при 935—985°, наличие анор-
тита при 900° и выше и интенсивное его образование при 980—
1015°, а также образование кристаллов ортофосфата кальция
(витлокита) в интервале 600—900° (Седмалис, Эйдук и др.).
Создание унифицированных композиций хозяйственного фар-
фора (массы и глазури) позволяет стабилизировать составы и со-
действует соблюдению требований к качеству изделий. С Другой
стороны, подобная унификация облегчает решение-задачи центра-
лизованного снабжения заводов порошковой массой и глазурью.
Коробкиной (ГИКИ) разработаны такие композиции, считая
по рациональному составу: тип А (обжиг при 1410°) — каоли-
нита 48%, кварца 26%, полевого шпата 23%, глинозема 2%, про-
чих 1%; тип Б (обжиг при 1380°) — каолинита (из каолина и
глины) 41%, кварца 28%, полевого шпата 28%, глинозема 2%.
Эти составы рекомендованы при отношении содержания калие-
вого шпата к натровому: для типа Б —в пределах 1,4, а для
типа А —в пределах 1,5 и при содержании каолинита в каолине
к общему содержанию каолинита не менее 80%, а с вводом бен-
тонита (0,5—1,0% ввиду малой прочности просяновского као-
лина) — не менее 83%.
Что касается унифицированного состава фарфоровой глазури,
то Коробкиной рекомендованы отношения (в моль): кремнезем:
:глинозем — 9; окись калия:окись натрия — 2; содержание окиси
кальция —0,45—0,5 моль. Рекомендуется ввод в глазурь волла-
стонита—5—7%, глинозема до 4%, окиси цинка 0,5%, боя поли-
того без загрязнений до 10%. Общий к. т. р. глазури (4,4—4,7) • 10-6.
ВЛИЯНИЕ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ МАССЫ НА СВОЙСТВА ФАРФОРА
Каолин. Роль каолина состоит главным образом в по-
вышении механической, термической и химической устойчивости
черепа и в сообщении ему белизны. Более высокой белизной обла-
дает фарфор из массы, не содержащей глины, поэтому в некото-
рых рецептах глина заменена уменьшенным вдвое (иногда боль-
ше) количеством бентонита, сообщающим необходимую пластич-
ность массе.
Роль каолина необходимо также рассматривать в связи с рас-
творяющим действием расплава полевого шпата- Ионы алюминия
из метакаолина диффундируют в этом расплаве, их концентрация
в расплаве повышается и создается условие для возникновения
в нем фазы муллита, которая выкристаллизовывается в виде иго-
лочек, прорастая из середины капли расплава полевого шпата.
Этот процесс образования вторичного муллита протекает заметно
(рентгенометрически) с 1050° и достигает большой интенсивности
при 1200—1250°. В то же время часть муллита в виде точечных
(чешуйчатых) образований возникает в остатках дегидратирован-
ного каолина (в метакаолине) при температуре около 1150° как
самостоятельный процесс; такой муллит в отличие от названного
именуется первичным. Эта реакция состоит в перестройке кри-
сталлической решетки метакаолина от состава Al2O3'2SiO2 к со-
ставу 3Al2O3-2SiO2 с постепенным переходом остатка кремнезема
в кристобалит.
Такая форма муллита определена как псевдоморфоза муллита
по каолиниту (396]. Эта часть муллита остается почти неизмен-
ной приблизительно до 1400°, а затем может начать растворяться
в расплаве, в особенности богатом натровой составляющей, и об-
щее количество муллита в черепе снижается; другая же часть мул-
лита, образовавшаяся в каплях расплава полевого шпата, посте-
пенно развивается в крупные игольчатые и взаимно переплетенные
кристаллы муллита.
Подобная кристаллизация муллита в каплях расплава поле-
вого шпата типична для рядового фарфора с температурой обжига
порядка 1320—1350°. В более однородном по текстуре твердом
фарфоре муллит должен быть развит равномерно в виде сетки
некрупных иголочек: для этой цели предложены рекоменда-
ции [397].
Большое влияние на интенсивность и равномерность реакции
метакаолина с расплавом полевого шпата имеет размер частиц
каолинита. Естественно, что уменьшение размера этих частиц со-
действует повышению интенсивности реакции [398].
Кроме того, шликер с каолином менее 2 мкм в зерне более вя-
зок, механическая прочность черепа в воздушно-сухом и обож-
женном состоянии выше, спекаемость черепа происходит при
меньших (на 30—50°) температурах, чем масс на крупнозернистом
каолине; соответственно этому первичное точечное муллитообразо-
вание и развитие иголочек муллита происходят интенсивнее, а
поры становятся более округлыми.
Относительно вязкости фарфоровых шликеров и зыбкости
масс отмечено [399], что повышенную склонность к зыбкости про-
являют именно те массы, в которых снижалось количество мелкой
фракции каолина [400]. Промышленное использование таких
фракционированных каолинов для регулировайия технологических
свойств фарфоровых масс впервые было показано Филинцевым и
Пыжовой.
При обжиге фарфора часть кварца успевает раствориться в по-
левошпатовом стекле, а часть в виде изъеденных зерен, покрытых
сеткой трещин, остается как включения, окаймленные, изотропной
каемкой большей или меньшей толщины с п— 1,485. По характеру
изменения этого показателя в каемке можно допустить наличие
на периферии кислого стекла с п=1,48, т. е. меньше, чем у кри-
стобалита (1,487), и больше, чем у кварцевого стекла (1,456).
После обжига фарфора при 1200° на зернах кварца появляются
трещины. Растворение кварца в полевошпатовом стекле, так же
как и каолина, вызывает увеличение тугоплавкости, вязкости, со-
370
действует повышению сопротивления изделия деформирующим-
усиЛйям'в' йроЦессе обжига; кварц к тому же придает изделиям
просвечиваемость [401]. При более тонком помоле кварца просве-
чиваемость фарфора улучшается [378].
Кварц разных месторождений обладает неодинаковой реакци-
онной способностью. На диэлектрическую проницаемость тон-
кость помола не оказывает существенного влияния.
Увеличение тонкости помола кремнеземистой составляющей
может повысить к.т. р. фарфора, если произойдет переход его
R кристобалит. Растворение же кварца в полевошпатовом стекле
может вызвать понижение к. т. р. фарфора.
Размер зерен кварца существенно влияет на величину порис-
-'гости фарфора. Так, при изменении среднего диаметра частиц
кварца от 70 до 30 мкм пористость уменьшалась на 0,06%, счи-
тая на каждый микрон, а при* переходе от 30 мкм к еще меньшей
величине пористость уменьшалась еще резче (в среднем на 1,3%
на 1 мкм в одном из образцов фарфора, обожженных при 1300°)
[402].
Исследование влияния природы кремнеземистой составляющей
на свойства фарфора, обожженного при 1350°, произведенное Зуб-
чаниновым и Вяхиревой [403], дало следующие результаты. При
введении кварца, песка, маршалита были получены наилучшие
показатели прочности: при изгибе 693—674 кгс/см2, при ударе
1,4—1,2 кгс см/см2; кварцевые отходы (при обогащении каолина)
и прокаленный кремень заняли в этом отношении второе место.
Наименее прочный фарфор (554—485 кгс/см2 и 1,13—
0,73 кгс-см/см2) получился при использовании кремня и диато-
мита. Удлинение выдержки при наивысшей температуре обжига
во всех случаях снизило механическую прочность при изгибе.
Прочность на удар в зависимости от длительности обжига
в одних случаях возрастала, в других — падала.
Исследователи признают свободный кремнезем в фарфоре ис-
точником структурных напряжений в черепе. Напряжения возни-
кают, во-первых, в связи с разной величиной линейного термиче-
ского расширения а-кварца и стеклофазы; к. т. р. соответственно
(19,35—22,2) - К)-6 и (7—8)-10-®; во-вторых, в связи с полиморф-
ными превращениями кремнезема как при переходе р^а-кварц
в интервале 550—580°, что связано с изменением объема на 0,8%,
гак и при переходе высокотемпературного а-кристобалита (к.т. р.
равен 9-Ю-6) в p-форму в условиях охлаждения при температурах
ниже 227° с уменьшением объема на 3,8%. Наличие примесей,
в особенности ТЮг в присутствии А12О3 может снизить темпера-
туру перехода до 127° [404].
Так как эти полиморфные изменения кварца и кристобалита,
находящихся в фарфоре, сопровождаются при охлаждении сжа-
тием, поскольку их к. т. р. больше, чем к. т. р- стеклофазы, то
участки стеклофазы между кристаллами подвергаются растяже-
нию и увеличиваются в объеме из-за радиальных напряжений рас-
тяжения. Участок стеклофазы между кристаллами (считая по его
объему) находится одновременно также й. йод влиянием' касатель-
ных тангенциальных напряжений. Поэтому уменьшение или уве-
личение прочности черепа фарфора при напряжении зависит, в ко-
нечном итоге, от результата взаимодействия этих двух систем на-
пряжений [405].
По весьма условному расчету [406], радиальные напряжения
вдвое больше тангенциальных. К этому можно было бы добавить,
что. степень напряженности зависит от к. т. р. стеклофазы, который
определяется ее составом, и от количества а-кварца и d-кристрба-
лита в теле фарфора при охлаждении.
Практика подтверждает наличие поля напряжений в фарфоре,
которые можно, по-видимому, сделать сжимающими, если судить
по высокой и пока непревзойденной прочности японского высоко-
вольтного фарфора. Последний распадается на мелкие куски,
если превышен предел его механической прочности, что именно
и позволяет говорить о наличии в нем напряжений. Не исключена
возможность создания не структурного, а термического поля на-
пряжении в фарфоре путем, например, его закалки. В этом случае
структурные напряжения растяжения должны быть предельно
уменьшены, что может быть осуществлено более тонким помолом
и усилением реакционной способности компонент, а термические
напряжения сжатия увеличены.
Можно представить себе такую концентрацию стеклофазы в че-
репе, когда радиальные напряжения становятся относительно ма-
лыми по сравнению с тангенциальными. Хотя это и не совсем
точно, но подобный случай наблюдают в глазурном покрытии
фарфора, когда в глазури действуют только тангенциальные на-
пряжения, глазурь находится в состоянии сжатия и прочность
изделия возрастает, как известно, на 25—40%.
Математическое, выражение напряженного состояния [407] по-
зволяет считать, что радиальные напряжения между кристаллами
и стеклофазой, становятся допустимо малыми, если объем кварце-
вых частиц близок к 25% от общего объема. Практические дан-
ные не совсем согласуются с этой теорией, так как в фарфорах
с малым количеством кварца наблюдается снижение прочности,
а в фарфорах с высоким содержанием кварца (более 25%) на-
блюдается повышение прочности.
Несомненно также, что на механическую прочность фарфора
влияют размеры зерна кварца; по Краузе и Клемпину, желательно
иметь зерна кварца преимущественно 15—30 мкм. Более мелкие
зерна кварца могут раствориться в стеклофазе и потерять свое
значение инициаторов напряжений, а более крупные зерна кварца
влияют на ход спекания черепа, ухудшая условия протекания
процесса.
Во всяком случае, кварц как фаза и его Зернистость представ-
ляются весьма существенными элементами построения высоко-
прочного фарфорового тела. Так, установлено [408] заметное улуч-
шение механических свойств фарфора при введении кварца опре-
деленной зернистости, а именно: нулевой остаток на сите № 0056;
372
— на сите № 004. При 19,8% кварцевых зерен такого состава
прочность фарфора при изгибе достигла 1000 кгс/см2, а при 30,6%
кварца— 1150 кгс/см2.
Это наблюдение сохраняет свою значимость лишь при соот-
ветствующей температуре обжига фарфора (порядка 1320 1350’).
При повышении температуры свыше 1380° увеличивается стёпёиь
растворения кварца в стеклофазе, выступают влияние фазы мул-
лита и ослабляющее влияние газовой фазы (поры), возникает
кристобалит, и общая картина влияний, и совлияний фаз Чрезвы-
чайно усложняется. Шюллер, развивая свою теорию упрочнения
фарфора напряжением, инициируемым кристобалитом путем
очень тонкого помола кварца и введения малого количества поле-
вого шпата, все же не внес той степени ясности, которая исклю-
Уместно отметить наблюдения ряда исследователей [406; 409
и др.], отрицательно оценивавших роль кристобалита в фарфоре.
Наблюдения Воронкова [410] свидетельствуют о резком снижении
модуля упругости кристобалитового фарфора при его охлаждении
По Павлову [411, 412], монтмориллонито-каолинитовые глины
наиболее склонны к кристобалитизации. Добавки щелочноземель-
ных окислов к подобным глинам усиливают кристобалитизацию
в такой последовательности: MgO>CaO>SrO>BaO. Напротив,
добавки этих окислов в каолинито-гидрослюдистую глину усили-
вают кристаллизацию муллита [413].
Усиление роли кварца путем замены им части полевого шпата.
(24%) дало после обжига фарфора при 1320° хорошие резуль-
таты [408].
Корунд. Частичная или полная замена кварца корундом (а-
AI2O3) вызывает значительное повышение эксплуатационных
свойств фарфора. Так, по [414], при замене 12% пегматита в фар-
форе (каолина 27,4%, глины часов-ярской 18,6%, пегматита46,2%,
песка 7,8%) глиноземом Показатели свойств улучшились
(табл. 86).
Фарфор, в котором 10% кварца и 20% полевого шпата были
заменены глиноземом, показал после обжига при 1450° увеличение
прочности на 80% и увеличение модуля упругости на 40%.
Однако необходимость повышения температуры обжига такого
глиноземистого фарфора ограничивает количество вводимого гли-
нозема [415]. Так как корунд не претерпевает полиморфных пре-
вращений при обжиге фарфора и к. т. р. корунда — (6—7,5) • IO-6
до 600° близок к..т. р. фарфора — (5—6,5) • 10—«, появления сущест-
венных структурных напряжений в черепе не замечено. Размер
частиц глинозема в массе — не более 9 мкм [590].
По составу фаз корундсодержащий фарфор после обжига при
1350—1380° характеризуется скоплением частиц глинозема и силь-
ной муллитизацией; показатель преломления основной массы та-
кого черепа 1,525—1,537.
Свойства ИЯ“
Прочность при изгибе, кгс/см2, после обжига при температуре, °C:
1350 980 1320
1380 840 1280
Пробивное напряжение, кВ/мм, после обжига при температуре, СС: 38,9
1350 42,7 49 1
1380 43,1 '16 1
Истинная пористость, %, после обжига при тем- перуе,»С: 4,83
1350 6,24 3 85
1380 7,98 4,20
К.т. р. а = (20—400°) 10—6 5,24 4,68
Как общее указание, ввод корунда рекомендуется в количестве
от 2 до 12% в массы хозяйственного, высоковольтного и специаль-
ных видов фарфора с целью увеличения прочности при ударе и
при изгибе (при 15% добавки прочность возрастает на 50%), тер-
мостойкости, плотности, повышения модуля упругости, микротвер-
дости и химической стойкости. Ввод глинозема уменьшает к. т. р.
и просвечиваемость, но содействует повышению белизны. Окись
алюминия удлиняет интервал спекания, повышает температуру
спекания, увеличивает вязкость стеклофазы в фарфоре. Обяза-
тельное условие — высокая тонкость помола (порядка 2—4 мкм).
В глазурях (при полном растворении) глинозем препятствует
кристаллизации, повышает вязкость; считают оптимальным отно-
шением в глазурях SiO2: AI2O3 от 6:1 до 10:1.
Полевой шпат. Полевошпатовая составляющая в фарфоровой
массе обеспечивает развитие при обжиге стекловидной фазы, ко-
торая проявляет себя двояким образом: во-первых, растворяет
другие составные части массы, во-вторых, создает пластичное
тело, способное в некоторой мере противостоять деформирующим
усилиям во время обжига и вместе с тем связывать составные ча-
сти образующего черепа в единое целое.
На начало плавления и на полное расплавление влияют со-
став и размер зерен полевого шпата, а также интенсивность подъ-
ема температуры. Ортоклаз плавится медленно, распадаясь при
1170° на лейцит и вязкое стекло, богатое кремнеземом. Опыт по-
казывает, что ортоклаз наиболее пригоден в качестве плавня: он
дает густоплавкое стекло. Присутствие в шпате ионов натрия и
кальция, изоморфно замещающих ионы калия, понижает темпера-
туру начала плавления и вязкость расплава.
Чем тоньше зерно полевого шпата и медленнее нагрев, тем
ниже температура его плавления, т. е. тем ближе она к теорети-
ческой. Температура эвтектики между ортоклазом и кремнеземом
985°; теоретически с этой температуры начинается взаимодействие
ортоклаза с кремнеземистым продуктом распада метакаолина.
Взаимодействие расплава полевого шпата с кварцевой состав-
ляющей фарфоровой массы начинается несколько позже, при
1100—1150°. По-видимому, ортоклаз при плавлении в фарфоре не
переходит в лейцит, как это следовало бы по диаграмме равно-
весий КгО—А1аОз—SiO2, хотя Таваси наблюдал в стеклофазе хо-
рошо образованные квадратные и шестиугольные пластинки мине-
рала, которые он принял за лейцит [416].
Расплав полевого шпата в фарфоре практически содержит на-
ряду с калиевой много натровой составляющей. Эвтектика аль-
бит-кремнезем лежит при 1062°. Совместное участие альбита и
микроклина приводит к эвтектике в 956°, а присутствие примесей
анортита и железистой компоненты снижает образование расплава
до 900°. С этой температуры,- можно считать, практически и начи-
нается растворение в расплаве кремнезема и метакаолина.
Кинетика растворения кварца в расплаве исследована [417].
Кварц придает расплаву полевого шпата вязкость, способствует
расширению интервала обжига, повышает прочность черепа, не
вызывая необходимости в таком повышении температуры обжига,
которое необходимо в случае замены кварца корундом.
Обогащение участков расплава кремнеземом по мере повыше-
ния температуры обжига может быть рассматриваемо со стороны
фазовых равновесий, как переход состава таких участков из поля
муллита (где находится точка, отвечающая среднему составу
фарфора, рис. ПО) в поле кристобалита. Этот переход должен
сопровождаться резорбцией точечных кристаллов муллита из ме-
такаолина, находящихся вблизи таких участков весьма кислого
кремнеземистого стекла; наступает этап растворения этой части
муллита. В то же время идиоморфные игольчатые кристаллы мул-
лита, возникшие в зоне бывших зерен полевого шпата, продол-
жают расти, взаимйО' переплетаясь, за счет продолжающейся
диффузии ионов алюминия; химический состав таких участков про-
должает еще оставаться в поле муллита, сдвигаясь, однако, в сто-
рону большей концентрации глинозема. Поэтому нельзя рассмат-
ривать эту часть процесса муллитообразования в фарфоре как
рекристаллизацию крупных кристаллов муллита за счет мелких;
механизм растворения точечных кристаллов муллита и механизм
роста крупных «вторичных» игольчатых кристаллов муллита не-
зависимы, поскольку они протекают в разных участках.
По мере насыщения глиноземом участка расплава при высо-
ких температурах (выше 1450°) произойдет переход состава стек-
лофазы этого участка (бывшего зерна полевого шпата) через ли-
нию бинарных эвтектик (рис. ПО), и в новом поле также может
начаться резорбция этих «вторичных» кристаллов муллита. Од-
нако это растворение практически не успевает произойти, и сос-
тавы глиноземистого фарфора сохраняют свою текстуру в виде
стеклофазы, муллита и корунда.
375
Полевой шпат влияет на деформацию фарфоровой массы при
обжиге. Деформация наблюдается при 1250°, когда ей еще не на-
чинает противодействовать в полной мере процесс развития мул-
лита. В связи с этим при 1320° фарфоровая масса становится
более устойчивой в огне, в особенности та, в которой больше ка-
лиевого полевого шпата. По Филинцеву, склонность массы к де-
формации при обжиге проявляется в виде «площадки» на кривой
деформации под нагрузкой 0,2 кгс/см2 [418].
Чем более густоплавка .стеклофаза в фарфоре и чем интенсив-
нее протекает в ней образование муллита, тем больше «пло-
щадка». В массах, содержащих стеклофазу с коротким интерва-
лом плавления, можно наблюдать вместо «площадки» некоторый
изгиб. Из такой массы нельзя изготовлять изделия массивные или
с выступающими краями.
Не рекомендуют тонко измельчать полевой шпат при изготов-
лении фарфора. Имеется оптимум помола, характеризуемый остат-
ком 0,3% на сите № 009. По опытам Егорова, оптимальный фрак-
ционный состав полевого шпата таков: 0,85% зерен более 0,05 мм,
29,08% зерен 0,05—0,01 мм и 69,9% зерен , менее 0,01 мм. При
этом фарфор приобретает наилучшую механическую и диэлектри-
ческую прочность. Это дает основание осуществлять помол в ша-
ровой мельнице в такой последовательности: сначала размалыва-
ется кварц, затем добавляется полевой шпат.
Щелочноземельные окислы. Стеклофаза обычного твердого
фарфора содержит кремнезема 70—80%, глинозема 8—16%, окиси
калия 8—12%. При последовательной замене К»О на CaO, MgO и
А1гО3 механическая прочность стеклофазы возрастает. Было взято
стекло молекулярного состава: 81% кремнезема и 19% К2О.
На рис. 111 приведены три серии фарфоровых составов, в ко-
торых произведена замена; масштаб замен показан в нижней ча-
сти диаграммы. Микротвердость Н и модуль сдвига Q, по нашим
и Синцовой данным, систематически возрастали. Особенно значи-
тельно увеличилась прочность стеклофазы фарфора при совмест-
ном участии четырех окислов: 2 молекулярных % К2О, 3% СаО,
9% MgO и 5% А12О3.
Для исследования характера связей был использован инфра-
красный спектр, который показал смещение характеристической
полосы поглощения для связей S1—О—Si (1110 см-1) в длинновол-
новую область в I серии и еще больше —во II серии вследствие
образования связей S1—О—Me. Эти связи, судя по значениям И
и G (рис. Ill), несколько укрепили стеклофазу. В III же серии
стекол произошло смещение характеристической полосы обратно
из-за развития связей Si—О—А1, которые значительно увеличили
прочность стеклофазы (рис. 112).
Добавки. Минеральные добавки, используемые в керамиче-
ских массах, часто называют минерализаторами, хотя это не-
точно. Сенклер-де-Виль, введя в прошлом веке (1861) термин «ми-
нерализатор», имел в виду газообразное вещество, ускоряющее
образование минерального вещества, но с ним не соединяющееся.
376
В дальнейшем (Гинсберг, 1939) этот термин распространили
на любые соединения, которые независимо от своего фазового
состава и физического состояния действуют в малом количестве
преобразующим образом на фазу, но не входят в состав конечного
продукта.
В наше время к минерализаторам относят любые минеральные
добавки, иногда даже такие, которые количественно можно рас-
сматривать как самостоятельную фазу.
Не входя в дискуссию по вопросам, относящимся к минерали-
заторам [419], приведем сведения о влиянии добавок в построении
фарфорового черепа.
Апатит Ca4[CaF(Cl)]• (POi)s (природный минерал) в коли-
честве 3% снижает температуру спекания хозяйственного фарфора
на 50° и повышает прочность на 40% [420]; рекомендуется как
равноценный заменитель костяной золы в костяном фарфоре.
377
Ашарнт Mg2B2O5-H2O (природный минерал) предложен-'
[421] в количестве 5—6 процентов для ввода в массу высоковольт-
ного фарфора с целью усиленной муллитизации черепа, что уве-
личивает вдвое прочность при изгибе, повышает электрическую
прочность, но уменьшает интервал обжига и повышает порис-
тость.
Бериллия окись ВеО из берилла ВезА1г5!6О18 в количе-
стве 8—10% значительно усиливает муллитообразование в фар-
форе, повышая термостойкость, меха-
ническую прочность и электрическую
прочность при обычной и повышенной
температурах, уменьшая усадку, но
сокращая интервал обжига. Берил-
лийсодержащая глазурь рекомендуется
для искростойких тальковых изолято-
ров. Окись бериллия весьма токсична.
1200 1OOo\ I 750 С1И~'
1100 900 000
ВаСОз, получаемого, в свою очередь,
из сульфита бария восстановлением
до BaS и обменной реакцией с содой,
предлагается в количестве 2—3% для
повышения прочности и просвечивае-
мости хозяйственного фарфора, но вы-
зывает пузырение черепа, снижает хи-
мическую стойкость и увеличивает к. т.
р.; в глазурях выступает как хороший
плавень, но слабее и медленнее, чем
РЬО.
ленная в массу в количестве 5—10%,
способствует снижению температуры
образования фарфорового черепа, вы-
зывает появление лоснящегося блеска,
улучшает просвечиваемость.
Магния окись из магнезита
MgCOs или доломита MgCO3-CaCO3
понижает температуру стеклообразо-
вания, но «коротит» стекло и сужает интервал спекания; содей-
ствует муллитообразованию и повышению прочности черепа и, по-
нижая вязкость стеклофазы, благоприятствует выходу пузырей.
Окись магния необходима Для образования кордиеритового
черепа с очень низким к. т. р. в каменном черепе или, например,
в составе: MgCOs 20%, каолина 63%, полевого шпата 9% и опал-
содержащей породы 8%; минерализующее действие оказывают
в этом случае PbSiO3, ВаСОз. Развитие кордиерита необходимо во
многих случаях для получения термостойкого и жаропрочного не-
малые добавки MgO в витриес-чайна повышают, по мнению
американских керамиков, белизну.
378
Перлит рекомендуется [422] в качестве добавки или для
частичной и полной замены полевого шпата, весьма благоприят-
ствуя образованию фарфорового, фаянсового и каменного черепа,
придавая ему повышенную прочность и снижая температуру
обжига до 1150°.
Смешанные добавки, например MgO+NasO, MgO+Li2O
вание черепа в производстве фарфора и фаянса [423].
Стекло, отдельно сваренное с добавками CaF2, MgFj, ре-
комендуется [424] для частичной или полной замены полевого
шпата и кварца в фарфоре с целью значительного муллитообразо-
вания и повышения вдвое механической прочности фарфора; при
Этом существенно (на 250°) снижается температура спекания, на-
много увеличиваются интервал спекания и электрическая проч-
С поду мен LijAlaSiiO^ Сподуменовый концентрат в коли-
честве 5—1'0% содействует муллитообразованию в хозяйственном
жается температура спекания. При замене пегматита сподуменом
температура спекания фарфора может быть снижена до 1250°, но
рекомендуется быстро охлаждать изделия (до 1000°), чтобы избе-
ема до 30%. Окись лития легко выветривается из сподумена, и
содержание ее в концентрате должно быть не менее 4,5%.
к массам хозяйственного и высоковольтного фарфора содействует
образованию муллита, снижает на 20—25° температуру спекания,
повышает прочность черепа и его электросопротивление, В таль-
тых, 13.4% глинозема, образуется при осторожном обжиге до 60%
кордиеритовой фазы; изделие самоглазуруется и является отлич-
ным высокочастотным изолятором [425]. Технологическая труд-
ность — очень узкий интервал обжига — может быть несколько
преодолена вводом 20—30% циркона.
вень, расширяя интервал спекания, уплотняет череп, уменьшает
к. т. р., рекомендуется в литейных фарфоровых массах.
Циркония окись ZrO2 и циркон ZrO2-SiO2 вводят
в массу высоковольтного и химического фарфора для повышения
(на 20—50%) прочности, твердости, термостойкости, химической
стойкости, электрической прочности. Потери электрического тока
при высрких частотах у цирконийсодержащего фарфора ниже, чем
у обычного. Циркон хорошо глушит глазурь при вводе 14—16%
в качестве мельничной добавки.
Кроме перечисленных, вводят в массу литийсодержащие ми-
нералы, такие как сподумен (Li2O• А12О3• SiO2), петалит
(Li2O • A120s • 8SiOz). Ионы лития, действуя в расплаве стекло?
фазы, снижают вязкость сильнее, чем это делают ионы калия и
натрия, что, по-видимому, облегчает диффузию ионов алюминия
и кремния, обеспечивающих процесс муллитообразования. Вместе
с тем введение окиси лития в состав керамической массы снижает
температуру обжига черепа и понижает его к. т. р.
Опробованы также добавки в фарфоровую массу стронциевых
соединений (целестина SrSOi и стронцианита SrCOs). Они позво-
ляют снизить вязкость расплава стеклофазы и улучшить термо-
стойкость черепа.
Г л ав а 5
ПРИГОТОВЛЕНИЕ ТОНКОКЕРАМИЧЕСКОИ МАССЫ
В современных производствах приняты две принципиально от-
личные технологические схемы изготовления массы: обычная, из-
давно существующая,— по «мокрому» способу тонкого размола
каменистых материалов и относительно более новая — по «сухому»
способу тонкого размола каменистых материалов.
Каждому из таких способов размола предшествует грубое и
среднее дробление с последующим грубым помолом каменистых
и распусканием глинистых.
Хранение, транспортирование, контроль сырья. Сырьевые ма-
териалы должны храниться на заводской площадке в хорощо
оборудованных крытых складах, вполне защищающих сырье би
атмосферных осадков, пыли и копоти. Полы складов должны быть
прочными и не разрушаться от воздействия механических транс-
Каменистые материалы инструкция* разрешает хранить на от-
крытых площадках с прочным покрытием, но огражденных и под-
нятых выше уровня грунта так, чтобы грязь, разбрасываемая
в дождливое время автопогрузчиками и автомашинами, не попа-
дала на сырье.
Склады сырья должны иметь контрольные точки, где в витри-
нах хранятся все виды материалов в сыром и обожженном виде.
Поступающее сырье и другие материалы контролируют система-
тически лаборатория завода и ОТК согласно особой инструк-
Дробление и измельчение. Грубое дробление кварца и
пегматита от кусков размером 200 мм до 50—30 мм осуществля-
ется щековой дробилкой после промывки. Щековая дробилка и
Кварцевые отходы и кварцевый песок полезно также обжигать
во вращающихся печах для обеспечения полиморфных превраще-
ний и облегчения последующего измельчения.
посуды. ЦНИИТЭИ. Легаром. М„ 197.1.
Последовательность операций такова:
По этому участку операций на 1 т материала при производи-
тельности 0,5 т/ч затраты составляют 50 кВт-ч электроэнергии,
420000 ккал тепла и 2 м3 воды на шпатомойку.
от кусков размером 30—50 мм до частиц полевого шпата и пег-
матита, способных проходить через сито № 1,25, и кварца и че-
репа— через сито № 09.
Последовательность операций:
Производительность этого участка определяется производи-
тельностью бегунов и составляет 0,25 т/ч, а потребление энергии —
60 кВт-ч, считая на 1 т перерабатываемого материала. Дробленые
материалы распределяются по отдельным бункерам.
Мягкие каменистые и обожженные материалы
могут поступать в бункер А, минуя этап среднего дробления. При-
меняются бегуны с каменными катками и подом (гранит, кварцит)
во избежание загрязнений металлом. При переводе на измельче-
ние другого вида каменистого весь агрегат, (бегуны, элеватор,-
сито, магнитный сепаратор) очищается и «промывается» всухую
вновь размалываемым материалом.
Фарфоровый бой может быть направлен непосредственно в ша-
ровую мельницу. Глазурованный бой сортируется: не допускается
бой, загрязненный выплавками железа, цементом и пр. Опока и
мрамор также отсортировываются от железистых включений.
Кварцевый песок и кварцевые отходы проходят следующие
этапы: отсек склада — грейферный кран — бункер — ленточный пи-
татель-вибросито с сеткой, имеющей просвет отверстия 4 мм,—
элеватор — скребковый транспортер — бункер. Песок для глазури
целесообразно пропустить через сито № 05.
Производительность этого участка определяется виброситом и
составляет около 3 т/ч при расходе электроэнергии 2 кВт • ч на 1 т.
Автоматическое управление измельчением каменистых разра-
ботано, например, в [591].
Подготовка глинистых состоит в распускании каолина и глины.
Распускание каолина:
Емкость, оборудованная
Порядок загрузки таков, валить воду по водомеру на половину
высоты емкости, включить перемешивающее устройство, постепен-
но загружать расчетное количество каолина (глины), включив в
зимнее время паропровод для подогрева массы до 40—45°, и до-
лить остаток расчетного объема воды. В емкости вместимостью
13. м3 при диаметре перемешивающего винта 0,75 м длительность
распускания 7 т каолина 4 ч зимой и 3 ч летом.
Расход электроэнергии на распускание 1 т—15 кВт-ч. Рас-
ход воды — 1,3 м3 на 1 т каолина.
потребуется (13 000-60) : 75,7 «10 000 кг; за вычетом воды, поступающей с као-
2. Рассчитаем загрузку смесителя для распускания глины влажностью 18%
с доведением до суспензии влажностью 75% в емкости вместимостью 13 м3.
Сущность расчетов та же, т. е. 25:2,55+75=85 л. (25-13 000) : 85=3830 кг сухой
—690=10810 л воды.
75%-ной суспензии. На 1 т глины надо залить 10810:4 520=2,4 т воды.
Распускание глины производится по аналогичной схеме, что и
для каолина. После завершения процесса распускания суспензия
глины перекачивается центробежным насосом в гидроцйклонную
установку для обогащения и перемещается в расходную емкость
с винтовым смесителем, откуда перекачивается мембранным на-
сосом в объемомер. Для гидроциклоиа требуется суспензия влаж-
ностью 85%, т. е. на 15 кг глины —85 кг воды, на 3830 кг глины —
21 700 кг воды. Так как было введено (см. пример выше) 11500 л,
то надо добавить 10200 л воды. На 1 т глины расходуется
(10810+10200) :4520=4,7 т воды.
Длительность распускания глины в смесителе полезной вме-
стимостью 13 м3 при диаметре винта 750 мм —6 ч. Расход элект-
роэнергии на распускание глины 60 кВт-ч.
Тонкий помол компонент и получение керамической суспен-
зии. В последнее десятилетие наблюдаются усовершенствования
в организации технологического процесса изготовления массы или
в оборудовании массозаготовительных цехов предприятий кера-
мической промышленности. Эти усовершенствования идут в двух
направлениях: по линии укрупнения мощности шаровых мельниц
мокрого помола или полного отказа от этих мельниц.
На ряде заводов стран Европы продолжают пока увеличивать
мощность шаровых мельниц. Так, вместимость шаровой мельницы
Мокрого помола в исполнении фирмы «Дорст» доведена до 25,3 м3
с полезной загрузкой 14 т. Мельница имеет двускоростной привод.
Сокращение длительности ее разгрузки достигается созданием
внутри нее давления 4 ат. Производительность, считая по размолу
обожженного пегматита, около 0,8 т/ч.
Наряду С Тём 8 Последние годы начинает распространяться
способ сухого тонкого размола каменистых в цилпндроконических
мельницах, приготовление суспензии и сушка ее в распылительных
строила завод-автомат на 100 т фарфорового порошка в сутки для
централизованного снабжения ряда керамических заводов
(стр. 230).
В США почти полностью перешли на систему раздельного при-
готовления порошка На заводах-поставщиках и изготовления фар-
фора и полуфарфора на. других заводах — потребителях порошка.
Й настоящее время традиционной машиной европейского тон-
кокерамического производства служит шаровая мельница мокрого
помола. Обслуживают ее следующим образом. Каменистые, мо-
лотые до 2—4 мм материалы поступают по массе (с помощью
электровёсовой тележки) из своих бункеров. Показания весов
должны проверяться не менее трех, раз в смену.'
Весовщик корректирует завесы по сухой массе с поправкой на
влажность. Если влажность материала (по сведениям лаборато-
рии) w, %, количество материала по рецепту т, кг, то фактиче-
ская загрузка (кг) составит
М=т-100/(110—w). (39)
Поправка на содержание кварца в пегматите вносится следую-
щим образом, Пусть в рецепте указано 37% пегматита, содержа-
щего 27% кварца и 73% шпата, а в доставленном пегматите со-
держится 29% кварца. Надо ввести в массу 37-0,73 = 27% поле-
вого шпата.
В 100 массовых частях пегматита содержится 71 часть поле-
вого шпата, а для ввода 27 частей шпата потребуется (27-, 100) :
: 71=38% пегматита. Вместе с пегматитом будет введен кварц:
Тонкое измельчение. Ведут тонкое измельчение каменистых
в шаровых мельницах мокрого помола, футерованных изнутри
кремневыми или уралитовыми хорошо обожженными брусками,
поставленными на цементном растворе (цемент марки не менее
400 и чистый кварцевый песок), и заполненных мелющими телами
(в виде цилиндра, яйца) из хорошо обожженного уралита (глины
30%, глинозема 62,8%, доломита 7,2%, по Юрчаку и Розенберг)
или кремневых желваков (гали). Для уменьшения подмола вслед-
ствие износа мелющих тел целесообразно повторно обжечь урали-
товые тела, поступившие на завод, при температуре политого об-
жига.
Износ (истирание) за 1 ч работы мельницы: кремневой гали
0,05—0,08%, уралитового фарфора 0,025%. Необходимо раз в ме-
сяц выгружать, перебирать и взвешивать мелющие тела. При
каждой загрузке измалываемых материалов необходимо добав-
лять несколько килограммов мелющих тел по расчету на-
384
Воду для заливки в шаровую мельницу пропускают через водо-
мер и фильтр из сетки № 0125 или 014 с прокладкой из войлока
или стеклянной ваты.
Состояние футеровки мельницы необходимо проверять после
каждого слива и при необходимости — ставить на ремонт. Поэтому
необходим резерв шаровых мельниц в количестве, например, одной
на каждые три действующие.
Рекомендуемое соотношение материал — измалываемые тела
(шары)—-вода М : Ш : В — 1: (1,2—1,8) : 1; заполнение мельницы
по объему 85—90%.
Порядок загрузки свежеобкатанной мельницы: сначала ее за-
полняют мелющими телами по массе, вводят воду, в которую до-
бавлено 5—7% глины или 1—2,%. бентонита для того, чтобы сус-
пензировать кварц в случае остановки мельницы, загружают из-
малываемый кварц, взятый после его помола на бегунах, политой
череп, трошковскую глину.
Чтобы ускорить измельчение и повысить механическую проч-
ность массы в последующем ее воздушно-сухом состоянии, добав-
ляют поверхностно-активное вещество (ПАВ) — сульфитно-спир-
товую барду марок КВА или КВТ в количестве 1% по массе из-
малываемого материала. Длительность помола 2,5—3 ч. Частота
вращения барабана шаровой мельницы устанавливается опытным
путем; для мельниц диаметром более 1,25 м исходят из частоты
вращения п,'об/мйн, определяемой отношением:
п=35:/5,_
(40)
где D — диаметр мельницы, м.
После размола кварца догружают в барабан полевошпатовые
материалы и утельный череп и продолжают размол еще 4—5 ч.
В качестве примера приведем данные по шаровым мельницам
чехословацкого производства (табл. 87).
На этом этапе приготовления массы могут быть два варианта.
Первый вариант — слив суспензии из шаровой мельницы с помо-
щью сжатого воздуха и смешивание этой суспензии молотых ка-
менистых с распущенным каолином и глиной, а также с
распущенными в пропеллерных или лопастных смесителях сушьем
и обрезками. Это прием раздельного помола. Второй вариант —
введение глинистых компонент в шаровую мельницу после измель-
чения каменистых и домалывание в течение еще 2—3 ч. Это
прием совместного помола.
При первом варианте лучше используется вместимость шаро-
. вых мельниц, при втором варианте происходит лучшее смешива-
ние каменистых и глинистых, и качество жидкой массы лучше.
Для выпуска сервизов желателен второй вариант.
Продукция из нескольких шаровых мельниц поступает через
сито № 02 в сборники смесителя. В случае слива в сборники сме-
сителя суспензии каменистых и глинистых, первыми должны сли-
ваться глинистые. Слитую и перемешанную суспензию влажно-
стью 55—60% пропускают через латунное вибросито № 01
(3460 отв./см2) и постоянный ферромагнит.
Тонкость помола указана в табл. 88. Влажность 45—50%. Раз-
мол глазури в шаровых мельницах при соотношении М: Ш : В
Виды суспензии сите^№^005 Mil Wi *
Для массы хозяйственно- го фарфора Для глазури 1 0,3-0,5 0,5—1,0 0,02-0,05 1,55—1,65 1.50-1,55 1,35-1,4 1,45—1,50
Для ускорения помола материалов кислого характера (ТЮ2,
ZrO2, SiO2) применяют поверхностно-активные добавки, обладаю-
щие основными свойствами; они содержат аминную или гидро-
ксильную группы. При помоле материалов основного характера
(магниевых силикатов, титанатов) применяют кислые поверхност-
ные добавки — нафтеновые и жирные кислоты и др. Такие до-
бавки способны не только арсорбироваться на поверхности мине-
ральных частиц, но и проникать в межпакетное пространство гли-
нистых минералов, ослабляя при этом интенсивность полосы
поглощения ИКС 930 см-1, характеризующей водородную связь.
Такие добавки, как кубовые остатки высших жирных кислот и
спиртов, содержащие цепи до 22 углеродистых атомов, вызывают
диспергирование и гидрофобизацию .глинистых частиц, увеличи-
вая почти вдвое удельную поверхность, чем содействуют спе-
канию.
Глазурь хранится в хорошо закрытых сборниках, обеспечен-
ных смесителями, и перекачивается мембранным насосом к местам
потребления.
Технологическая схема этапа размола:
386
Участок с двумя шаровыми мельницами по 8200 л выдает в 1ч
1,25 т фарфоровой массы (но сухой массе) при расходе электро-
энергии 68 кВт-ч, сжатого воздуха 1 м3 и воды 3,2 м3 на 1 т сухой
массы.
Коллоидный помол (микронизация). При пропускании суспен-
зии, полученной помолом в шаровой, через коллоидную мельницу
можно осуществить микронизацию (размеры твердых частиц 1—
5 мкм). Добавка такой микронизированной суспензии к основной
повысить-прочность, по данным Джансис и нашим [107].
Электровесовая тележка Одесского завода им. Старостина
имеет пределы взвешивания от 100 до 2000 кг с Ценой деления
шкалы массы 5 кг. Вместимость бункера тележки 1 м3, скорость
передвижения по колее 750 мм 60 м/мин, мощность 1,5 кВт,
масса 1610, кг.
Мембранные насосы производства ЧССР имеют такие показа-
Марка насоса Напор, ат Мощность.
ОАИ50РМСА АеКСТВИЯ’ 18 50 2 5
65 MCA 110 18 100 2,7
Двойного действия: 50 МЦД 2 ФЕ 80 18 100 4 5
65 МЦД 2 ЛГ ФЕ НО 10 200 7,5
Фильтр-прессование. Суспензия из расходного сборника пере-
качивается мембранным насосом в устройство для частичного
обезвоживания с 55 до 20—25%. Для этой цели могут быть при-
менены два вида оборудования — рамный фильтр периодического
действия и фильтр-пресс автоматический камерный непрерывного
действия (ФГГАКМ).
Обычный двухплунжерный насос производительностью 5—
6 м3/ч модернизирован. Так, фирма «Нетцш» выпускает насосы,
в которых давление и число ходов поршней регулируются в зави-
симости от заполнения фильтр-пресса. Материал рабочих частей
насоса заменен дюралюминием, нержавеющей сталью, фарфором
и др. Рабочее давление достигает 25 ат, подача — 45 м3/ч.
Рамные фильтр-прессы на 30—60 рам получили большое рас-
пространение в тонкой керамике. Основной их недостаток — пе-
риодичность действия. Суспензия накачивается мембранным на-
сосом в камеры фильтр-пресса, образованные чугунными рамами
с проложенным между ними фильтрующим полотном. Фильтрую-
щее полотно «бельтинг» из хлопчатобумажной пряже Может быть
заменено более прочным полотном из капроновых, волокон. Дли-
тельность накачивания («набивания») фарфоровой суспензии
1,5—2 ч, фаянсовой, более глинистой,—2,5—4 -ч.
Отфильтрованные воды отводятся желобами в общий сборник
с винтовым смесителем, откуда перекачиваются в массозаготови-
тельный цех для повторного использования.
При фильтровании более глинистого фаянсового шликера
вставляют оцинкованные железные диски с отверстиями между
полотном и поверхностью рамы для улучшения влагоотдачи и
сбережения полотна. При вставке таких дисков-сеток вместимость
камер в фильтр-прессе уменьшается примерно на .15%, но зато
значительно повышается оборачиваемость пресса, и срок службы
полотна возрастает вдвое.
Нагревание шликера на 35—40° понижает его вязкость и уско-
ряет фильтрование на 15—20%. Весьма эффективно действует
также добавка 0,25% растворов уксусной или муравьиной кис-
Чтобы получить равномерный по влажности корж, давление
в фильтр-прессе поднимают плавно. К концу фильтрования вода
из отверстия в рамах почти не вытекает, а давление плавно под-
нимается до 10—15 ат.
Толщина коржа более тощих масс 30 мм, более жирных —
25 мм. Масса одного из наиболее крупных коржей (из рамы
1000X1000 мм, при толщине 30 мм) 42 кг.
Движение суспензии по камерам фильтр-пресса бывает равно-
мерным только в начале, фильтрования. По мере фильтрования
это движение теряет свою равномерность и к концу процесса
внутри образующегося коржа жидкая масса продвигается ветве-
образно (Вяхирева). Поэтому наблюдается расслоение массы по
сечению коржа, обогащение отдельных его участков отстающим
материалом и неравномерная влажность коржа: в середине 30—
35%, снаружи 20—22%.
Для удобства загрузки фильтр-пресса под рамы подводят лен-
точный транспортер, идущий вдоль фильтр-пресса и принимаю-
щий коржи. Раздвижку рам осуществляют механически кареткой
с зацепами, что позволяет одному работнику обслуживать 5—8
фильтр-прессов.
В качестве примера приводим показатели работы полумехани-
зированного фильтр-пресса чехословацкого производства ЛФП —
800—2 на 60 камер; объем камеры 12 л, объем пресса 660 л, мак-
симальное давление фильтрования 10 ат, масса 10,6 т, толщина
коржа 80"мм. Расход фильтровальной ткани «бельтинг» 0,8 м на
1 т массы. На всей линии за 8 ч фильтруется 18 т массы, или 14 т
по сухой массе, и тратится энергии, кВт-ч: на работу смесите-
лей—80, на накачивание—30, на конвейер—18, на вакуум-пресс
первый—110, на вакуум-пресс, второй—70, на смесительретурных
вод—12.
К фильтр-прессу необходима напорная станция РП34—2 вы-
сокого давления (320 ат), работающая при трех плунжерах ди-
аметром по 14 мм, подающая'6 л/мин.
Транспортер переносит спрессованные и извлеченные- коржи
к вакуум-мялкам для первичного промина. Такие вакуум-мялки
389;
поставляются заводом «Красный Октябрь» (Харьков) или фир-
мами «Кема» (ГДР), «Дорст», «Нетцш» (ФРГ) и др.
Вопросы экструзии масс через мундштук рассмотрены в [213].
Полученные валюшки массы направляются в массохранилище,
устраиваемое под фильтр-прессным отделением для вылежива-
ния; реакции гидролиза и гидратации существенно повышают
связность массы и резко улучшают ее формуемость.
Непрерывное обезвоживание керамических суспензий посред-
ством вращающегося барабанного вакуум-фильтра (фирмы «Баул-
тон», Англия); подсушкой на вращающемся барабане, обогревае-
мом изнутри паром; электроосмотическим отложением суспензии
на специальном барабанном катоде по методу Антоневича (НИИ-
стройкерамика) не получили распространения.
Практическое значение в последние годы приобрел фильтр-
пресс непрерывного действия (ФПАКМ). Этот фильтр-пресс ав-
томатический камерный с механическим зажимом плит предназ-
начен для фильтрации суспензий, содержащих от 5 до 500 г/л
твердого вещества, при температурах от +5 до +70°. Фильтр
этот перенесен из химической промышленности и опробован с по-
ложительными результатами на одном из наших фарфоровых за-
водов. Из четырех типоразмеров фильтр-пресса завода «Прогресс»
(Бердичев) в керамической промышленности применен фильтр-
пресс с поверхностью фильтрования 25 м2 и с 16 плитами. Вы-
грузка производится на транспортер.
В линии целесообразно установить два фильтр-пресса
ФПАКМ-25 с двумя транспортерами с боков. Обслуживают их
два работника. Производительность линии 1,5 т массы (по сухой
массе) в 1 ч. Расход электроэнергии 70 кВт-ч на 1 Т массы. Рас-
ход фильтровальной ткани шириной 1,2 м —0,55 м на 1 т массы.
После выгрузки масса подвергается проминке на первом ва-
куум-прессе мощностью 55 кВт и, если нет вылеживания,— на вто-
ром вакуум-прессе мощностью 17 кВт.
ФПАКМ позволяет снять с 1 м2 фильтр-ткани в 1 ч 32 кг
массы, считая на сухое вещество, т. е. в 3,5 раза больше, чем
обычный рамный фильтр-пресс.
(см. на стр. 391). Эту схему можно применить для централизован-
ного снабжения керамических заводов—потребителей порошка ка-
менистых или для изготовления массы с меньшей затратой труда,
чем при шаровых мельницах «мокрого» помола, с большей ста-
бильностью свойств продукта и с большей производительностью
как это показывает опыт.
После циклона-сепаратора частицы размером более 20—40 мкм
возвращаются на домол в цилиндро-коническую мельницу.
Имеются указания на то, что сухой размол каолина с увеличе-
нием количества частиц менее 2 мкм от 45 до 70% вызывает уве-
личение «сухой», прочности с 8 до 14 кгс/см2 при изгибе и повы-
шает плотность фарфора на таком каолине (после обжига при
1300°) с 2,42 до 2,47 [426].
390
Приготовление керамической массы без фильтр-прессования.
Трудности автоматизации фильтр-прессования и повышенные
эксплуатационные затраты на тонну фарфоровой массы, получа-
емой по действующей технологии фильтр-прессования (в том чи-
сле и по схеме с ФПАКМ), содействовали развитию новой техно-
логии приготовления фарфоровой или фаянсовой массы (рис.76).
Суть новой технологии состоит в том, что готовят фарфоровый
шликер с влажностью порядка 50%, сушат его в распылительном
башенном сушиле до влажности 5—7%, смешивают полученный
порошок в смесителе со шликером и полученную массу влажно-
стью 20—23% перерабатывают на вакуум-прессе.
Сравнение капитальных и эксплуатационных затрат навыпуск
фарфоровой массы для пластического формования показывает,
что приготовление ее по новой технологии обходится в 3—4 раза
дешевле.
ФОРМОВАНИЕ
Формующие автоматические устройства для производства
тонкой керамики поставляются преимущественно фирмами ФРГ —
«Нетцш», «Цейдлер» и английской фирмой «Сервис Инжинирс»;
в США с ними конкурирует американская фирма «А. Дж. Ваал».
Отечественная тонкокерамическая промышленность применяет
формовочные автоматы западногерманских фирм.
Формование плоских изделий. Выпуск плоских изделий со-
ставляет по массе около 3/4 всей фарфоро-фаянсовой продукции.
Поэтому особое внимание устремлено на автоматизацию формо-
вания именно этой большой группы изделий.
Предложенный в пятидесятых годах в английской керамиче-
ской промышленности способ формования вращающимся роли-
ком вместо традиционного плоского опускающегося шаблона про-
извел переворот в этой области техники.
Весьма большое значение имеет конструкция рола, придаю-
щего. необходимую разнотолщинность тарелке в дне, в уторе и
в бортах и должную степень отогнутости бортам. После обжига
борта тарелки несколько раскрываются наружу. Усадка в разных
участках тарелки неодинакова, она больше на бортах. Толщина
тарелки определяет ее массу (вес), которая меняется в довольно
широких пределах, например от 0,55 до 0,4 кг у глубокой тарелки.
Неодинаковость толщины тарелки вызвана соображениями сосре-
доточия деформирующих (при обжиге) усилий в ее уторной коль-
цевой части.
Уменьшение степени деформации тарелки — путем ли правиль-
ного ее конструирования, путем ли изменения технологии (напри-
мер, в английской практике тарелку производят по фаянсовой
схеме) — не исключает необходимости унификации формы и раз-
меров тарелки для широких кругов потребителей. Это замечание
в значительно меньшей степени может касаться чашки.
Унификация тарелки дает существенные выгоды, связанные
с унификацией форм и капселей, возможность централизованного
снабжения ими фарфоровых и фаянсовых заводов.
Современное формование тарелок может быть осуществлено
на одно- или двухшпиндельном станке-полуавтомате. Одношпин-
дельный станок (рис. 113) состоит из следующих главных дета-
лей: ' резательной рамки со струнками (арфой) 1, устройства для
разводки заготовки в пласт, состоящего из поворотного стола 2 и
колонки с вращающимися дисками <3, пятигнездного стола 4 с по-
переменно вставляемыми формами, формующей головки-рола 5,
имеющей вращательное и одновременно поворотное прецессион-
ное движение для обкатывания поверхности отформованного
изделия.
Оператор закладывает на стол 1 подвезенную цилиндрическую
скалку массы, вышедшую из мундштука перегонного вакуум-
пресса, опусканием арфы со струнками разрезает ее на серию
кружков-заготовок и переносит пару заготовок на два диска
стола 2.
Дальнейшие действия автоматизированы: выдвижение диска
6 с заготовкой под вращающийся разводящий диск и обрезка
края; перенос разведенного пласта в положение над формой 7,
выдвижение формы 7 для принятия пласта, перемещение формы
с пластом под нагретую формующую головку 5, плавное выдви-
жение гипсовой формы 8 для обработки головкой при ее враща-
тельно-качательном движении, опускание формы и перемещение
ее в позицию для ручного съема формы с отформованной та-
релкой.
Двухшпиндельный станок позволяет удвоить производитель-
Регулируемая производительность одношпиндельного полуав-
томата от 300 до 600 изделий в час при затрате электроэнергии
на все механические операции 3,5 кВт и на нагрев головки-рола
Автоматические нитки
формования тарелок
обычно решают в двух
вариантах: 1) с переда-
чей формы в патрон
шпинделя формующего
станка с последующим
автоматическим съемом
формы и установкой ее
в сушило; 2) с оставлени-
ем формы в полках кон-
вейера, но с подъемом
формы и выходом ее из
гнезда в полке при про-
хождении формы над
шпинделем формующего
автомата и с последую-
щей посадкой формы
с отформованным издели-
ем обратно в гнездо пол-
ки конвейера, движуще-
гося в сушило. Второй ва-
риант, по-видимому, име-
ет некоторое преимущест-
во по производительно-
сти. Отечественные и за-
рубежные конструкторы
разрабатывают оба вари-
Ручные операции по-
дачи скалки массы и на-
резание дисков заготовок
заменены дозировочным
питающим прессом (рис.
114), что позволило повы-
сить производительность
на 25—30%. Этот пресс
фирмы «Нетцш» состоит
из приемного нагнетаю-
щего пресса 1, вакуум-ка-
меры 2, резательного уст-
ройства, ленточного пита-
теля 3 и наклонного по-
давателя 4. Расход мощ-
ности на привод шнека
2,2 кВт, на наклонный по-
даватель— 0,11 кВт.
Дальнейшие усовер-
шенствования коснулись
формования изделий на гипсовых формах без выема их из гнезд
конвейера, что резко увеличило производительность. В новейших
решениях поточных линий формования все операции, начиная с по-
дачи скалки и отрезки кружка-заготовки до выдачи тарелки на
, обжиг, автоматизированы. Возможный вариант такой линии спро-
ектирован ГИКИ для фаянсового завода; он состоит из следующих
операций (рис. 115):
1—подача контейнера со скалками массы весом (массой) 17—
19 кг, полученными из вакуум-пресса; 2— проминка массы в пита-
теле— вакуум-прессе при влажности 21,5—22,5% для тарелок;
3—резка — дозирование кружков-заготовок, помещение их на
формы и передача на формовочный автомат; 4—формовка на по-
луавтомате; 5—перемещение форм с изделиями для первой сушки
(подвялки) 5а при 70° на формах; 6—автоматическая переста-
новка подвяленных тарелок (методом присоса) на вторую быст-
рую сушку 56 при 200°: 7—автоматическая перестановка высу-
шенных тарелок на оправочный автомат; 8—оправка изделий на
автомате (обрезка края и заглаживание); 9— собирание тарелок
в стопки для отправки на первый обжиг.
Производительность: фаянсовых тарелок диаметром 240—
220 мм по проекту 1500 шт./ч и диаметром 175—200 мм—2250шт.
Занято 3 работника.
Линия формования фарфоровых тарелок по проекту «ОМА-45»
ЦПКТБ Министерства легкой промышленности СССР такова.
Дозирующим вакуум-пресс
Проектная производительность 1200 шт./ч. Потребляемая мощ-
ность 80 кВт. Расход горячего (75—90°) воздуха 62 000 м3/ч. Про-
должительность сушки 30 мин. Длина линии 18,9 м, ширина 5,3 м,
Линия изготовления тарелок из полуфарфора итальянской
фирмы «СИТИ» может быть представлена такой схемой.
Тарелки обжигаются при 1180° в течение 3 ч. Линия работает
непрерывно семь дней в неделю по 3 смены, на линии ежесменно
трудятся 5 человек. Пять дней в неделю в одну смену занято 4 ра-
бочих на сортировке тарелок и шлифовке ножек на станках. Про-
изводительность линии 520 шт./ч. Установочная мощность электро-
двигателей в линии 150 кВт. Расход газа для работы сушила и
роликовой печи 70 м3/ч при калорийности 8170 ккал/м3. Расход
воды 10 м3/ч сжатого воздуха под давлением 7 кгс/см2—5 м3/мин.
Требуется производственная площадь 1320 м2.
Фирмами «Дорст», «Липперт», «Цейдлер» (ФРГ) в 1971—
1972 гг. совместно построена автоматическая линия производи-
тельностью 1200 шт./ч тарелок {427]. Схема работы.этой линии
показана на рис. 116.
Скалки поступают с помощью наклонного транспортера 1 к ре-
зательному и дозирующему устройству. Нарезанные пласты пере-
носятся по кругу трехпозиционным приемником 2 к автомату раз-
водки пластов.
Резательный автомат снабжен направляющим кольцом для
центрированной посадки отрезанной заготовки на гипсовую форму,
а в случае формования фарфоровых и полуфарфоровых тарелок —
на подставку-шпиндель разводочной трехпозиционной машинки 3.
Заготовка пневматически присасывается к поверхности приемного
диска и разводится керметовым (на основе карбида вольфрама
или карбида титана) приспособлением. Нажим его регулируется.
Излишек края разведенной заготовки срезается фиксированным
ножом и отбрасывается в приемник. Формование массы (влажно-
стью 21—22%) производится на шестишпиндельном автомате 4
с регулируемой температурой формующего рола, контролируе-
мой частотой вращения шпинделя с формой и формующего рола
и с регулируемым углом наклона головки рола при прецессион-
Вакуум обеспечивает прочное удержание формы в патроне
шпинделя.
К формующему автомату подключено автоматическое устрой-
ство для накладывания пустых подсушенных гипсовых форм и
съема их с отформованными тарелками.
Период формования тарелки составляет 8 с, из которых на
собственно формовку приходится 4,4 с. Регулирование времени
формования в пределах этих 8 с осуществляется (в соответствии
со свойствами массы) набором сегментов в.копиркулачковом ме-
ханизме— регуляторе вращения; каждый сегмент соответствует
одной секунде. Благодаря такому регулированию общая произво-
дительность машины не страдает, в чем и состоит ее некоторое
преимущество.
Одновременно накладываются 3 пустые формы и снимаются 3
формы (с тарелками), которые перемещаются на позиции 5 в пер-
вую стадию сушки (сушило 6) до кожетвердого состояния при
температурах до 90°. Предполагалось на основании исследований,
что кратковременное действие воздуха температуры 90° не опасно
для целости гипсовых форм. В дальнейшем эта температура была
значительно повышена.
Конструктивно нагрев обеспечен подачей теплоносителя через
систему дырчатых рожков (сопел), расположенных по профилю
тарелок. Последние по три поступают на палетки непрерывного
конвейера.
Длительность подвяливания около 6 мин. Далее края тарелок
подвергаются оправке на станке-автомате 7, и тарелки автомати-
чески переставляются по три на полку конвейера. Затем палетки
ООО!
с формами и тарелками перемещаются в следующую ветвь су- ..
шила и на позиции 11 снимаются вакуум-переставителем и поме-
щаются на конвейер, идущий к машине для оправки края.
стема влажных губок этой машины обеспечивает оправку как’
гладкого, так и вырезного края. Тарелки придерживаются на
своих шпинделях с помощью вакуума. Длительность оправки
контролируется посредством реле времени. На оправку тарелки
-тратится 7. с, После оправки линия стопорится и 6 тарелок одно-
временно переносятся вакуум-переставителем на вырезные план-
шетки, находящиеся на сетчатом конвейере, и направляются в су-
шило для второй стадии сушки 8.
Система теплоснабжения с помощью рожков обогревает та-
14 мин (пребывание под рожками). Второе сушило расположено
над первым, что выгодно отличает эту систему от других, т. к.
позволяет экономить строительные объемы и тепло. Последний
этап — извлечение тарелок и стопирование 9; затем передвижка
форм с изделиями, их перестановка на позицию 10 для оправки и,
наконец, перестановка пустых подсушенных .форм на конвейер.
Общая мощность 85 кВт, общее потребление тепла (1,8—
2,5)-10 s ккал/ч; количество работников — два.(ОДИН на загрузке
скалок, второй на разгрузке тарелок и сортировке их). Произво-
дительность на 1 работника при двусменной работе около 3 млн.
По этой же системе построены линии формования тарелок фир-
мой «Сервис Инжинирс» (Англия), фирмой «Нетцш» (ФРГ) и др.
По другой системе формования с невынимающимися формами,
действуют линии фирмы «Баукема» (ГДР) с номинальной произ-
водительностью 1000—1100 шт./ч, американской фирмы «Мил-
Формование чашек. Промышленное формование чашек может
быть осуществлено двумя способами: литьем шликера в гипсовые
формы и пластическим формованием — раскатыванием заготовки
по стенкам гипсовой формы.
Литье. Литейные карусельные, полуавтоматы были спроекти-
рованы в ГИКИ (Слуцким, Каштелян, Васильевым) в пятидеся-
тых годах, построены и опробованы на заводах. Эксплуатация их
дала положительный эффект. По производительности эти машины.'
уступают пластически формующим полуавтоматам, а по сложно-
сти — превосходят их.
При существующих системах литья количество возвратных от-
ходов составляет 71—76%, тогда как при пластическом формова-
нии— около 40% [428]. Целесообразно использовать способ литья
при изготовлении сервизов, когда требуется выдержать однооб.ра-
зие-показателей всех предметов сервиза.
Разработкой литьевых автоматических линий . заняты как
в СССР (ГИКИ), так и в некоторых зарубежных странах, напри-
мер фирмы «Прагоинвест» (ЧССР), «Цейдлер» (ФРГ). Конструк-
тивное . решение ГИКИ представлено литейно-подвялочным
агрегатом для изготовления корпусов чашек. Агрегат состоит из
следующих четырех элементов: шестнадцатипозиционного литей-
ного автомата, двухъярусного двадцатипозиционного карусельного
сушила, находящегося между ними представителя блоков гипсо-
вых форм и выгрузчика высушенных корпусов чашек.
Шликер автоматически засасывается из емкости с действую-
сливаются в четыре литейные формы, объединенные в одном ме-
таллическом блоке. Каждый блок при периодическом повороте
стола литейного автомата проходит путь в шесть позиций по кругу
от места заливки шликера в формы до места отсоса шликера из
форм.
Отсос осуществляется вакуумом через трубку, опускаемую
При дальнейших передвижках стола по кругу происходит закреп-
ление тела чашек. Дойдя до переставителя, блок с формами и от-
литыми изделиями захватывается вилкой переставителя, перево-
рачивается формами вниз и переставляется (при повороте пере-
ставителя на 180°) на верхний стол карусельного сушила. Вторая
вилка переставителя переставляет блок с пустыми формами об-
ратно на стол литейного автомата.
Столы сушила совершают вращательное движение на 1/20 обо-
рота. Сушка производится электронагревателями, происходитпод-
вялка чашек до выпадения из форм на металлические бомзы, где
чашки окончательно досушиваются. На 10-й позиции сушильного
стола изделия переставляются на конвейер, уносящий чашки на
Проектная производительность агрегата 600 шт./ч чашек
с толщиной стенок 2 мм, практическая — несколько ниже. Уста-
новленная мощность электродвигателей 6 кВт, нагревателей —
15 кВт. Высота 1860 мм, площадь 7600X3600 мм. Обслуживают
агрегат двое работников — оператор-литейщик и разгрузчик кор-
пусов чашек.
Состав фарфорового шликера одного из заводов, по данным
Соловьевой, таков: просяновского каолина 40%, глины Веселов-
ской 11,%, чупинского пегматитового концентрата 18%, чупин-
ского кварца 27%, черепа политого 4%, твердого 67%, воды 33%;
наименьшая вязкость при 0,08% соды и 0,35% жидкого стекла.
Состав фаянсового шликера: каолина 29,6%, глины Веселовской
26,4%, кварца чупинского 38,6%, черепа утельного 5,4%, влаж-
ность 36%. Купность помола материалов 0,8—1% остатка на
сите № 0056.
Как и для всякого сливного метода, шликер должен иметь по-
вышенную текучесть; кроме того, сливной метод не позволяет по-
лучить строго одинаковую толщину стенок изделия по высоте, по-
этому пригоден для производства мелких изделий.
Полуавтоматическая линия для литья корпусов чашек италь-
янской фирмы «Себринг» представлена: 1) автоматом для литья
в виде шести датчиков шликера, поступающего из общего бака,
размещенных в металлическом каркасе и периодически, по реле
времени, выливающих шесть порций шликера по уровню вводимых
в формы электродов; 2) тележечным двухрядовым (36 тележек)
линейным пульсирующим конвейером в две ветви по высоте (верх-
няя ветвь — для рабочего направления, нижняя ветвь — для воз-
вратного направления тележек); каждая тележка имеет шесть
формодержателей, ширина ее 0,6 м; длина конвейера 36 м; 3) по-
воротным столом с решеткой, расположенным около 15-й позиции,
тележками и предназначенным для ручного слива избытка шли-
кера, производимого путем ручного извлечения каждой формы из
тележки; после слива формы очищаются от остатков шликера по
краям формы и снова устанавливаются в конвейер, но не сразу,
а после поворота стола так, что вставляется подготовленная пар-
тия форм. Производительность конвейера 180 шт./ч, количество
работающих на линии 4 человека.
Литье полых изделий (чайников, кофейников) может быть
осуществлено, например, на литейной машине KTR фирмы «Лип-
перт*. Такая машина в виде вертикально замкнутого столикового
конвейера имеет позицию дозирования шликера, участок набора
черепа, позицию слива шликера, участок подвялки, позицию съема
изделий,' участок подсушки форм. На столиках размещается по
6 гипсовых разъемных форм. Дозатор выдает шесть струй шли-
кера. Производительность, по данным завода в Ильменау, 300 шт./ч
(Паничев).
Пластическое формование. Пластическое полуавто-
матическое формование чашек осуществлено также с использо-
ванием вращающегося в форме и нагреваемого ролика. Конструк-
ции станков решены на основе одно- и двухшпиндельного отформо-
вывания заготовки.
Одношпиндельный станок производительностью 600—900 щт.
фирмы «Нетцш» приведен на рис. 117; расход мощности на вра-
щение шпинделя (600—1400 об/мин) 0,8 кВт, на поворот стола —
0,8 кВт.
Питание станка массой — с помощью нарезанных арфой заго-
товок (как на рисунке) или посредством автоматической дози-
ровки через питатель. Сформованные изделия направляются
в формах в конвейерное сушило. Четыре и пять таких станков мо-
гут быть сблокированы в одну группу и работать параллельно при
обслуживании одним человеком, закладывающим заготовки массы
в питатели. Недостаток таких линий — большая длина и затруд-
нения с приставкой ручки.
В более новом варианте сдвоенной линии фирмы «Нетцш» при-
менен двухшпиндельный станок 2 с автоматическим дозирующим
прессом /, имеющим раздвоенный мундштук (рис. 118). Заготовки
массы поступают по конвейеру 3, и сформованные корпуса чашек
в формах переносятся с помощью гнездового конвейера 4 в первое
сушило 5 для подсушки до кожетвердого состояния.
В поз. 6 — вакуум-переставитель корпусов чашек из форм на
турнеточный конвейер 8 с автоматической оправкой края чашек 7;
в поз. 9 — ручная приставка ручек и перестановка на полки Кон-
вейерного сушила 10 для окончательной сушки; поз. 11— контей-
нер для срезаемых излишков массы.
Места четырех работниц показаны скобками и кружками. Про-'
изводительность линии 1200 шт./ч [429]; для линии требуются
только 42 формы на шпиндель.
Оправка краев, приставка ручек и оправка (замывка) места
приставки ручки автоматизирована фирмой «Нетцш» в машине,
'показанной на рис. 119. Машина состоит из карусельного стола
с 16 приемными головками (8 позиций по 2 головки). Вакуум-пе-
реставитель вынимает чашку из формы и устанавливает ее в пе-
ревернутом виде на оправочную головку; стол поворачивается
на 45°, в следующей позиции опускаются держатели и происхо-
дит обточка края карбидным резцом; при следующем повороте
на 45° края чашки замываются системой передвижных поролоно-
вых губок. В следующей позиции работница вкладывает ручку
в раскрытую приемную мульду, концы ручки автоматически
смачиваются шликером, мульда с ручкой поднимается, поворачи-
вается на 90° и ручка прижимается (с постоянной регулируемой
силой) к корпусу чашки (влажность чашки 16—18%). Стол пово-
рачивается еще на 45°, и в следующей позиции производится ав-
томатическая замывка места приставки ручки к корпусу. Съем
чашки и установка ее на окончательную сушку производится
вручную на следующей позиции. Машина работает со скоростью
10 тактов в 1 мин, производительность ее 10X2X60= 1200 шт./ч,
потребление энергии 2 кВт, давление воздуха 6 ат. Расход, воздуха
220 л/мин, потребление воды 2 л/мпн. Размеры машины 2100'Х
Х2100Х1310 мм.
' Линия формования чашек с одношпиндельным автоматом и
карусельным первым сушилом для изделий в формах разработана
влажности происходит за 80 с благодаря направленным струям
воздуха, нагретого др 200". Обслуживают машину 3 человека.
Проектная производительность 1200 шт. чашек в 1 ч, расход элек-
троэнергии на 1000 чашек — 7,5 кВт.ч и тепла 31000 ккал. Ка-
русель выводит систему формования и сушки из линейных габа-
ритов, что не всегда удобно. Такая линия работает на некоторых
наших заводах; она описана Ахъяном [440].
Фирма «Цейдлер» разработала автоматическую линию формо-
вания чашек и блюдец в пластмассовых формах на двухшпиндель-
ном станке производительностью 1200 единиц в час. Применение
пластмассовых пористых форм позволило сократить этап под-
вялки до одной минуты.
Линия' изготовления чашек, построенная совместно фирмами
ФРГ «Цейдлер», «Липперт», «Ридгаммер», охватывает все опера-
ции от формования чашек до шлифовки обожженных глазурован-
ных чашек включительно. Линия укомплектована четырьмя фор-
мовочно-сушильно-оправочными агрегатами фирмы «Цейдлер»; на
линии находятся элеваторы-накопители фирмы «Липперт» и две
салазочные печи фирмы «Ридгаммер». Печь для политого обжига
при 950° имеет длину 40 м, площадь сечения 900X250 мм; дли-
тельность обжига в ней 64 мин. Печь для политого обжига при
1380—1400° имеет длину 60 м, длительность обжига в ней 105 мин.
Линия выдает 60 тыс. чашек в сутки при трехсменной работе пе-
чей и двухсменной работе прочего оборудования; на линии занято
26 человек.
Формование крупных плоских и полых изделии. Полуавтома-
тическая линия формования и глазурования по «сырому» для од-
нократного обжига решена фирмой «Дорст» в такой последова-
тельности машин и операций (рис. 120). Подача скалок массы 1,
резка скалок массы 2, разводка заготовки на трехшпиндельном
станке 3, передача заготовки на формовочный одношпиндельный
полуавтомат 4.
Операция по перестановке сформованного изделия в (или на)
форме на конвейер к первой сушке 5 производится вручную, место
оператора показано кружком с двумя черными сегментами. Опра-
вка на станке 6 и приставка ручек на станке 7 совмещены с руч-
ными операциями (места операторов показаны). В зависимости
от вида продукции ставится либо полочное сушило, либо инфра-
красная сушка 8; далее следует глазуровочная машина 9, дейст-
вующая распылением глазури по высушенному черепу, переста-
новка изделий на полки конвейера и транспортирование на за-
чистку ножки 10 (для фарфоровых изделий) и на политой
Такая линия выдает до 400 крупных изделий в час, ее обслу-
живают 6 человек.
Изготовляют ручки штампованием из массы влажностью 19—
22% с помощью полуавтоматов. Для разрезки ручек может быть
применен автомат фирмы «Нетцш», модель 590, разделяющий
пару ручек и выдающий их на конвейер к месту приставки их
к чашкам. Автомат-делает 55 подан в 1 мин, затраты мощности
Операция приставки двух ручек в вертикальном или горизонт
тальном положениях может быть осуществлена двойной присадоч-
15000
3 Ю в 7 6 5 t 2 3 0
ной машиной фирмы «Дорст», модель НМ 6/2 (рис. 121). Подсу-
шенные до кожетвердого состояния террины поступают rto кон-
вейеру 1, оператор В переставляет террину с конвейера на плечо
7 машины и следом затем переставляет террину с ручками с плеча
ручной их подаче (оператор А) из шкафа-накопителя <3, в котором
поддерживается необходимая влажная среда.
Производительность полуавтомата — 230—900 шт./ч, потреб-
ляемая мощность 0,5 кВт.
Полусухое прессование тонкокерамических масс влажностью,
например, 6—8% пока осуществимо применительно к фаянсовым
массам с повышенным содержанием связующей глинистой состав-
ляющей. По исследованиям Украинского научно-исследователь-
ского института стекольной промышленности (УНИИСП) [558],
процесс такого прессования трехстадиен, а именно: первая ста-
дия — давление 75—80- Kl'C/cM2, вторая — 150—160 кгс/см2, третья—
350—500 кгс/см2. Конструкторское бюро УНИИСП разработало
конструкцию пресс-автомата ПРБ-1 для прессования мелких фа-
янсовых тарелок. Производительность пресса по проекту 600 шт./ч,
общее давление .100 тс, расход мощности 5 кВт. Экономическая
целесообразность такого прессования несомненна, но метод тре-
бует освоения.
Иные способы формования. Традиционная техника формования
путем раскатывания сначала заготовки из керамической массы,
а потом — изделия на форме или в форме использует далеко не
все физические свойства массы. Оригинальна идея Энтелиса и
Нахамкина [430] об использовании ультразвука для «разжиже-
ния» и растекания не очень влажной массы в момент формования.
Примененная частота 24 кГц. Опыт показал хорошее (судя по
усадкам) выравнивание текстур массы при ультраозвучивании.
Отливка изделий из окислов в состоянии шликера, литье изде-
лий с помощью термопластифицированного шликера, молекуляр-
но-дисперсионное смешивание компонент (окислов) соосажде-
нием, например, по кремненитратному способу или способу гид-
ролиза описаны в [502].
406
СУШКА ИЗДЕЛИИ ТОНКОЙ КЕРАМИКИ
Общие сведения. Сушка хозяйственных фарфоровых и фаян-
совых изделий осуществляется обычно двумя способами передачи
тепла — конвекцией и излучением (радиацией). Более эффективен
метод конвекции, совмещенный с радиацией.
Сушильным агентом, или теплоносителем, выступает воздух,
нагретый в зоне охлаждения туннельной печи до 130—150° и
'выше и используемый в сушилах, либо подогреваемый калорифе-
рами непосредственно в самом сушиле или перед сушилом.
При радиационном методе сушки сушильным агентом высту-
пает также воздух, но он особенно не подогревается, а служит
для отвода влаги из высушиваемых изделий. Влага- выделяется
благодаря радиационному нагреву теплоизлучателями — газосжи-
гающими мелкодырчатыми панелями, спиралями из жаростойкого
сплава, электролампами с расширенной частью спектра инфра-
красного излучения или нагревателями иных конструкций. Высо-
кочастотная сушка, основанная на превращении тока высокой ча-
стоты порядка 1—6 МГц в тепловую энергию внутри влажного
тела высушиваемого изделия, пока почти не используется в тон-
кой керамике, хотя она может быть весьма полезной [431].
Режимные параметры сушки — температура теплоносителя t,
его относительная влажность <р, % и скорость движения в сушиле
и у поверхности высушиваемого изделия — устанавливаются опыт-
ным путем, обычно при помощи экспериментального сушила. Учи-
тывается чувствительность массы к сушке, степень влажности из-
делий, их конфигурация и плотность размещения в сушиле. Расчет
этих параметров на моделях (пластина, цилиндр) применительно
к конкретным изделиям, проводимый, например, по методу Добро-
хотова— Чижского, дает приближенные значения безопасной ско-
рости сушки М„т№ и допустимого перепада влажности ДУИакс пр
толщине s изделия, который служит критерием возможности по-
явления опасных напряжений в изделии в период его усадки [256].
Существенное ограничение интенсивности сушки вносят гипсо-
вые формы, на которых или в которых сформованы изделия. При
коротких периодах сушки, например при подвяливании от 22—23
до 18—17% влажности, измеряемых 1—2 мин, прогрев гипсовых
форм незначителен, и они, как показал опыт фирмы «Сервис Ин-
жинирс» (Англия), могут многократно эксплуатироваться даже
при 350° в сушиле. Гипсовые формы размещены в конвейере таким
образом, что они почти не подвергаются действию потока нагре-
того воздуха.
При длительных периодах сушки, измеряемых десятками ми-
нут, необходимо разделить сушку на две стадии: первая — низко-
температурная сушка на гипсовых формах до критической точки
прекращения выделения усадочной влаги; вторая — сушка (до-
сушка) без гипсовых форм. Перед второй стадией изделия снпма-
ются с форм и переставляются в сушило для высокотемператур-
ной быстрой сушки после того, как усадка завершилась и нет
опасений в возникновении опасных напряжений, грозящих появле-
нием трещин.
По своим сушильным свойствам массы с большим содержанием
глины (фаянсовые) нуждаются в несколько более замедленной
сушке, чем фарфоровые.
Начальные влажности, влажности при съеме с гипсовых форм
и окончательные приведены в табл. '90.
Ма““ “ ™ Влажность, %
=«„а „апеовыа окончательная
Фарфоровые: плоские полые литые Фаянсовые: плоские полые формован- 20-21 23-27 31—32 21,5-22,5 22,5—23,0 18-20 2 или 14 16 2 1,5-2 1,5-2 1,5-2 1,5-2
На многих заводах применяют для медленной сушки плоских
изделий сушила «Тюрингия» (ГДР) длиной 11,5 и 14 м. В этих
сушилах осуществлено, в основном, горизонтальное движение из-
делий и теплоносителя (рис. 122). Температура сушки от 30 до
70°, продолжительность сушки тарелок (диаметром 240 мм) 4,5 ч,
производительность 430 шт./ч, количество форм в обороте (без
выносной цепи) 1920 шт., удельный расход тепла на 1 кг испарен-
ной влаги 1700 ккал.
Конвейерная цепь с подвешенными люльками образует шесть
горизонтальных рядов, отделенных друг от друга перегородками
из пресс-картона. Верхний ряд, куда нет подачи теплого воздуха,
служит для возврата гипсовых форм. В середине размещен паро-
воздушный калорифер 1. Подача горячего воздуха сосредоточена
с обеих сторон сушила в средней его части во втором, третьем;
четвертом и пятом рядах конвейера. Поступающие через боковые
коллекторы 2, 3 потоки нагретого калорифером воздуха движутся
в горизонтальных направлениях от середины сушила к обоим его
торцам.
Нижний горизонтальный ряд действует как сборный канал,
отводящий отработанный воздух. Отбор этого воздуха осущест-
вляется в центральной части сушила через поперечную трубу, при-
соединенную к отсасывающему вентилятору 4. Часть воздуха вы-
брасывается наружу 5, а часть — подсасывается через регулируе-
мый шибером патрубок, бив смеси с возвратной частью воздуха
направляется в калорифер 1. Цикл повторяется.
Изделия на гипсовых формах ставятся на полки конвейера че-
рез окно 7 и после сушки снимаются с форм в окне 8 с противо-
положной стороны.
Рис. 123. Двустадийное сушило ГИКИ
Сушила этого типа тихоходны, требуют очень большого коли-
чества гипсовых форм для оборота и своими возможностями уже
не удовлетворяют требованиям автоматизации и убыстрения про-
изводства.
Двустадийная сушка может быть осуществлена в сушиле ГИКИ
(рис. 123), которое состоит из двух ярусов (зон) I и II, разделен-
ных между собой горизонтальной перегородкой 1. В этих зонах
расположены цепные люлечные конвейеры 2 и 3. Движение их син-
хронное и пульсирующее. Такая система движения конвейеров по-
зволяет включить сушило в автоматизированную поточную линию. I
Скорость может быть различной — например, движение 4,5 <Я
и выстаивание 13,5 с. Поступление изделий на гипсовых формах :
производится через окно (на рис. 123 показано стрелкой слева). )
В поз. А производится съем с гипсовых форм и перестановка из- j
делий при влажности 14% (может быть применен автомат-вакуум- :Я
перестановщик) в поз. Б на ковейер 3. Высушенные изделия, имея -j
влажность около 1%, вынимаются через окно (на рис. 123 пока»
зано стрелкой справа).
В нижнем ярусе производится первая стадия сушки тарелок Я
на гипсовых формах, а также сушка гипсовых форм, возвращаю-1
щихся по самой нижней ветви конвейера к месту формования. I
В верхнем ярусе осуществляется окончательная сушка полуфаб-а
риката.
Для сушки тарелок в первой стадии применяется направлен- ;
ный поток теплоносителя, имеющий температуру 65—70°. Подача
теплоносителя производится через три распределительных короба^
4, размещенных над полками с изделиями 5. В нижней поверхно»
сти коробов имеются насадки с перфорированной поверхностью. I
Скорость истечения струй нагретого воздуха из отверстий 13—j
15 м/с. Отсос отработанного воздуха производится через отверстие/
в коробе 6, под самой нижней ветвью конвейера. Часть воздуха,'3
имеющая температуру около 50°, направляется на рециркуляцию, |
часть — на выброс.
Во второй зоне (так же, как и в первой) тарелки размещаются I
донышками кверху и опираются уже не на гипсовые формы, а на
узкие кольцевые металлические подставки, обеспечивающие до-
ступ горячего воздуха к обеим сторонам тарелки.
Сушка изделий во второй стадии производится за счет радиа-
ции, создаваемой с помощью горелок инфракрасного излучения. !
Горелки 7 размещаются под изделиями на расстоянии 150—250 мм
(устройство горелки указано на рис. 124). Для смягчения режима
сушки и экономии тепла рекомендуется комбинированный режим, :
при котором изделия подвергаются попеременно радиационному I
нагреву и воздействию нагретого потока смеси продуктов горения
газа из горелок и воздуха.
Горелки размещены в сушиле через один ряд полочек-люлек.
Продукты горения в смеси с воздухом отводятся из второй зоны
через короб 8 и перебрасываются вентилятором в первую зону
сушила. Так как тарелки нагреваются во второй стадии сушки до
110°,. то предусмотрено охлаждение —просос воздуха снизу через
трубу В.
По ширине сушила размещаются 8 тарелок. Продолжитель-
ность обеих стадий сушки 14+13=27 мин. Основные показатели /
сушила таковы: производительность при сушке глубоких тарелок
диаметром 240 мм —600 шт./ч. Расход природного газа 30 м3/ч.
Мощность моторов привода и вентиляторов 14,5 кВт [432]. Габа-
риты: длина 7,3 м, ширина 4,7 м, высота 3,8 м. В сушиле нахо-
дится одновременно 520 гипсовых форм. Расчетный удельный рас-
ход тепла —ОКОЛО 1500—1600 ккал/кг испаренной влаги.
Другой вариант двухстадийной сушки тарелок представлен
конструкцией фирмы «Липперт» (ФРГ). В этом сушиле оба кон-
lieilcpa размещены также в одном корпусе, но последовательно го-
ризонтально; подвяливание осуществляется в первой половине су-
шила, сушка — во второй. Переставитель расположен под потол-
ком сушила, что неудобно. Температура сушки в первой стадии
60°, во второй—110°. Расход тепла, по данным фирмы,
1000 ккал/кг испаренной влаги. Продолжительность сушки в обеих
стадиях — 50 мин. Люльки перемещаются на 0,4 м (шаг) за 4 с.
Количество гипсовых форм, находящихся одновременно в зоне
подвялки,—600. Производительность сушила 1200 шт./ч, длина
сушила 12 м, ширина 4 м. Подача двух вентиляторов специальной
конструкции —60000 м’/ч.
f Аналогично решается двухстадийная сушка конструкторами
I Других фирм. Общий принцип, принятый в сушилах нового типа,
состоит в подводе к изделию теплоносителя, обычно путем осе-
I симметричного индивидуального размещения высушиваемых из-
делий и нагревателей (сопел), направляющих теплоноситель.
Этот принцип позволил значительно ускорить сушку тонкокера-
мических изделий, но вместе с тем усложнил конструкции сушил
и вызвал дополнительные трудности, связанные с необходимостью
поддержания соосности изделия и нагревателя.
Заслуживают большого внимания новые предложения конст-
Ь рукторов по сокращению длительности сушки, в частности фаян-
совых тарелок, комбинацией разных методов теплопередачи. Так,
I фирма «Сервис Инжинирс» ввела начальный прогрев тарелок на
гипсовых формах в поле токов высокой частоты (порядка 1 МГц);
за 1,5 мин удаляется 1% воды. Следом за тем изделия проходят
! зону радиации от ламп инфракрасного излучения и за 5—6 мин
I подсыхают до кожетвердого состояния. Далее Тарелки снимаются
. с форм вакуум-присосным перестановщиком и досушиваются
I в направленных воздушных потоках при 200° за 6—7 мин до оста-
I точной влажности фаянсовых тарелок 5%.
Горелка излучения. Газовая горелка излучения (рис. 124) со-
' состоит из металлического четырехугольного корпуса I с рефлек-
тором 2, керамического излучателя 3*, прикрытого нихромовой
сеткой 4, одновременно выполняющей функции стабилизатора го-
' рения, форсунки 5. Газ, вытекая из форсунки в смеситель 6, инже-
ктирует необходимый воздух для сжигания. Газовоздушная смесь.
1 проходит во внутреннюю полость распределительной камеры и
[ далее через мелкие параллельно расположенные канальчики в ог-
‘ неупорном керамическом излучателе 3 к его наружной поверхно-
I сти, где происходит процесс беспламенного горения газа. Наруж-
к25%, окись хрома 5%.
ная поверхность керамического излучателя нагревается до 750—
900°.
Имеются разнообразные конструкции радиационных горелок,;
различающиеся также площадью горения, способом подачи и сме-
шивания газа с воздухом, креплением и т. д. Некоторые данные,
приведены в табл. 91.
Сушка чашек. Обычно приставка ручек к корпусу чашек про-
изводится при кожетвердом состоянии последних (15—18% влаж-
ности). Поэтому сушка чашек осуществляется в два этапа: пер-'
вый — в гипсовых формах до указанной влажности, затем следует
ручная или механизированная приставка ручек, оправка и оконча-
тельная скоростная сушка без гипсовых форм.
Так же организована сушка в два этапа в сушилах фирмы
«Тюрингия» (ГДР), «Нетцш» (ФРГ). Аналогично работает по-
412
точная линия по производству толстостенных отдельных чашек
по совместному проекту трех фирм «Нетцш», «Липперт», «Кера-
бедарф» (ФРГ). Эта линия выдает 2400 шт. чашек в 1 ч.
Наряду с тем приставка ручки к корпусу чашки может быть
произведена и после сушки; в таком случае первый этап сушки
объединяется со вторым, и вся сушка осуществляется в одном и
том же сушиле. Так организованы формование и сушка чашек по
поточной линии фирмы «Сервис Инжинирс». Сушило представ-
лено карусельным столом, к оси которого прикреплено по радиу-
сам 36 держателей с кольцами для гипсовых форм. Карусельное
сушило им’еет преимущество перед линейным, которое заключа-
ется в отсутствии цепей и звездочек.
Вакуум-дозатор выдает заготовку массы. Она отформовывается
шпиндельным станком и поступает в пульсирующем темпе в су-
шило (металлический корпус, обшитый асбестом), которое обо-
гревается сжиганием газа в 24 соплах (по числу находящихся
форм) за счет вдуваемого вентилятором воздуха. Температура
в сушиле 350°. Охлаждение высушенных в формах изделий произ-
водится другим вентилятором. Работница извлекает чашки из
форм по выходе их из сушила, вслед за чем осуществляется опра-
вка края чашек. Формы возвращаются в держателях к дозатору,
а чашки отправляются по конвейеру для полуавтоматической при-
ставки ручек (требуются на линии 3 человека).
Из-за трудных условий эксплуатации износ гипсовых форм вы-
сокий, хотя, по данным фирмы, гипсовая форма выдерживает до
100 оборотов. Длительность сушки чашки (проектная) 80 с. Про-
изводительность участка 1200 шт./ч.
Опыт ГИКИ показал, что длительность сушки, безопасной
для целостности изделия (чашки), доводимой до 1% остаточной
влажности, близка 3 мин при 200°. Повышение скорости движения
теплоносителя более 3—4 м/с сказывается уже незначительно на
сокращении длительности сушки чашек. Дальнейшее ускорение
сушки чашек нормальной толщины (2,5 мм) во второй стадии
создает опасность для их целостности. Впрочем, некоторое влия-
ние оказывает состав керамической массы. Например, масса на
трошковской глине устойчивее в сушке, чем на Веселовской.
Что же касается длительности второй стадии сушки тарелок
(нормальной толщины и диаметра 240 мм), то срок в 10 мин, по-
видимому, близок пределу при 140° и при скорости движения
Совмещение второй стадии сушки и первого обжига чашек.
Исследования Клейнера и Алесовицкого показали возможность
объединения сушки и первого обжига чашек в вертикальных по-
токах теплоносителя высокого теплового напряжения без исполь-
зования принципа направленного подвода тепла к изделиям [433].
Вариант вертикального агрегата сушки и обжига (ВАСО) по-
казан на рис. 125.
Изделия влажностью 18% поступают через окно А, размеща-
ются на люльки из жароупорной стали, подвешенные к цепям,
413
утопленным в стеновых каналах, и вынимаются через окно А. При
двух рядах общее количество чашек на люльке: 16. Длительность
сушки 10 мин, обжига —9 мин, охлаждения—11 мин, всего —
Производитель-
(1600.36,5) :
в зоне Сушки, 20 — в зоне.
подогрева и обжига, осталь-
ные-в зоне охлаждения,
Движение люлек пульсй-'ё
рующее, длительность цик-
ВАСО может отапли-
ься природным газом
(8500 ккал/м3), сжигаемым
в 6 горелках по три в ряду.
Максимальный расход газа'
ный расход тепла (8500X
ХЗО) : (1600-0,1) = 1600
ккал/кг фарфора или 0,22.кг
условного топлива на 1 кг.
фарфора, что весьма незВДА’1
Распределение
подогрев, III—
обжиг, IV— охлаждение)
приблизительно таково.
В зоне сушки и обжига при
осуществленном противб-
токе на первых позициях
температура смеси газов
150—170°, в конце зоны
сушки 250°, в зоне нагрева
вначале 400° с последующим равномерным поднятием в зоне об-,
жига до 950°. Изделия охлаждаются в зоне IV противоточным
воздухом, поступающим из окна выгрузки продукции Б.
ЗАБОРКА, УСТАНОВКА КАПСЕЛЕЙ, РАССОРТИРОВКА ИЗДЕЛИЙ
ПОСЛЕ ПЕРВОГО ОБЖИГА
Заборка изделий производится в шамотные или карборундовые
капсели или на плиты каркасных этажерок вагонеток туннельных
печей при бескапсельном политом обжиге.
Капсель защищает обживаемое изделие от воздействия дымо-
лыхтазов, острого пламени и летящей золы. Формы и размеры кап-
селя определяются формой, размерами изделий, способом их раз-
мещения в капселе и изменением формы и размера изделия при
огневой усадке. Толщина стенок и дна капселя, по Городову, обы-
чно 0,04—0,05 от величины его наружного Диаметра. Для уве.чп-
чения высоты капселя в случае обжига крупных изделий на него
накладывают кольцо-обечайку.
Наружную сторону дна и внутреннюю боковую поверхности
капселей покрывают глазурью или тонким слоем глиноземистой
.массы, защищающих изделия от засорения («засорка») зернами
..Шамота во время обжига. Для выравнивания поверхности дно
капселя прошлифовывают или покрывают тонким слоем глинозе-
мистой— шамотной массы под шаблоном.
Для обжига тарелок широко используют капсели с вырезным
дном. Чтобы лучше использовать объем капселя, к полым крупным
изделиям подставляют мелкие изделия; имеющие крышки, обжи-
гают вместе с крышками.
Чашки, кружки, бокалы и т. п. обжигают на бомзах, необож-
женных круглых пластинах с круговой канавкой для установки
изделий; бомзы изготовляются из той же массы, что и изделия.
Это обеспечивает равномерную усадку изделия. Предварительно
поверхность бомзы, соприкасающаяся с краями изделия, покрыва-
ется тонким изолирующим слоем смеси из каолина и глинозема.
Более рационален метод совмещения (спаривания) фарфоровых
чашек и блюдец, благодаря чему значительно уплотняется садка
и устраняется внутренняя «засорка».
Фарфоровые фигуры ставят на обжиг, укрепляя далеко высту-
пающие детали подпорками, изготовленными из той же массы.
Фарфоровые трубы и стержни подвешивают в капселях с обечай-
ками, пользуясь особыми бомзами, которые отрезают от изделия
после обжига. Применение прямоугольных капселей позволяет
поднять коэффициент использования объема туннельных печей
для фарфора до 0,62, для фаянса—до 0,68. Глазурованные пор®
утельного обжига фарфоровые изделия устанавливаются на очи-
щенную от глазури поверхность без соприкосновения между собой
и стенками, капселя.
Фаянсовые глазурованные изделия размещаются при обжиге
иначе: плоские изделия ставят на ребро в капселях прямоугольной
формы (коробах), помещая их на «полозки» и укрепляя их с по-
мощью «спичек», вставленных в стенки короба. Полозки и спички
готовят из фаянсовой массы. Полые изделия ставят на острия
«крестов» — трехконечных звездочек. Места соприкосновения
видны на готовых изделиях в виде малозаметных на глазури то-
Колонны капселей устанавливают в круглых камерах печей:
1) концентрическими кругами от периферии к центру с оставле-
нием свободного пространства около стен и под сводом (ширина
80—120 мм) для дымовых газов или 2) рядовой садкой в виде
параллельных рядов, Второй способ дает немного лучшее исполь--
зование печного объема.
На вагонетках туннельных печей капсели размещаются парад- ;
тойчивости боковые колонны ставят с небольшим уклоном к сере-
дине вагонетки. Коэффициент заполнения печного объема при
круглых капселях 0,45—0,5 для фарфора и 0,5—0,55 для фаянса,.'
Обычно применяют комбинированную садку при обжиге хозяйст-
венного фарфора, устанавливая полые изделия на полках вагоне-,
точных этажерок, а плоские изделия — в капселях, размещая их/
по верхам и сбоку этажерок.
Сортировка. Изделия после утельного обжига подвергают ос-
мотру и перезвонке (деревянной палочкой) для распределения их
быть исправлены, и для удаления брака. Сортируют на нормально
обожжены?, недожженые, пережженные, дефектные изделия (не-
аккуратная оправка края, плохая приставка или подбивка детали,,
жмотины на дне) и бой (трещины, зашибы). Попутно зачищают
легкоисправимые дефекты стеклянной бумагой. Рассортированные
изделия передают обдувщику для удаления пыли струей воздуха^
(под давлением 2—3 ат) в вытяжных шкафах и широкой кистью..
Если чашки будут обжигать попарно, то шлифуют их края, вырав-
нивая для последующей склейки. Для склейки применяют водяную-
пасту, содержащую.8 % каолина или глинозема и.8—10% органи-
ческого клея. Для шлифовки применяют абразивные круги зерни-
стостью № 64—100 при частоте вращения шпинделя вертикаль-
ного шлифовального станка 150—200 об/мин. Изделия, обжига®
мые после глазурования на ножках (тарелки, предметы столового
сервиза), поступают к изолировщику; он ставит изделия ножкой
на войлок, смачивает машинным маслом; к замасленному месту
глазурь не пристанет.
Недожженные изделия, имея повышенную пористость, больше
поглощают влаги, и на них оседает более толстый слой глазури;
поэтому необходимо готовить для таких изделий глазурь пони-
женной плотности.
Для пережженных изделий требуется глазурь большей плота
пости, так как более плотно обожженный череп за тот же проме-
жуток времени набирания поглотит меньше влаги и на черепе
осядет меньшее количество глазури. Чтобы удалить пыль, приго-
ревшую к изделиям, после первого обжига, применяют круглые
волосяные щетки, закрепленные на шпинделях (400 об/мин). Опе-
рация зачистки может быть автоматизирована, как это осущест-
влено, например, фирмой «Сервис Инжинирс» в конструкции
станка для чистки чашек производительностью 1800—2200 изде-
лий в 1 ч, при затрате мощности 0,75 кВт (соответственно для
плоских изделий 1400—1500 шт.).
Одновременно с зачисткой полуавтомат ставит клеймо на дно
изделия.
ОБЖИГ ФАРФОРА И ФАЯНСА
Общие сведения. В большинстве производств хозяйственного
Г Твердого и полутвердого фарфора применяют двукратный обжиг:
первый .— на утель, второй — политой. Наряду с тем получил ши-
* • р.окое распространение однократный обжиг, в котором совмещены,
процессы образования черепа и разлива глазури.
Система двукратного обжига позволяет получить при втором,
«политом» обжиге хороший ровный разлив глазури, без наколов
и углублений. На полых изделиях с развитыми вертикальными
стенками и на скульптурах глазурь при разливе имеет возмож-
Б ность некоторого стекания и заполнения неровностей поверхности
I черепа. Поэтому для таких изделий возможен и однократный
“ обжиг. Однако при однократном обжиге совмещаются реакции
Г- утельного и политого обжигов, что усложняет процесс и требует,
разработки специального режима.
Однократный обжиг экономичнее двукратного на 20—25%. Он
применяется в производствах изделий высоковольтного фарфора
и санитарно-технического полуфарфора с их развитыми вертикаль-
ными поверхностями.
Для осуществления однократного обжига необходимо пред-
усмотреть увеличение толщины тонких керамических изделий
с целью повышения прочности сырой продукции при глазурова-
нии: поэтому кружки, чашки, кувшины и пр., обжигаемые одно-
кратно, имеют несколько утолщенный чёреп.
Температура первого обжига хозяйственного фарфора, по опыту
отечественных производств, не должна быть ниже 900°, в зару-
бежной практике обжигают фарфор на утель даже при 980—1070°.
Должен быть получен достаточно прочный и пористый череп,
пригодный для последующих операций транспортирования, меха-
нического глазурования, подглазурного декорирования и пр.
Прочность при изгибе такого фарфора после первого' обжига
составляет 120—130 кгс/см2. Водопоглощение. 18—22%-; при ис-
пользовании легкоспекающихся глин, например трошковской, во-
допОглощеиие—.15—18%.
Все свои ценные свойства фарфор приобретает при политом,
обжиге. Конечная температура обжига в зависимости от ,вида
фарфора — от 1320 до 1460°.
Фаянс обжигают иначе, чем фарфор: сначала — при более вы-
сокой температуре (1180—1280°) для получения черепа необходи-
мых эксплуатационных свойств, а вторично — при более низкой
(1020—1080°) только для разлива глазури.
Полутвердый- фарфор можно обжигать по фаянсовой «схеме»,
т. е. первый обжиг —при 1280°, второй —при 1080—1050°. Так
поступают, например, на смешанных фаянсо-фарфоровых пред-
приятиях, подчиняя технологию обжига единой схеме.
Мягкий фарфор, поскольку он содержит много плавней, обжи-
гают на утель при 1100—1250°, а разлив глазури (политой обжиг)
производят при 980—1050°.
Скульптуры и иные толстостенные фарфоровые изделия обжи-
гают однократно после глазурования хорошо высушенного черепа
при 1320—1380°.
Костяной фарфор— первый обжиг при 1280°, второй при 1160°.
Фаянсовую майолику обжигают дважды; на утель при 1060—
1080°, на политой —при 1020—1060°.
Последовательный ход изменения температуры (подъем, вы-
держка, ее снижение) и характер газовой среды в печи (окисли-
тельная, восстановительная, восстановительно-окислительная, или
«нейтральная») отмечаются в режиме обжига, назначаемом в со-
ответствии с теми реакциями, которые необходимо осуществить
для получения черепа требуемых свойств.
Рассмотрим последовательность процессов, протекающих при
обжиге фарфора, на примере однократного обжига.
Первый период. Абсолютно сухие тонкокерамические из-
делия могут быть нагреты до 600—700° за несколько минут без
опасения за их целостность. Поэтому сушат фарфоровые и фаянсо-
вые изделия при подготовке их к скоростному обжигу до совер-
шенно сухого состояния, и обжиг начинают немедленно после
сушки. Это требуется для того, чтобы избежать конденсации водя-
ных паров на холодных изделиях с последующим появлением
мелких поверхностных трещин из-за разной усадки при сушке
размягчившегося поверхностного слоя изделия и более сухих глу-
бинных слоев. При этом имеет значение природа глинистых ком-
понент. в массе. Более тонкозернистый каолин прочнее в сухом
состоянии и способен выдержать большие напряжения при пере-
паде усадок. Кроме того, в конденсирующейся влаге могут рас-
творяться сульфатные соли, образующиеся вследствие действия
дымовых газов при горении топлива, содержащего серу; эти соли
дадут в дальнейшем пятна на поверхности изделий. Подъем тем-
пературы до начала выделения конституционной влаги из изделий
может быть весьма быстрым.
Однако в действующих туннельных печах с садкой изделий на
этажерочных плитах или в капселях в несколько ярусов,
с массивным теплопоглощающим подом вагонеток, при наличии
2—4% (иногда больше) остаточной влаги в изделиях необходимо
время для прогрева изделий и для их досушки. Поэтому режим
обжига начинается с прогрева изделий от 20 до 250° длительно-
стью 2—2,5 ч. Газовая среда — окислительная.
Второй период. После прогрева осуществляют более уско-
ренный подъем температуры — примерно до 1000°. Дегидратация
глинистых минералов происходит в сравнительно узком интервале
температур, а именно: при термографическом анализе — 550—
750°, в производственных условиях — 550—850°. Остатки конститу-
ционной влаги удаляются из некоторых глин при 1000° и около
1% ее — даже при 1200°. По опытам Будникова и Бобровник,
просяновский каолин отдает при 600° за 10 мин 12,2% своей кон-
ституционной влаги из 13,4% имеющейся (453]. Для скоростного
обжига это обстоятельство весьма благоприятно. Однако в дейст-
вующих туннельных печах в силу отмеченных выше причин про-
цесс дегидратации растянут на 2—3 ч. Физико-химическая сторона
реакций —дегидратации каолинита и перестройки его решетки
в муллит — рассмотрена в I разделе.
С 200 до 400° обжигаемые изделия адсорбируют сажистый уг-
лерод из дымовых газов. С 400° начинается постепенное выгора-
ние этого углерода, которое может происходить как в окислитель-
ной, так и в восстановительной средах, как при малой скорости
подъема температуры — по 50° в 1 ч, так и при значительно боль-
шей— 200° в 1 ч. [442]. Одновременно происходит пирогенетиче-
ское разложение гумусовых веществ, содержащихся в фарфоро-
вых глинах и каолинах в количестве около 0,1—0,2%. Это раз-
ложение сопровождается науглероживанием черепа.
В окислительной среде выгорание углерода происходит, ко-
нечно, более интенсивно, чем в восстановительной, и заканчи-
вается к 1000°. С возрастанием концентрации СО в дымовых газах
от 0,5—1 до 2% процесс выгорания углерода, по данным тех же
авторов, удлиняется с 2 до 6 ч.
Выгорание углерода из черепа резко усиливается при 700—
800° с введением в факел водяного пара, но требуется создание
оптимума концентрации пара для каждого типа глины или массы.
УНИИСПом предложена. горелка низкого давления с подводом
пара в обойму, охватывающую головку стандартной мазутной го-
релки. Белизна фарфорового черепа благодаря вводу пара повы-
шается на 1,2—4%. Повышение белизны таким способом было из-
вестно и раньше (Ковельман, Хизанишвили).
Углерод, адсорбированный черепом, должен полностью выго-
реть к началу периода восстановления. Если это не будет достиг-
нуто, то в дальнейшем, после периода восстановления, когда со-
отношение СО: СОа станет менее чем 0,1, снова начнется выгора-
ние углерода с тем лишь усложнением, что к тому времени на
черепе уже образуется расплав глазури и продукты сгорания угле-
рода начнут прорывать пленку глазури и вызовут образование
наколов и кратеровидных углублений.
Не выгоревший к 1000° углерод, так же как и остатки неуда-
ленной конституционной влаги, способен вызвать образование
вздутий в черепе («прыщей») вследствие закрытия жидкой фазой
некоторой части капилляров в обжигаемом черепе. С 950—1000°
становится заметным (с помощью нагревательного микроскопа)
образование жидкой фазы.
В рассматриваемом втором периоде происходят также реак-
ции: 1) полиморфного перехода р— а-кварц, сопровождаемого
увеличением объема; 2) декарбонизации, протекающей в значи-
тельном размере в фаянсовых и майоликовых изделиях вследствие
разложения MgCO3 (с 650°); СаСО3 (с 920°) и доломита. Декар-
бонизация должна закончиться к 1000°.
Необходимость завершения этих реакций до периода интенсив-
ного образования жидкой стеклофазы требует задержки в подъеме
температуры, что должно быть выражено на режимной кривой
обжига периодом первой выдержки.
Этот период протекает при температуре до 1040°; газовая среда —
окислительная с коэффициентом избытка воздуха 1,2—1,25, дли-
тельность периода в туннельных большемерных печах для хозяйст-
венного фарфора около 3,5 ч. В этот период происходят интенсив-
ное выгорание углерода в черепе и окисление соединений железа.
Период первой выдержки необходим также и для выравнивания
температурного поля в объеме садки изделий.
Если окислительная среда при первой выдержке случайно
в том или ином участке замещается восстановительной, то про-
изойдет. повторное науглероживание черепа вследствие диссоциа-
ции метана, всегда присутствующего в газах горения жидкого топ-
лива, за счет реакций СО+ЗН2=СН4+Н2О и С+2Н2=СН4. По-
этому концентрация СО в газах горения в этот период не должна
превышать 3% [442]. При большем содержании СО может про-
изойти не только науглероживание черепа, но и восстановление
окислов тяжелых металлов, иногда вводимых в глазурь, появится
па глазури ирризация; в самой же глазури образуются кратеро-
образные углубления как след выхода из черепа газообразных
продуктов восстановления.
Четвертый период. Это — период восстановительного огня,
обычно назначается с 1000 до 1250°. Благодаря восстановитель-
ным условиям, создаваемым повышением концентрации СО в га-
зах горения, осуществляются такие реакции:
2Fe2O3-4FeO + O2;
2FeO4-SiO2->2FeO-SiO2 (файалит);
CaSO4+СО - СаО+SOa + СО2;
FeS2+СО+ЗОа -> 2SO2+СО2 + FeO.
Образование файалита и других алюмосиликатных бесцветных
соединений закиси железа «отбеливает» фарфор. Кроме того, что
не менее важно, закись железа благоприятствует образованию
стекловидной фазы, несколько расширяет интервал спекания, а
стекловидная фаза, в свою очередь, способствует интенсивности
протекания реакции муллитообразования.
Остаток серы в фарфоре при этом уменьшается (считая на
SO2) с содержания около 0,03 до 0,001—0,002%. Сера в обжигае-
мом фарфоре попадает из сернистых примесей в сырье или слу-
чайно с крупинками гипсовых форм, или адсорбируется в виде
SO2 из топлива в первой стадии обжига.
Подтверждением лучшего образования фарфорового черепа
в восстановительных условиях могут служить данные табл. 92.
Повышение температуры и концентрации СО ускоряет приведен-
ные выше реакции, и при слишком интенсивном или слишком
Таблица 92
Восстановительная, СО
То же, СО 6—8%
Окислительная
позднем (по температуре) процессе восстановления скорость обра-
зования стекловидной фазы может превзойти скорость восстанови-
тельных реакций, и газы, не находя выхода из черепа, вызовут
образование в нем вздутий. Произойдет частичное совмещение
реакций [443].
В сущности, нет особых причин задерживать начало восста-
новительных реакций, если достигнуто выгорание адсорбирован-
ного углерода; чем раньше начать восстановление и раньше кон-
чить (во избежание нового науглероживания черепа), тем успеш-
нее в качественном отношении будет обжигаться фарфор, так как
реакции восстановления и стеклообразования окажутся раздви-
нутыми и по температурам, и но времени.
Температурный интервал 1050—1250°, в котором осуществ-
ляется (в условиях производства) процесс восстановления, прихо-
дится на участок интенсивной усадки массы (рис. 126). При этом •
протекает постепенное закрытие капилляров и пор в черепе,
и диффузия газов в черепе постепенно затухает; как следствие,
процесс восстановления не доходит до конца.
В связи с этим следует вспомнить об «однофазном» режиме
обжига, осуществленном фирмой «Бернардо» (Франция). Этот
режим отличается от обычных режимов политого обжига фарфора
концентрацией в газах СО от 0,5% на начальном этапе обжига
до 1,0—1,5% при 1000—1100°; количество СО снижается до нуля
при 1250—1280°, и обжиг завершается выдержкой при 1410° и
охлаждением в нейтральной среде; температурный же ход ре-
жима—общепринятый. Фарфор этой фирмы обладает высокой
белизной. Применение такого режима требует иных решений
в области системы топок и газообмена, чем в обычных туннель-
ных печах.
Что касается обычных туннельных печей, то в них может быть
осуществлен «безокислительный» режим обжига, предлагаемый
Клейнером. Этот режим отличается наличием слабовосстанови-
тельной газовой среды на протяжении нагревательного участка
печи от 850—900 до 1380° и на протяжении участка охлаждения
от 1380 до 1050°; дальнейшее охлаждение — воздухом.
421
Для того чтобы воспрепятствовать проникновению газов вос-
становительной среды в зону подогрева и избежать науглерожива-
ния фарфора при температурах ниже 850°, Клейнер предложил
и осуществил размещение двусторонних вертикально-щелевых то-
пок в разрыве между смежными садками на вагонетках. Эти
топки в два или три яруса по высоте создают «огневую завесу»
с высоким избытком воздуха (1,5—1,6), обеспечивающим, мест-
ное дожигание СО, Такое решение позволило повысить белизну
фарфора на несколько процентов.
Возвращаясь к газовому режиму обжига в туннельной печи,
отметим, что считают целесообразным поддерживать концентра-
цию СО (при бескапсельном обжиге) в интервале 1000—1100° в раз-
мере 3—4%, а с 1100 до 1250° — 6—8%. По мнению зарубежных
специалистов (Вендлера и др.), соотношение СО : СО2 должно
быть в этот период больше 0,3.
При обжиге в капселях, затрудняющих процессы диффузии га-
зов, концентрацию СО полезно поддерживать в размере 6—8%..
Чрезмерная концентрация восстановительных реагентов в газах
вредна, так как может возникнуть науглероживание черепа или
повышение содержания водорода. Таков, например, ход реакций
при использовании в качестве топлива природного газа. Образую-
щийся водород легко восстанавливает окрашивающие окислы до
металла, может восстановить кремнезем до окиси кремния и даже
до кремния, что, естественно, ухудшит белизну, просвечиваемость
фарфора и повысит его электропроводность. Трудности поддержа-
ния необходимых по режиму обжига концентраций восстанови-
тельных реагентов в таком богатом восстановителями топливе, как
природный газ, может повысить количество дефектных (после об-
жига) изделий в виде пережога в наружных рядах садки и недо-
жога в глубине садки, темноокрашенных и пятнистых изделий,
изделий со «вскипевшей» глазурью, с кратерами и прочими недо-
статками глазури. Значительно улучшаются условия регулирова-
ния горения природного газа в периодах восстановительного и ней-
трального огня при условии ввода распыленной воды в горелку
[444], если нет оснований опасаться' конденсации водяных паров
на поступающих в печь изделиях.
Чрезмерное восстановление может наблюдаться также при не-
полном сгорании высоковязких мазутов. Такое сгорание сопровож-
дается образованием хлопьевидных частиц сажи, загрязнением из-
делий черными точками углерода. Гидрослюдистые глины, такие
как новорайковская и веселовская, прочно адсорбируют, углерод,
который при своем позднем выгорании, когда уже расплавилась
глазурь, способен вызвать вздутия и наколы.
В рассматриваемый четвертый период обжига фарфора про-
исходит в черепе образование довольно значительного количества
(30—35%) по объему стекловидной фазы, т. к. расплавляется по-
левой шпат и начинается растворение в этом расплаве кварца
и метакаолина. Происходит также перестройка нерастворившейся
части метакаолина в первичный муллит. Образуются поры. При-
422
рода полевого шпата влияет на развитие пористости; пористость
больше в черепе из массы на натровом полевом шпате, чем на
калиевом. Термическое расширение полевого шпата зависит в зна-
чительной мере от содержания кварца. Высокий нагрев несколько
снижает расширение черепа из-за растворения кварца в расплаве
полевого шпата и минимум расширения находится при 1050—
1150°; при полном остеклении наступает снова увеличение к. т. р.,
как это показано в [445].
Причины появления вздутий в фарфоровом черепе рассматри-
вают две гипотезы; Одна известна давно и объясняет появление
вздутий расширением кислорода, освобождающегося при восста-
новлении FeaOs и не имеющего выхода из заплавившихся пор. По
другой гипотезе, предложенной Мейером [446], предполагается
образование нитридов в черепе в восстановительный период за счет
азота из полевых шпатов и азота воздуха. При обжиге в окисли-
тельных условиях нитриды переходят в окислы, а освободившийся
азот образует вздутия. Доказательством в пользу этой гипотезы
служит масс-спектрометрическое определение чистого азота во
вздутиях.
Наличие азота в полевых шпатах подтверждают ряд исследо-
вателей. Средством борьбы с окислением нитридов выступает вос-
становительная среда, которая должна поддерживаться в после-
дующие периоды обжига и в начале охлаждения.
Наряду с тем Клейнером выдвинута новая точка зрения о ме-
ханизме появления вздутий [447]. Прежде чем к ней перейти, на-
помним, что растворение газов может быть выражено, по Там-
манну [448], уравнением
(1 :lgf).[(dlgZ):dT] = —(1 :Т), (41)
где I — коэффициент адсорбции, по Оствальду, представляющий
собой объем газа, мл, растворенного в 1 мл растворителя;
Т — абсолютная температура.
После интегрирования уравнение приобретает вид
По уравнению (42) следует, что с повышением температуры
растворимость газов уменьшается.
Во то же время степень растворимости каждого газа в отдель-
ности соответствует парциальной упругости его по правилу Рауля
и растет с повышением его концентрации в смеси дымовых газов.
Состояние подвижного равновесия между концентрацией газов
в продуктах горения и газов, находящихся в растворенном со-
стоянии в расплаве (в черепе и в глазурном слое), может быть,по
Клейнеру, случайно нарушено повышением температуры, например
вблизи горелки. Степень растворимости газов в стеклофазе черепа
уменьшится, и произойдет выделение газов в виде пузырьков, ко-
торые могут коалесцировать в крупные вздутия и сильно увели-
читься в объеме в зависимости от температуры.
Коалесценция пузырьков газа в фарфоре поставлена в зависи-”
мость от коэффициента дуффузии газа в расплаве. [449], что не
совсем корректно передает характер взаимодействий между рас-
плавом и газом и его коалесценцией, так как «вспенивание»
расплава (стекла, глазури) происходит в секундные сроки, а диф-
фузия протекает гораздо медленнее.
Усадка. В пределах рассматриваемого интервала 1000—1250°|
протекает интенсивная усадка фарфоровой и фаянсовой масс.
Усадка заметна с 880—900°;
она обязана, главным обра-
зом, поверхностному натя-
жению образующейся жид-
кой фазы, стягивающему
твердые частицы. Заканчи-.
вается усадка фарфоровых,
масс при 1300—1400° или
немного выше.
На рис. 126 приведены
дилятометрические кривые
фарфоровых масс: 1 — на
гусевском камне, по Лека-
ревой, Дмитриевой, Холо-
док [176]; 2 — на прося-
новском фракционирован-.
ном каолине с размерами
частиц менее 2 мкм в коли-
честве 94%; 3— с размера-
ми частиц более 2 мкм
(84%), по Ледник [399]; 4-
масса типа «витриес-чай-
на»; 5 —глазурь; 6 — масса
обычного фарфора.
По рис. 126 видно, что
усадка фарфоровых масс
протекает наиболее интен-
сивно в интервале 1000—
1200° и ход ее различен,
случая кривых огневых уса-
Могут встретиться три основных „г._____________
док керамических масс. Первый — как у масс 1, 2, 4, 6, сопровож-
даемый петлей обратимости усадки; второй — как у материала 5,
не имеющего петли обратимости, и третий — как у массы 3, с не-
большой задержкой, «площадкой» усадки при температуре конца
спекания, после которой усадка еще несколько продолжается, т. к.
масса расплавляется и начинает течь.
Можно уверенно определить конец усадки (и, следовательно,
наибольшую плотность черепа) для масс 1, 2, 4, 6 и судить об
интервале спекания от температуры начала усадки до температуры
максимальной усадки; весьма приближенно это можно сделать для
массы 3 и невозможно — для материала 5. Наиболее удобны впро-
изводстве такие массы, У которых кривая усадок размещена по-
лого, как у массы 1. т. к. у них больший интервал спекания. За-
метно хуже в этом отношении масса 4.
По окончании усадки у масс 1, 2, 4 происходит увеличение
объема вследствие диссоциации и начала испарения некоторых,
в особенности щелочесодержащих, минералов в массе.
Наибольшая усадка соответствует и наибольшему уплотнению
черепа. Например, для массы 1 наибольшее уплотнение дости»
гается при 1400°. Поэтому температура обжига этой массы не
должна превышать 1400° более чем на 20—30° для изделий хозяй-
ственного фарфора. Подобное превышение оптимальной темпера-
туры обжига недопустимо при обжиге массивного высоковольтного
фарфора при использовании плагиоклазов в качестве плавня.
Пятый период —выдержка. Этот период протекает-с 1250°
до конечной температуры обжига в условиях так называемого ней-
трального огня. Газовая среда в печи поддерживается весьма
слабовосстановительной (СО около 1%) для предупреждения реак-
ции окисления восстановленных закисных соединений железа.
Конечная температура обжига назначается в зависимости от
’состава фарфоровой массы. Для хозяйственного фарфора это мо-
гут быть 1350, 1380, 1430° или другие температуры такого же
порядка, для высоковольтного фарфора — часто 1320°.
В табл. 93 приведены температуры начала спекания, опти-
мальные температуры обжига и интервалы спекания. Огнеупор-
ность фарфоров на 200—150° выше их оптимальной температуры
обжига. Конечная температура обжига определяется свойствами
массы: чем больше плавней в массе, тем в общем случае ниже
конечная температура обжига. Повышение температуры выше
оптимальной вызывает пережог фарфора, что характеризуется
увеличением количества стекловидной фазы, снижением белизны,
увеличением неоднородной пористости и уменьшением прочности
изделий.
Материи черепа Икания,С°се уплотниия. °=w onSXr-C
Фарфор высшей твердости Твердые фарфоры Рядовые фарфоры Мягкие фарфоры 1050—1080 1040—1070 1000-1020 900-1000 1400—1410 1350—1380 1300—1320 1250—1260 1420—1430 1380—1410 1320—1350 1260—1280 350—380 310—340 320—330 260—350
Расширение интервала спекания при сохранений состава массы
может быть достигнуто более тонким помолом кварца, так как
происходит большее насыщение расплава кварцем и расплав ста-
новится более вязким, как это показано в [450].
Понятие «нейтральный огонь», поддерживаемый в рассматри-
ваемый период, довольно условное, так как практически содер-
426
жание кислорода в таком газе составляет 0,5—2,0%, окиси угле--
рода —не более 2%, углекислого газа — 16—19%.
Усиление восстановительного характера пламени опасно из-
за возможности поглощения углерода глазурью; усиление содер-
жания кислорода недопустимо из-за опасности пожелтения фар-
фора.
Завершается пятый период выдержкой при максимальной тем-
пературе обжига в течение времени, необходимого для заверше-
ния реакций спекания. Длительность выдержки зависит также и от
общего объема обжигаемых
изделий. В обычных туннель-
ных печах длительность вы-
держки при обжиге хозяйст-
венного фарфора при 1380°—
около 1 ч. Удлинение выдерж-
ки сверх оптимальной вызы-
вает пережог изделий.
Продолжительность вы-
держки сказывается заметно
на развитии стеклофазы и мул-
лита и на округлении пор в че-
репе. Показатель преломления
стеклофазы в начале выдерж-
ки имеет различное значение
в разных участках черепа — от
1,535 до 1,529; при достаточно
длительной выдержке показа-
тель преломления приближа-
ется к некоторой более посто-
янной величине 1,515 [451].
Состав стеклофазы неоди-
наков: он более кислый вбли-
зи растворяющихся зерен кварца и более основной в области
расплавившихся зерен полевого шпата.
В процессе созревания фарфора (рис. 127) фаза кварца 1
в нем убывает, т. к. частично растворяется в расплаве, частично
переходит в кристобалит (в количестве 2—4%). Фаза муллита 2
увеличивается до некоторого предела при 1350—1360°, после чего
начинает убывать.
Мелкие кристаллы муллита растворяются в расплаве, и проис-
ходит перекристаллизация муллита в более крупные и более ред-
корасположенные кристаллы.
Общее количество стеклофазы 3 растет.
Коэффициент термического расширения черепа 4 в соответст-
вии с соотношением фаз проходит незначительный максимум. Ко-
личество газовой фазы 5 в виде процента закрытой пористости
проходит через минимум на участке 1350—1380°, и в дальнейшем,
при пережоге фарфоров средней твердости, пористость воз-
соответственно развитию фаз в фарфоровом черепе происходит
щению 6 и прочности при изгибе 7.
Белизна фарфора изменяется с повышением температуры его
'обжига своеобразно: сначала, примерно с 1250°, белизна довольно
|ко снижается с 75—80% вследствие происходящего спекания
уменьшения пористости; достигает минимума в 68—72%; за-
тем благодаря образованию мелкокристаллического муллита по-
вышается до 70—75%, а после пережога снова снижается [460]. '
Просвечиваемость фарфора растет при повышении темпера-
1Ы обжига фарфора вследствие увеличения содержания стекло-
идной фазы и уменьшения содержания и размеров реликтовых
мости фарфора, чем пользуются, например, при изготовлении масс
для чайного сервиза. Благоприятствует просвечиваемости крупно-
кристаллический муллит, развивающийся на основе крупнозерни-
Заканчивая рассмотрение существа процессов, протекающих
В том или ином периоде обжига, необходимо подчеркнуть, что
приведенные выше температурные границы периодов не являются
неизменными, они зависят от состава массы. Так, замена полевого
шпата, плавящегося при 1230—1300°, другим, плавящимся при
1150—1260°, потребовала снижения температуры промежуточной
выдержки и начала восстановительного огня на 1—4 пиро-
скопа [452].
Образование кристобалита и влияние его на свойства фарфора.
При термическом разложении каолинита и монтомориллонита
образуется аморфный кремнезем, который частично растворяется
в расплаве и может частично перейти в кристобалит. Последний
может образоваться в фарфоре из кварца только после весьма
длительной высокотемпературной экспозиции' (50 ч, по Лундину).
По мнению многих исследователей, кристобалит должен быть
отнесен к вредной кристаллической фазе в керамическом черепе,
так как он вызывает появление скважистости, водопроницаемости
и повышенного влагопоглощения черепа и создает опасные напря-
Поэтому глины каолинито-монтмориллонитового типа, такие
как трошковская, трудны в производстве и применение их требует
соблюдения условий ослабления вредного влияния образующегося
кристобалита посредством, например, добавки глин иного типа
или достаточного и своевременного развития, стекловидной фазы
в черепе, препятствующей «разрыхлению» черепа кристобалитом.
Количество кристобалита в фарфоре обычно не превышает 4%,
но’может быть изготовлен «кристобалитовый» фарфор, обладаю-
щей повышенной прочностью при изгибе—порядка 1120 кгс/см2
(против 800 кгс/см2 для обычного фарфора). Шюллер разработал
теорию, согласно которой тангенциальные напряжения сжатия, пре-
восходя радиальные напряжения растяжения при переходе а—fl-
кристобалит в условиях охлаждения, обеспечивают высокую проч-
нос гь такого «кристобалитового» фарфора, но только в том слу- i
чае, когда кристобалит развился из материала черепа и органи-!
чески с ним связан [407].
Обширное исследование Шюллера вызвало дискуссию, не за-
крытую и в настоящее время, так как, хотя кристобалит (свя-;
занный, по Шюллеру, со стеклофазой), возможно, и создает поле
напряжений сжатия, упрочняющих фарфор, опыт свидетельствует
•об отрицательном влиянии кристобалита на плотность черепа. ’
Аналитические модели для расчета напряжений, предложенные
разными исследователями и примененные Шюллером и Штрау-
дом, оказались непригодными для оценки напряжений.
Спекание. Различают два вида спекания: 1) без изменения фа-
зового состава, осуществляемое в порошковой металлургии,
и 2) с изменением фазового состава, или реакционное спекание,
протекающее при образовании керамического черепа.
Рассмотрение спекания как нестационарного, необратимого про-
цесса (в изобарно-изотермических условиях), заключающегося
в уплотнении дисперсной системы при нагревании под влиянием
диффузионно-дислокационного переноса вещества под действием :
капиллярных сил, может быть описано, по Онзагеру, в общем виде
как произведение потока вещества I и разности значений Л вы-
бранного параметра. /=хЛ, где х— некая константа, характери-
зующая скорость потока.
Применение этого положения к спеканию дисперсного порошка
выражено, например, Огородниковым [578] в уравнении кинетики
деформирования спекающегося тела при уплотнении, что не Пе<*
редает истинный смысл спекания в тех многочисленных в кера-
мике случаях, когда происходит реакционное взаимодействие или
когда наблюдается расширение системы, а не сжатие, как при
уплотнении.
Весьма показателен в связи с этим критическим замечанием
пример так называемого активированного спекания [579], когда
введение поверхностно-активного вещества (ПАВ) органической
природы, например раствора кубовых остатков высших жирных
спиртов, приводит к усилению интенсивности спекания. Весьма
возможно, как считают авторы, что ПАВ способны вызвать
уменьшение активности водородной связи между элементарными
пакетами каолинита. По-видимому, это изменение скажется на
интенсивности спекания, создав дополнительное благоприятное ус-
ловие и для муллитообразования.
Многочисленны также примеры из области применения малых
добавок (минерализаторов), форсирующих спекание и минерало-
образование [42]. Подобные процессы пока не охвачены термо-
динамической теорией. Ввод распыленной воды в факел горящего
природного газа (в горелки туннельной печи) содействует спека-
нию и влияет на выравнивание температурного поля [591].
Спекание фарфора и фаянса начинается при температурах дей-
ствия твердофазных реакций (600—700°). Результаты многократ-
ного изучения твердофазных реакций описаны Будниковым и
Гинстлингом [454]. В основе этих реакций лежит механизм диф-
фузии ионов.
Свои эксплуатационные свойства фарфор и фаянс приобретают
при «жидкостном», более высокотемпературном спекании, также
основанном на механизме диффузии ионов. Это спекание проте-
кает в условиях реакционного взаимодействия расплава с мине-
ральными составляющими образующегося черепа и с газовой
фазой.
Многочисленные попытки выразить процесс жидкостного реак-
ционного спекания в виде уравнения кинетики, пригодного для
инженерных расчетов, пока не увенчались успехом [455]. Наблюдая
за тем, как начинается с середины капли полевошпатового рас-
плава образование фазы муллита, можно предположить, что АГ1+
продвигается к середине капли расплава под влиянием разности
концентраций (в метакаолине А1гО3:51О2=0,5, тогда как в рас-
плаве полевого шпата —0,17). Диффузия усиливается с возраста-
нием этой разницы концентраций и с повышением температуры.
Благодаря этой диффузии в расплаве возникают сочетания ионов,
близкие по составу той возможной фазе, которая должна бы вы-
делиться в виде зародышей по признаку минимума изобарно-
изотермического потенциала Az при создающейся (благодаря диф-
фузии) концентрации ионов. Такие образования, названные нами
[298] предзародышевыми группами (п-группы), не имеют или почти
не имеют поверхностей раздела и поэтому лишены признаков фазы.
Можно оценить размеры (радиус) п-групп, если формально упо-
добить процесс их образования процессу равновесной коиденса-
ции капелек пара, по Томсону. Тогда
(43)
RT 1п(р„3.г: ркр) = 2у/И : (rd'),
где R— газовая постоянная, равная 8,317-Ю7 эрг/°С • моль;
Т — абсолютная температура;
рпз.г — упругость пара предзародышевых групп в долях атмо-
сферы, равновеликая в начальные этапы их образова-
ния упругости пара стеклофазы, например при тем-
пературе 1473 К равна 1,08-10-’;
Рир — упругость пара кристалла (например, у кварца при
1473 К равна 1-10-’);
у — поверхностное натяжение, равное, например, у плав-
ленного кварца 300 дин/см;
г — радиус предзародышевых групп, А;
d'— плотность расплава, г/см3.
Величина г по этому расчету для п-групп в расплаве кварца
при 1473 К равна 170 А, а при 1873 К равна 100 А. П-группы
сохраняют избыток своей энергии и могут отдать ее в соответ-
ствующих условиях, например на поверхности раздела фаз, на
стенках сосуда; тогда п-группы становятся зародышами новой
фазы, происходит сброс избытка энергии и развитие кристалла
новой фазы.
По данным Попова и нашим [457], коэффициент диффузии Al^
из монокристалла корунда в расплав стекла при 1000° имеет по-
рядок 10~13 см2/с.
Нереакционное спекание характеризуется главным образом
тремя факторами — оно пропорционально поверхностному натя-
жению расплава, обратно пропорционально радиусу частиц и ко-
эффициенту вязкости расплава. Наибольшее влияние оказывает
изменение радиуса частиц.
Реакционное же спекание более сложно. Математическое описа-
ние реакционного спекания может быть разделено на три этапа —
плавление легкоплавких твердых фаз, диффузионное растворение
в них компонент других, более тугоплавких фаз, кристаллизация
из расплава новых, более термодинамически устойчивых фаз. Та-
кое подразделение несколько формально, т. к. не учитывается
кинетика- взаимодействия в расплаве компонент; она мало изу-
чена применительно к фарфору. Каждый из названных трех эта-
пов может быть описан своим уравнением. Этап растворения изу-
чался Тороповым, Румянцевым и Филипповичем применительно
к растворению зерен СаО в расплаве портландцементного клин-,
кера [456]. Скорость растворения СаО в расплаве, подсчитанная
по уравнению Румянцева и Торопова, составила при 1375° 29 мин,
при 1500°—1,2 мин. Как видим, скорости растворения компонент
в расплаве весьма велики; растворение происходит блоками.
Исходя из несколько иных оснований, мы оценили z — скорость
диффузии ионов А13+ из метакаолина в расплаве полевого шпата
уравнением:
z = (1/3irR3ZB/«7'):(ySD). (44)
Если /? зерна полевого шпата примем 3,5-10-3 см, размеры
блока I в полевом шпате — порядка 10"4 см, вектор Бюргерса дис-
локаций примем по аналогии с другими кристаллическими решет-
ками 8-10~8 см, k — постоянная функции вероятности Больцмана
1,4-10—1в, Т примем 1,5-10® К; у — поверхностное натяжение возь-
мем из опыта 2,5-Ю2 дин/см; атомный объем Я, равный 10-23,
коэффициент диффузии D для случая диффузии иона алюминия,
по Попову [457], примем порядка 10-13 см2/с, то z составит вели-
чину около 1200 с или 20 мин —срок весьма незначительный,
однако подтверждающий возможность получения обычного по
свойствам черепа фарфора при скоростном обжиге.
Третий этап — кристаллизация муллита из полевошпатового
расплава — может быть описан уравнением кинетики первого
порядка, которое имеет, впрочем, только формальное значе-
ние [363]:
(2,3:z)-lg[a: (a—х)] = К. (45)
Примем концентрацию глинозема в фарфоровом черепе 25%,
константу реакции по аналогии с реакцией в часов-ярской глине,
равной 0,121, и тогда z= (2,3:0,121)-lg{25/(25—25 *)], где х-
степень перехода глинозема в состав муллита.
430
Практически около 0,1 от содержания глинозема в черепе, при-
нимаемого за единицу, относится к составу муллита, тогда х=0,1
Длительность трех этапов в сумме составит 0,5+0,3 + 0,86—1,7 ч.
Такой может быть подсчитанная длительность обжига фарфора
в образцах 4—5 мм толщиной.
Интересно заметить; что Шульман экспериментально показал
возможную длительность спекания хозяйственного фарфора на
Дулевском фарфоровом заводе в 1 ч [455]. Однако вопрос о каче-
стве фарфора скоростного обжига требует внесения большей
ясности.
Охлаждение. Скорость охлаждения тонкокерамических изделий
до температуры перехода стеклофазы из расплавленного состоя-
ния в твердое может быть очень большой, т. к. возникающие тер-
мические напряжения погашаются пластической деформацией
стеклофазы. Температура перехода фарфоровой стеклофазы
в хрупкое состояние лежит у разных фарфоров от 800 до 600°.
Чем выше содержание кремнезема и глинозема в стеклофазе фар-
фора, тем более она тугоплавка, и точка перехода лежит ближе
к 800°, у мягких фарфоров — ближе к 600°.
Этой точке перехода стеклофазы в черепе соответствует точка
отверждения глазури на изделии. По Зингеру [458], эта точка
лежит для глазурей твердых фарфоров при 700—670°, для гла-
зурей мягких фарфоров — при 570—530°, для глазурей по фаянсу
и майолике —при 480—340°; рекомендуют замедлять скорость
охлаждения при этих переходах во избежание растрескивания гла-
зурного покрова. Вместе с тем чрезмерно замедленное остывание
может вызвать кристаллизацию глазури на изделиях и потерю
Старокитайский способ быстрого охлаждения посудного фар-
фора, обжигавшегося в небольших горнах, состоял в заливании
топок водой после окончания обжига. Фарфор сохранял высокую
белизну, а глазурь приобретала особо блестящий вид вследствие
недоразвития предзародышевых групп [298]. В туннельных боль-
шегрузных печах режим охлаждения должен быть построен с уче-
том необходимости завершения реакций «созревания» фарфора по
всей высоте садки, необходимо создать «томление»; рекомендуется
замедленное охлаждение от 1380° (1410°) до 1340° (1360°) в.сла-
бовосстановительной или нейтральной среде, быстрое охлаждение
до 1100° в такой же среде и быстрое охлаждение с 1100 до 900°
в воздушной среде [452].
Крупные изделия высоковольтного фарфора целесообразно ох-
лаждать после выдержки замедленно для завершения «созрева-
ния» их массивного черепа, например с 1320 до 1000° за 5 ч. Также
лита, предназначаемый по своему к. т. р. к чугунной арматуре, тре-
бует замедленного охлаждения до 1000°.
Охлаждение изделий после отверждения стеклофазы фарфора
сопровождается появлением структурных термических напряжений.
(46)
Величина этих напряжений а может быть приближенно рассчи-
тана; так, для единичного кристалла кварца применяют уравнение
(46) равновесия напряжений а', согласно теории сопротивления
материалов. Чтобы рассчитать напряжения о для группы кри-
сталлов, необходимо учесть количество зерен кварца, приходя-
щихся, например, на 1 см3, и количество окружающей их стекло-
фазы.
Снижение температуры вызовет растяжение в кварце и сжатие
в окружающей стеклофазе; относительное же сокращение кварца
и стеклофазы одинаково по причине закрепления зерен кварца
в матрице стеклофазы. Вследствие этого возникнут напряжения,
зависящие от перепада температур, считая, например, от темпе-
ратуры отверждения стеклофазы до температуры инверсии кварца
ДА когда появятся новые напряжения — инверсионные:
Д/ + [о': (£„£„)] = а„Д/-[а': (VJ) •
Для стеклофазы коэффициент термического расширь..,,,, ,ист —
= 7-10~6 и для а-кварца акп= (19,354-22,2) • 10-6, модуль упругости
£Ст=0,7- 10е кгс/см2; £„„=0,9- 10е кгс/см2, Д<=350°. Площадь сече-
ния окружающей зерно кварца стеклофазы F0T; площадь сечения
самого зерна кварца FIIB. При расчете по уравнению (46) <?=
= 0,0007 кгс на единичный кристалл и о=70 кгс/см2. При сочета-
нии стеклофазы с муллитом, у которого a=5-10-8, £ = 1,3-106,
и при площади сечения иглы муллита, например, 1 10”’ см2 имеем
а=5 кгс/см2, т. е. муллит вызывает в этих условиях весьма незна-
чительные напряжения.
Сравнительно со средней прочностью кварца при разрыве па-
раллельно оси с, приблизительно равной 1160 кгс/см2, рассчитан-
ная величина слишком мала, чтобы вызвать разрушение по зерну
кварца при быстром охлаждении фарфора. Преимущественно ко-
валентный характер связи Si — О, реализуемый в структурном мо-
тиве Белова [140] SiaOi у разных модификаций кремнезема, и гиб-
ридизация орбиталей в кварце 3sp3, рассмотренная Прянишнико-
вым [571], объясняют этот значительный запас прочности, впрочем
снижающийся по логарифмическому закону при повышении тем-
пературы. Прочность стеклофазы, испытывающей сжатие (отно-
сительна кварцевых зерен) при охлаждении фарфора имеет ве-
личины того же порядка. Приведенный выше расчет носит тех-
нический характер и не отражает влияние строения стеклофазы.
Рассмотрение современных теорий строения и свойств стекла сде-
лано Аппеном [572], а механические свойства стекла в связи со
строением освещены Бартеневым [574], Богуславским [575] и Бо-
киным [576]; ситаллирование — Павлушкиным [573].
Напряжения в фарфоровом черепе возрастают весьма значи-
тельно при изоморфном превращении а—>-|3-кварц и а—^-кри-
стобалит, сопровождаемые сокращением объема — первого около
2%, второго около 5%. Особенно опасны напряжения вследствие
значительного изменения объема кристобалита. Поскольку релик-
тов кварца в обычном фарфоре в 8—12 раз больше, чем кристо-
балита, то инверсия первых сопровождается заметным скачком
На дилатометрической кривой, тогда как инверсия кристобалита
па этой кривой незаметна. Впрочем, в кристобалитовом фарфоре
инверсия кристобалита хорошо видна на дилатометрической кри-
Напряжения могут быть рассчитаны по уравнению:
AV=[-3(l-2p)a]:£. (47)
Изменение объема фарфорового изделия при кварцевой инвер-
сии могло бы теоретически составить, например, при 10% кварца
в черепе: А1/=0,02-0,1. Приняв величину Е в точке инверсии, по
Згонику, равной 25-104 кгс/см2 и ц=0,25, имеем <т=300 кгс/см2.
О 4 8 12 16 20 28 28 32 1
В действительности инверсия а—>-0-кварц в фарфоре не со-
провождается таким изменением объема, в частности, из-за амор-
тизации стеклопленки, проникшей в многочисленные трещины
в зерне кварца, и напряжения не достигают значительной вели-
Режимы обжига. Температурный ход утельного обжига хозяй-
ственного фарфора приведен на рис. 128, где показано: 1 — обжиг
фарфора и охлаждение в горне; 2 —то же, в туннельной печи
и 3 — обжиг и охлаждение фаянса (посудного) в туннельной печи.
Влияние газовой среды в печи при утельном обжиге имеет
определенное значение; необходимо не только дегидратировать
глинистые составные части черепа и обеспечить ему достаточную
механическую прочность, но и выжечь органические примеси из
керамической массы. Обычно утельный обжиг фарфора проте-
кает с коэффициентом избытка воздуха 1,15—1,20. Длительность
обжига фарфора в туннельной печи по сравнению с длительно-
стью обжига в горне сокращена почти вдвое.
При охлаждении необходимо замедление скорости охлаждения,
соответствующее а — 0-переходу кварцевой составляющей как
в фарфоровой, так и в фаянсовой массах. Утельный обжиг фаянса
формирует все свойства этого черепа, чем технология обжига его
отличается от технологии обжига фарфора.
433
Температурный ход политого обжига хозяйственного фарфора
в туннельной печи одного из отечественных заводов приведен на
рис. 129, Л. Режим охлаждения характеризуется быстрым сниже-
нием температуры до 800° и замедленным снижением ее в соот-
ветствии с а — p-превращениями.
Для сравнения на том же рис. 129 приведены заданные тем-
пературный и газовый режимы хозяйственного фарфора в тун-
нельной печи одного из европейских заводов, штрихкривые Б для
подъема температуры и для содержания СО + Нг.
Следует обратить внимание на более длительный промежуток
времени с 900° до конца выдержки в туннельной печи при произ-
водстве фарфора на отечественном сырье, чем на сырье, приме-
няющемся на европейских заводах (11ч против 7 ч). Это суще-
ственное обстоятельство связано с необходимостью, во-первых,
больших затрат времени для осуществления реакций восстановле-
ния окрашивающих соединений, присутствующих в отечественном
сырье, во-вторых, с более ранним спеканием зарубежных фарфоро-
вых масс.
Поэтому обжиг отечественной фарфоровой массы по режиму В
европейского фарфорового завода дает отрицательный результат,
тогда как обжиг европейской фарфоровой массы по режиму А
отечественного завода дает положительный результат.
С конструктивной стороны печь для обжига отечественных фар-
форовых масс требует более развитой зоны питания топливом,
а с экономической стороны стоимость обжига в такой печи значи-
тельно выше стоимости обжига более чистой (в отношении кра-
сящих соединений) по составу массы европейского фарфора.
Роль режима охлаждения при обжиге фарфора разных типов
так же важна, как и роль режима нагревания. В зависимости
от содержания кварца в фарфоровой массе скорость охлаждения
^Меняется; в частности, для многокварцевого фарфора после 600°
должно наступить замедление скорости охлаждения по причине
а —^-превращения, описанного выше.
Пример резкого охлаждения представлен режимом В
(рис. 129), разработанным Ковельмаиом для мелких уралитовых
высокоглиноземистых изделий (тела для измельчения, запальные
свечи для двигателей внутреннего сгорания и т. п.). Если не дать
резкого охлаждения после завершения выдержки, как показано на
рис. 129, В, то происходит рекристаллизация корунда в крупные
кристаллы, и прочность и термостойкость изделия падают. Анало-
гично резкое охлаждение для высокоглиноземистого фарфора.
При очень быстром охлаждении текстура черепа остается мел-
козернистой со всеми ее положительными свойствами.
Естественно, что создание такого режима охлаждения требует
соответствующего конструктивного решения в виде подачи в со-
ответствующий участок печи больших масс холодного воздуха и
подбора термостойкого огнеупора.
Режим утельного I и политого II обжига фаянсовой посуды
(по данным Конаковского фаянсового завода им. Калинина) при-
веден на рис. 130.
Майолика на основе местных глин может быть обожжена на
утель при 900—1000°, на политой —при 900—950° с постепенным
подъемом температуры до 950° в течение 12—13 ч в камерных
печах.
Обжиг костяного фарфора. Высокое содержание костяной зоны.
(45— 50%) в массе костяного фарфора, являющейся сильным
плавнем, определяет относительно малый интервал ее спекания .
(15—20°) и требует точной регулировки температурного поля при;
обжигах изделий. Пористость бисквитного фарфора не превышает
Высокая степень чистоты (в отношении красящих окислов) ’
как самой костяной зоны, так и других специально отбираемых
составных частей массы (каолин, глина, кварц, полевой шпат) не
вызывает необходимости периода восстановительного огня.
Изделия (чашки, блюдца) из костяного фарфора обжигают,
дважды: на утель — до почти полного спекания (не более 1 % во-
допоглощения) и на политой — для разлива малоборной фритто-
ванной глазури, наносимой на спекшийся череп. Обжиги осуще-
ствляются по фаянсовой схеме: первый — при 1260—1280°, вто-
рой— при 1160°, что позволяет применять расширенный ассорти-
мент подглазурных красок и сохранить их яркость.
Режимы обжигов тонкостенных чашек и блюдец из костяного
фарфора в электрической двухканальной туннельной печи (уста-
новочная мощность 360 кВт) по методу фарфорового завода
им. М. В. Ломоносова приведены на рис. 131. Верхний канал —
для политого обжига, нижний канал —для утеля.
Однократный скоростной обжиг. Объединение процессов, осу-
ществляемых в фарфоровой массе при утельном и политом обжи-
гах, существенно сокращает расходы на строительство, так как
отпадает необходимость в одной туннельной печи и снижается се-
бестоимость производства изделий на 16—20%.
436
. Вместе с тем такое,'объединение создает дополнительные труд-
ности при соблюдении режима, в частности для устранения воз-
можности появления дефектов — вздутий черепа, наколов и углуб-
лений на глазури, а также обеспечения условий хорошего расте-
кания глазури, в особенности на горизонтальных поверхностях.
О 2 6 Ю П. !8 22 26 30
Решение этих задач дается как подбором состава фарфоровой
массы, которая пригодна для однократного обжига, а именно типа
низкоспекающейся витриес-чайна и глазури к ней, так и некото-
рым изменением режима, которое состоит в снижении температур
первой выдержки и ее большей растянутости, в снижении конеч-
ной температуры обжига и в удлинении конечной выдержки
(рис. 132, кривая 1) применительно к печам скоростного обжига
итальянской фирмы «СИТИ» при однорядном размещении из-
делий.
437
Применительно к обжигу твердого фарфора режимы скорост-
ных обжигов в лабораторных условиях показаны на рис. 132 для
тарелок 2 и чашек 3, по Ковельману и Шувалнхиной.
Совмещение сушки и первого обжига. Если обратиться к ходу
дилатометрической кривой фарфоровой массы при нагревании
(рис. 126), то можно заметить, что в диапазоне температур 900—
1000° образны, разных масс приобретают исходные размеры, так
как расширение сменяется началом усадки.
Это обстоятельство дает основание для быстрого подъема тем-
пературы при обжиге до 900’ без опасенияза целостность изделия,
вследствие слабого -развития в нем усадочных напряжений.
Исследования вопроса совмещения скоростной сушки и скоро-
стного обжига, выполненные в ГИКИ, позволили создать режим
и конструкцию конвейерной сушильно-обжигательной установки.
На рис. 133 приведен такой последовательный режим для фарфо- |
ровых чашек.
По опытам УНИИСП, скорость подъема температуры при об-
жиге фарфора на утель может быть доведена (для тарелок) до:
30° в 1 мин, что составит длительность обжига изделий 30 мин;
также и скорость охлаждения может быть большой.
Глава 10
ГЛАЗУРИ И ГЛАЗУРОВАНИЕ
Общие сведения. Как и силикатные стекла, глазури можно рас-
сматривать, сообразно взглядам Д. И. Менделеева, как неопре-
деленные химические соединения кремнезема с другими окислами.
Для удобства сопоставления составы глазурей можно пересчи-
тать путем перемножения процента каждого окисла на его моле-
кулярную массу в молекулярную формулу, по Зегеру [461]. Сумму
молей оснований (R2O + RO) принимают за единицу и к ней отно-
сят сумму RaOa и ROZ.
Кремнезем — главный глазуреобразующий окисел. Увеличение
содержания глинозема и кремнезема в глазури вызывает повыше-
ние температуры ее разлива на черепа; глинозем действует в этом
отношении сильнее кремнезема. Содержание глинозема в глазурях
приблизительно в 10 раз меньше, чем кремнезема.
Окислы основные одно- и двухвалентных металлов, окись
свинца, закись железа выступают как плавни, их помещают обычно
в левую часть молекулярной формулы. Кремнезем и другие окислы
кислого характера SnO2, ZrO2, TiO2, Sb2O5, F, B2O3 помещают
располагают в формуле посредине. Такая группировка окислов не-
сколько условна, потому что кислые и полуторные окислы при вы-
соких температурах и в некоторых соотношениях могут проявлять
себя как плавни.
R Молекулярный состав полевошпатовых глазурей выражают ср-
отношением [1 (R2O + RO)]: (0,5—1,4 А12О3] :[5—12 S10J. Меньшие
пределы характеризуют глазурь как приближающуюся к фаянсо-
Прйменительно к глазурям пользуются такими показателями.
Силикатный модуль как отношение SiO2: А12О3 имеет у фарфоровых
глазурей величины порядка 4,2—6;2, характеризуя хорошую хими-
ческую устойчивость. Щелочной модуль как отношение Na2O : К2О
близок 0,8— 1,4. Щелочноземельный модуль CaOiMgO колеблется
в широких пределах от 0,3 до 1,5; введение значительного Количе-
ства (более 3%) MgO в глазурь способствует появлению в ней
кристаллических фаз — шпинели или кордиерита — и содействует
снижению температуры разлива. Соотношение содержания (СаО-Ь
+MgO) и (K2O-I Na2O), не превышающее 2,5—3, способствует
кристобалитизации глазури. Модуль e=SiO2: (R2O+RO), по Бар-
заковскому и Дубровр, должен быть несколько ниже, чем в фар-
форовом черепе; но вместе с тем этот модуль не должен быть
Обычно величина этого модуля от 5 до 7, но встречаются
удовлетворительные глазури с величиной модуля е порядка 9—10,
например у глазури по высоковольтному фарфору [565].
В пределах практических потребностей ряд свойств глазурей
ден Винкельманом и Шоттом и в основу его было положено пра-
вило аддитивности. Так, коэффициент линейного термического
расширения а равен сумме произведений величин содержания
каждого окисла (в %) на их эмпирический числовой фактор.
Позднее Аппен показал, что более обоснованное значение а
можно получить, выражая содержание окисла в молекулярных,
а не в массовых процентах [466]. Примеры расчетов приведены
10. Дудеровым и И. Дудеровым [390].
Можно рассчитать, пользуясь, например, факторами Алиена,
поверхностное натяжение глазури. Высокое поверхностное натя-
жение, например более 520 дин/см, уменьшает смачивающую спо-
собность, помогает «затягиванию» глазури, чем придается глад-
кость ее поверхности. Уменьшение поверхиостного натяжения'
вызывает увеличение смачивания глазурью черепа, но при значи-
тельном снижении поверхностного натяжения могут всплывать пу-
зырьки газа из глазури на ее поверхность, ухудшая внешний
Глазурь реагирует с черепом, образуя промежуточный слой, со-,
действующий сопряжению глазури и черепа и компенсации напря-
жений между глазурью и черепом. В этом слое происходит кри-
сталлизация новых фаз.
Для оценки стойкости массы в обжиге и активности глазури
по отношению к черепу служит коэффициент кислотности гла-
к. к. = SiO2: (R2O + RO+3A12Os) .
В формуле приведены молярные содержания соответствующий
окислов. Для мягкого фарфора к. к.=1,68—1,75, для твердого;
1,1 —1,3. Чем ближе к. к. к единице, тем устойчивее масса в об-
жиге. Чем выше значение к. к. глазури, тем более она тугоплавка. |
В применении к глазурям к. к. косвенно свидетельствует о сте-ч
пени пригодности связи глазури с черепом. Глазурь более кислот-
ного характера энергичнее взаимодействует с более основный а
черепом, богатым, например, известью, и обратно. В особенности
необходимо учитывать это взаимоотношение кислотности и основ-
ности при подборе глазури к фаянсовому черепу.
Увеличение к. к. путем, например, увеличения содержания крем-3
незема, при сохранении постоянного состава оснований соответ- I
ствует увеличению тугоплавкости, повышению вязкости глазури и
улучшению смачиваемости. При низком к. к. смачиваемость ухуд-
шается, и наблюдается сборка глазури. При этом возрастает воз- i
можность расстеклования глазури; внешне это проявляется в ее ’
помутнении и потере блеска.
В свинцовых глазурях при введении глинозема стойкость к кис- Я
лотам возрастает; глинозем действует как усилитель кислотности .
и должен идти в числитель формулы к. к., а борный ангидрид
ослабляет кислотостойкость и для расчета к. к. должен идти в зна-
менатель [462].
Каждый окисел, который входит в глазурь, влияет на ее свой- |
ства. Не безразлична для свойств глазури и форма того соедине-
ния, с которым окисел вводится в глазурь. На свойства глазури
влияет также изменение тонкого строения кварца разных место-
рождений. Химический анализ не вскрывает тонкой структурной
разницы в видах сырья, и исследование этого вопроса продолжает ;
привлекать внимание.
Для хорошей подгонки глазури к черепу имеет значение ввод
в нее политого или утельного боя; бой «роднит» глазурь с черепом.
За неимением боя пользуются жженым каолином, но только часть
его вводят в таком виде; часть сырого каолина используется как
мельничная добавка. На некоторых заводах, однако, воздержива-
ются от ввода боя в глазурь, так как он портит товарный вид ;
изделия.
Мельничная добавка — каолин и глина — благодаря своей дис-
персности обеспечивают суспендирование частиц размалываемой
глазури в воде во время помола и остановки шаровой мельницы J
и не дают возможности ей осесть и прочно схватиться в барабане
мельницы.
Действие окислов на свойства глазури и соединения, в кото-
рых окисел вводится в глазурь, приведены ниже.
Кремнезем SiOa увеличивает тугоплавкость и вязкость, хи-
мическую и техническую стойкость, понижает к. т. р., вводится
в виде кварцевого песка, каолина, глины, пегматита, полевых шпа-
тов. Очень тонкий помол кварца способен вызвать цек.
Окись титан а ТЮа повышает химическую устойчивость, со-
действует кристаллизации, может глушить глазурь, легко восста-
навливается, сообщая глазури свойства электронного полупро-
водника.
Окись циркония ZrO2 глушит глазурь, повышает ее хими-
ческую стойкость и плавкость. Вводится в виде циркона и окиси.
Окись олова SnO2 сильно глушит глазурь. Заметно повы-
шает щелоче- и влагоустойчивость глазури.
Окись церия СеО2 — глушитель.
Борный ангидрид В20з — сильный плавень, сообщает
блеск и повышает твердость, снижает склонность к цеку, препят-
ствует кристаллизации, повышает термостойкость, понижает к.т. р.,
не очень благоприятствует хорошему разливу; вводится в виде
буры, борной кислоты, боронатрокальцита NaCaB5O2-8H2O, гидро-
борацита CaMgBeOn-6H2O, ашарита MgHBO3 и др.
Глинозем А12О3 — необходимый окисел в глазурях, кроме
самых легкоплавких. В значительных количествах повышает туго-
плавкость, вязкость расплава, улучшает упругость, и Химическую
стойкость, несколько снижает возможность появления цека, мало
благоприятствует хорошему разливу, препятствует кристаллиза-
ции. Будучи взят в незначительном количестве (0,1 моль), способ-
ствует хорошему разливу нефриттованных глазурей. Вводится
с каолином, глиной, полевым шпатом. Ввод глины в виде мельнич-
ной добавки снижает кислОтостойкость покрытия [463].
Окись железа РегОз—красящий окисел, сильный плавень,
но еще более сильный плавень—FeO; обычно нежелателен, содей-
ствует кристаллизации и усиливает электронную проводимость
глазури. В количестве 10—30% в бессвинцовых глазурях выкри-
сталлизовывается в виде золотистых блесток (авантюриновые гла-
зури). Вводится в виде примеси и как железный сурик.
Окись хрома Сг20з — красящий (в зеленый цвет) окисел,
повышает химическую устойчивость, придает укрывистость и глад-
Окись свинца РЬО — наиболее сильный плавень. Способ-
ствует широкому интервалу плавления при обжиге. Сообщает особо
красивый блеск, содействует хорошему разливу, сильно снижает
твердость глазури, сообщает ей растворимость даже в органиче-
ских кислотах, придает яркость подглазурным краскам, весьма
ядовит. Вводится в шихту в виде сурика РЬзОз, глета РЬО2.
Окись меди СиО — по легкоплавкости в глазурях близка
РЬО, но слабо влияет на разлив и блеск, окрашивает глазурь
в синий (окислительная газовая среда) или в темно-красный (вос-
становительная среда) цвет.
Окись кальция — СаО — слабый плавень в легкоплавких
глазурях и добавка его свыше 0,2 моля вызывает матовость Гла-
зури. Сильный плавень в тугоплавких глазурях. Эта окись умень-
шает склонность к цеку, способствует кристаллизации, но несколько
сужает интервал плавления глазури при обжиге. Вводится в шихту
в виде мрамора, мела, опоки CaCOs-MgCOs.
Окись магния MgO — более сильный плавень по сравнению
с СаО, благоприятствует твердости, прочности и эластичности гла-
зури. Увеличение содержания создает условия для кристаллизации
(диопсид) и требует повышения температуры обжига. Вводится
в шихту в виде опоки, реже — в виде магнезита и талька.
Окись стронция — как плавень ближе к ВаО. Обладает
менять частично щелочи в глазурях, благоприятствует решению
задачи устранения из глазури свинцовых соединений [464]. Вво- .
дится в виде целестина SrSOs.
Окись бария — хороший плавень, способен частично заме-
нить РЬО и по блеску, понижает стойкость против цека в полево-З
шпатовых глазурях, способствует разливу глазурей (лучше чем
другие щелочноземельные окислы). Бариевые глазури легко дают
сернистые соединения в виде матовых пятен и корок. Окись бария
ядовита. Вводится в виде витерита.
Окись цинка — хороший плавень, сильно уменьшает к. т. р.,
разрушает подглазурные краски, может содействовать кристалли-
зации (ганит) и глушению глазури, в которой присутствует MgO,
придавать голубой оттенок из-за высокой дисперсности кристал-
лической фазы. Повышает электронную проводимость, эластичность
глазури; в восстановительном обжиге восстанавливается до Zn
и улетучивается. Бесщелочные цинковые глазури были предложены
в Англии (бристольские глазури), способны образовать сульфиды
(фиолетовый цвет) в восстановительном обжиге.
Окись бериллия — хороший плавень, повышает термостой-
кость, электрическую прочность, улучшает разлив и блеск. Очень
ядовита. Вводится в виде окиси и в составе берилла ЗВеО'АЬОз-
• 6SiO2.
Окись натрия — сильный плавень, «коротит» стекло, умень-
шает вязкость, очень повышает к. т. р., увеличивает склонность
к цеку, понижает твердость, сильно ослабляет химическую стой-
кость, несколько снижает интервал плавления глазури, сообщает
ей хороший блеск. Ввод СаО (даже до 0,6 моля) существенно
улучшает натровую глазурь. Вводится в шихту в виде плагио-
клазов, соды, буры.
Окись калия — сильный плавень, делает стекло «долгим»,
повышает вязкость, улучшает блеск, повышает к. т. р., усиливает
яркость подглазурных красок. Вводится с ортоклазом, микрокли-
ном, поташом.
Окись лития —самый сильный плавень среди щелочей,
благоприятствует разливу и блеску. Содействует кристаллизации
при удлиненной выдержке и поэтому может придать матовость
глазури, способствует химической стойкости, значительно повы-
шает к. т. р. Вводится со сподуменом, карбонатом лития.
Фосфорный ангидрид Р2О5 — стеклообразователь, повы-
шает кислотостойкость, особенно к HF, хорошо участвует в алю-
мофосфатных бескремниевых глазурях, обладающих большим
к. т. р. В малофосфатных глазурях с массовой долей Р2О5, не пре-
вышающей 12%, включающих также ZrO2 или ТЮ2 4—5%, хорошо
глушит глазурь [465], ср. [472].
Фтор F — действует как плавень, разжижая глазурь при вы-
соких температурах, вызывает кристаллизацию фторидов, может
вызвать появление «наколов».
BeF2 — типичный стеклообразователь. Флюсующее действие NaF
сильнее, чем Na2O, а действие CaF2 примерно в два раза
сильнее, чем NaF [466]. Ион фтора, становясь на. место иона кис-
лорода (равновеликость электронных радиусов), разрывает связь
Si—-О—Si. Фториды кальция, натрия, лития — ситаллообразующйе
(разы в ситаллированных покрытиях особо высокой термостойко-
сти й износостойкости.
Фтор вводится с плавиковым шпатом CaF2, с фторидом нат-
рия NaF, с криолитом Na3AlFe, с кремнефторидом натрия Na2SiF4.
Для технологии глазурования необходимо учитывать форму,
в которой вводится в глазурь тот или иной окисел. Материалы,
применяемые для глазурования, в своем природном состоянии
должны быть нерастворимы в воде, иначе они не войдут в состав
глазури. Такие соединения, растворимые в воде, как бура, борная
кислота, сода, селитра, должны быть предварительно сплавлены
с указанными выше нерастворимыми материалами (по рецепту)
для того, чтобы образовать нерастворимое в воде стекло (фритту).
Процесс сплавления шихты (смеси) в специальной печи до стекло-
видного состояния при температурах не ниже 1250° с последую-
щим быстрым охлаждением расплава (для облегчения размола),
выливанием его в воду называется фриттованием.
Фриттование необходимо для получения фаянсовых и майоли-
ковых глазурей. Кроме того, если материалы токсичны, как, на-
пример, свинцовый сурик PbsOi, глет РЬО2, окись бериллия БеО,
соединения бария, сурьмы и др., то фриттование связывает эти
окислы в стекле и делает глазури несколько менее токсичными,
менее растворимыми в слабых органических кислотах.
В соответствии со сказанным, все глазури могут быть разде-
лены на две обширные группы — сырые нефриттованные и сплав-
ленные фриттованные. Первые —тугоплавки, с температурой раз-
лива порядка 1000—1420°; вторые —легкоплавки, с температурой
разлива 600—1280°. Первые используются Для политого обжига
фарфоров, отчасти полуфарфоров и тонкого каменного товара.
Вторые применяют для политого обжига полуфарфоров, фаянсов,
Мягких фарфоров, майолики, тонкого каменного товара.
Глазури для фарфора. Фарфоровая глазурь — малокомпонентна,
содержит главным образом шесть окислов — SiO2, А120з, СаО,
MgO, К2О, Na2O; она тугоплавка, температура разлива ее—от
1320 до 1450°.
Броньяр, опробуя в середине прошлого столетия в Севрской
мануфактуре свои составы фарфора с обжигом при 1550°, приме-
нил в качестве глазури весьма тонкомолотый пегматит. По своему
составу фарфоровая глазурь близка к фарфору и отличается от
него большим содержанием щелочей и оснований. Сходство со-
ставов приводит к образованию естественного перехода в месте
сочетания слоя глазури и фарфора, чему благоприятствует ввод
черепа в глазурь при помоле в количествах 12—15% и значительно
выше. Промежуточный слой между фарфором и глазурью нередко1,
содержит муллит, волластонит, геленит, анортит, тридимит, кри-
стобалит (в сумме 10—15%) й газовую фазу в виде разнообраз-^
ных по величине пузырьков смеси газов. Обычно в этой смеси много
азота, 2—5% кислорода и 10- -13 % углекислого газа [504] Кристал-;
лические фазы развиваются в месте контакта глазури с фарфором
начиная с 820°.
Глазурь в виде пленки на фарфоре ведет себя иначе, чем в ку-;
ске. По-видимому, в тонком слое влияние поверхностного натяже-
ния на вязкость и на кристаллизацию относительно сильнее, чем
в куске глазури.
Практически тонина помола измельченных фарфоровых нефрит-I
тованных глазурей характеризуется остатком 0,05—0,1% на сите.:
10000 отв./см2.
Составы глазурей. Глазури для твердого И мягкого фарфора мо-
гут "быть условно распределены по двум группам. Первая группа —
бесполевошпатовые, с общей формулой RO aAl2O.r bS102, вторая
группа —полевошпатовые, с общей формулой (R2O + RO) •aAlzO.i • \
• 6SiO2. Под RO подразумеваются CaO, MgO, SrO, ВаО, а пота
R2O— Na2O; К2О. Полевошпатовые глазури различаются по со-
ставу применительно к твердому и мягкому фарфору.
Составы глазурей для твердого фарфора с разливом при 1300^3
1450° лежат в пределах 1 (R2O + RO) (0,5—1,4) А!80з- (5—12) SiO2;
их коэффициент кислотности 1,8—-2,5. Целесообразны такие соот-
ношения: КгО : Na2O не менее двух, СаО : MgO не менее, одного,
сумма RO превышает сумму R2O не менее чем в три раза. Содер-
жание А1аО3: SiO2 растет по мере необходимости повышения туго-
плавкости глазури.
При понижении содержания глинозема до 0,3 и кремнезема до ]
3,0 моль получается легкоплавкая глазурь для мягкого фарфора
с разливом при 1200°. Глазури для мягкого фарфора имеют раз-
лив при 1250—1280°; их составы — 1 (R2O + RO) • (0,3—0,6) А1аОз-
(3—4)SiO2, коэффициент кислотности 1,4—1,6. Состав таких
глазурей обычно характеризуется высоким содержанием полевого
шпата и мела или доломита; для увеличения блеска добавляют
4—5% карбоната бария.
Методы расчета глазурей и их некоторых свойств приведены
в литературе [390] и [467].
Простейший трехкомпонентный состав глазури для фарфора
впервые был применен в 1746 г. Виноградовым. Виноградовская
глазурь — типичная известковая. Такие известковые глазури весьма
прозрачны, обладают хорошим блеском и твердостью около 6,5, по.
Моосу. Однако высокую прозрачность глазури не следует рас-
сматривать как достоинство ее, так как незначительные пороки из-
делия отчетливо видны через слой такой глазури. В этом отноше-
нии более ценна глазурь, содержащая тончайшие пузырьки га-
зов, равномерно распределенные в ней. Таковы, например, старые
мейсенские глазури. Возникновение мельчайших пузырьков связано
с растворением в глазури таких газов, как пары воды, воздуха,
углекислота, выделяющихся при плавлении ее составных частей
или при резком изменении режима, в печи.
при изготовлении фарфора с высоким содержанием глинозема,
тогда как полевошпатовые глазури больше подходят к фарфору
С повышенным содержанием кремнезема.
вые глазури второй группы — на основе полевого шпата и мела
(мрамора) или доломитовой опоки. Эти глазури обычно менее
прозрачны, чем известковые, но также имеют хороший блеск и
зеркальный разлив. Некоторые глазури содержат до 36% полевого
В табл. 94 приведены процентные составы глазурей с разли-
вом при 1350—1410° и в табл, 95 — отвечающие им материальные
составы.
Глазурь S1O, тю, А120з FeaO3 СаО MgO к,о N».O Лм“уати“,
! 74,01 0,1 13,71 0,2 4,65 2 93 3 31 1 09 1410
2 72,97 0,07 11,39 0,14 4,98 , , 5,69 1 , 1380
з 0,1 . 16,47 0,2 4,72 3,03 3^57 1 . 3 1 1380
4 68,01 0,1 1.6,40 0,2 5,43 3,50 4,75 1,61 13S0
Материал Глазури
1 2 3 4
Полевой шпат: ёнский 8
чупинекий 12 Ш j
хайтииский 12 —
Доломит ковровский 13 14 13 ! 15
Каолин-просяновский 6 6 , 7
Кварц из пегматита и песок 37 27
Глина веселовская 1.. — — —
Бой политой 15 14,5 13
Глинозем 2 , 2,5 2
Гусевский камень - 10 -
Глазурь Пыжовой, Бочкаревой, Хатеевой с
1320—1330° имеет состав, включающий волластош
: разливом при
«xx.x.w-.Mxwxxx.xxxx ^«x«*Uv.xw.<ht в количестве
14,8—18%; остальное, %: полевой шпат 3,1—5,5, мрамор 3,5, тальк
6,8—8,7, глина трошковская обожженная 9,9; то же, сырая 1,6—4,0,
гусевский камень 3,1—5;5;. кварц 7,8—33,5 и бой политой 20,1—30,0.
Нанесение на поверхность фарфора слоя, даже весьма чистой
и прозрачной глазури снижает его белизну в общем на 5—7%.
щает глазури красивый блеск, который особенно декоративен на
фарфоровой скульптуре. Применение, однако, углекислого бария
ухудшает условия труда в глазуровочном отделении.
Заменяя кварц сиштофом (отход алюминиевого производства),
трепелом или же диатомитом — материалами весьма тонкого строе-
ния,— можно весьма заметно изменить температуру разлива гла-
зури. Эта температура зависит также от степени пористости тела
изделия. Так, огнеупорность полевошпатово-известковой глазури
ниже температуры ее разлива на пористом материале типа фаян-
сового на 100—110%, на полуфарфоре эта разница составляет уже
только 40—50%, а на фарфоре температура разлива и огнеупор-.1
ность глазури очень близки.
Значение к. т. р. для полевошпатовых фарфоровых глазурей;)
(5—6) 10“6, для малополевошпатовых глазурей со значительным
содержанием политого боя (3,8—4,8) • 10-®.
Необходимое практическое определение качества готовой сус-
пензии фарфоровой глазури состоит: 1) в «огневой пробе» — об-
жиге в производственной печи тарелки и чашки (тигля) с налитой
глазурью слоем 1 см и 2) в плавкости пироскопов из глазури
Сравнительно со стандартными пироскопами (определяют три
«точки»: температуры начала спекания глазури температуры,
отвечающей ее огнеупорности t2, температуры начала растекания
глазури t3. Разница t3 — ti составляет интервал плавления глазури).
Удовлетворительные фарфоровые глазури имеют интервал в 5 пи-
роскопов (порядка 50°).
Термостойкость часто определяется последовательным нагрева-
нием изделия (образца) со 100° с регулярным повышением темпе-
ратуры при каждом последующем нагреве на 10° и охлаждении
в воде (подкрашенной фуксином до 15°, по Харкорту). Хорошие
фарфоровые глазури выдерживают по 12 теплосмен. Микротвер-
дость (прибор ПМТ-3) — порядка 600 кгс/см2. Прочность при ударе
2;1—3,1 кгс-см/см2.
Глазури для фаянса. Современная отечественная рецептура фа-
янсовых глазурей построена на бессвинцовых и безборных одно-
фриттовых или многофриттовых составах. Фритты должны быть
R,O + RO R,O, SIO, B.O. 1
Na3O | КаО с«о BaO ZnO РЬО MgO
! 0,222 0 517 0,096 0,128 0 037 0,330 3,2
2 0,321 0,338 0,156 0,143 0 042 0,450 4,18
3 0,333 0 27 — (). 119 .—. 0 269 0 512 3,94 —
4 0,190 о t530 — 0,22 — 0,066 ().2l;9 2,77 —
0,167 I 0,039 0 167 0,376 0,125 —— 0^039 1 494
6 0,111 0,051 0 446 — — 0. 992 — 0,152 2 171 0 222
7 0,481 0,086 0^443 — — — 0,208 1 9(' 0 326
8 0,102 0,056 0,398 - - 0,443 - 0,221 2,451 0,204
хорошо сварены при 1300—
1350°. Хорошее фриттование сни-
жает температуру разлива. При-
чина применения многофритто-
вых глазурей (распространено
за рубежом) состоит в том, что
Изменение химического состава
одного и того же сырья разных
месторождений может влиять на
а, £ и другие свойства глазури,
вызывая появление цека и сни-
жая ее термическую стойкость.
Если же пользоваться много-
фриттовым составом, то частное
влияние изменений состава бу-
дет менее значительным.
В табл. 96 приведены восемь
ванных глазурей, обладающих
температурой разлива порядка
1250—1280°, а в табл. 97 —отве-
чающие им материальные со-
ставы. Первые пять принадле-
жат отечественным заводам, по-
следние три — зарубежным.
В химическом отношении со-
став фриттованной глазури дол-
жен отличаться по К- к. от со-
става черепа таким образом,
чтобы более кислая глазурь со-
ответствовала несколько более
основному черепу, и наоборот.
По Эйдуку [472], для улуч-
шения разлива и блеска бессвин-
цовых глазурей следует вводить
гулирования вязкости и свето-
преломления следует вводить
ZrO2 и ТЮ2. При этом наиболее
длинный интервал плавления до
150° получен при вводе кремне-
зема одновременно в виде тре-
пела и силиката натрия. Что ка-
сается фтора, то при введении
его в небольших количествах, по
Эйдуку, кристаллизационные
свойства не меняются, процесс
варки стекол ускоряется, вяз-
447
кость понижается, а к. т. р. увеличивается; содержание фтора?)
в легкоплавких бессвпнцовых и безборных глазурях не должно
Для подбора легкоплавких глазурей можно исходить из какой-
либо соответственной эвтектики, например системы СаО — АЬОз —
— SiO2, включая иные окислы (по Аппену). Рассчитывая по пра-?
виду аддитивности к. т. р., можно вести расчетную и эксперимен-
тальную подгонк.у глазури к черепу. Значение к, т. р. фаянса.
пости фаянсовых масс 1,2—1,3, то же, глазурей —1,5—2,5. Изуче-1
пие глазурей показывает аномальный ход1кривой расширения.
Оптимальные свойства глазурей (бессвинцовых и безборных)
проявляются при сплавлении до полного стекловидного состояния.
Значения к. т. р. уменьшаются с повышением температуры фрит-
тования до 1400°.
Основной производственной характеристикой глазури служит
температура ее разлива. Связь между составом глазурей и тем-
пературой разлива ориентировочно приведена на диаграмме Холь-
шёра и Уаттса (рис. 134), где величины RO и R2O показаны по
вертикали в нижней половине диаграммы, давая в сумме 1 моль,
а величины R2O3 по глинозему и при замене его борным ангид-
ридом (от 0,25 до 1,5 молей) даны в верхней половине диаграммы.
Для кремнезема приведены переходные кривые а и b и дан свой
масштаб е молях (справа).
Основания и Щёлочи по свбеМу влиянию на лЛйпкбс.гь И 11 й
разлив глазури (в общем случае) могут быть расположены в ряды
Зегера и Зельха; ряд бесцветных —PbO>BaO>K2O>Na2O>
>ZnO>CaO>MgO, ряд окрашивающих — CuO>MnO>Fe2O»>
>Cr2O3>CoO>MiO. Окись алюминия, содержащаяся в глазурях,
действует различно. В небольших количествах при благоприятном
сочетании других окислов глинозем действует как плавень, в зна-
чительных же количествах он повышает тугоплавкость, вязкость,
расплава, улучшает упругость и химическую -стойкость глазури,
несколько снижает склонность к щеку и к. т. р., ухудшает разлив,
препятствует кристаллизации.
Многокомпонентность фаянсовых и майоликовых глазурей,
а также присутствие в них щелочей обусловливают их невысокую
механическую прочность, низкую твердость, сравнительно легкую
растворимость в кислотах и щелочных растворах и малую стой-
кость к действию воды.
Вместе с тем легкоплавкость таких глазурей делает возможным
вести политой обжиг изделий при невысоких температурах, что
значительно снижает стоимость изделий и обусловливает широкое
применение подобных глазурей.
Сообразно составу различают свинцовые, свинцово-борные, бор-
ные легкоплавкие глазури. Свинцовые глазури имеют ограничен-
ное применение из-за своей: вредности, но все же нередко исполь-
зуются в покрытиях, не соприкасающихся с пищевыми продук-
тами, например в стеновых плитках.
Свинцово-борная глазурь принадлежит к переходному типу от
свинцовых к борным. Последние, будучи совершенно безвредными,
в 1940-х годах почти совсем вытеснили в отечественном фаян-
совом производстве свинцовые глазури. При обжиге окись свинца
может испаряться из глазури, чему благоприятствует наличие
окиси кальция в этой же глазури.
Свинцовые глазури, чувствительные к действию восстановитель-
ного огня, легко восстанавливаются, принимая металлический от-
борные глазури ценны своей безвредностью, но работать с ними
трудно вследствие значительных колебаний состава борсодержа-
щих минералов. Введение же в глазурь бора в виде буры или бор-
ной кислоты экономически невыгодно. Одна из применяемых в на-
стоящее время борнополевошпатовых глазурей с температурой
разлива 1100—1250° имеет такой материальный состав: люберец-
кого песка — 27,4%, соды —13,0%, мела —11,4%, гидроборацита —
48,2%. При помоле берется 43,7% фритты, 48,9% пегматита, 7,4%
каолина. Микротвердость этой глазури — 725 кгс/мм2 при нагрузке
на индентор 100 г, термостойкость, по Харкорту, 170°.
Борные соединения могут быть введены в глазурь без ее фрит-
тования, но практически всегда целесообразно фриттовать гла-
зурь. Легкоплавкие белые борные глазури с разливом при 1000°
(по Филиппову) содержат от 35 до 55% гидроборацита, 10% окон-
ного Стекла, 25—30% циркона, 5—15% песка и 5—10% каолина.
15 Заказ № 2641 449
Гидроборацит и стекло могут быть замейень! сМёсЫб атйрйтй
(5%) и силиката натрия (37%).
Безборнобессвинцовые фаянсовые глазури последнего времени
не содержат ни свинца, ни бора. Их заменяют соединения щелоч-
ноземельных металлов — окись стронция, окись цинка, окись лития.
чены из фаянсовой стронциевой глазури путем плавки шихты с кра-
сящими добавками при 1100—1200°; разлив — при 960—1040° (по.
Штейнберг и Романчук).
Состав такой глазури: технического карбоната стронция 12%,
концентрата сподумена (содержит 4,5% Li2O) 12%, полевого
шпата 14%, соды 5%, кварца 34%, доломита 3,9,%., буры 16,1%.
Стронциевая глазурь на фаянсе имеет микротвердость порядка
530 кгс/см2, термостойкость ее 8—9 теплосмен (по Штейнберг и
Тюрн [435]).
В серии бессвинцовых и безборных литийсодержащих глазурей
с разливом при 1100—1250°, давших положительные результаты
при опробовании их Сазоновой на заводе, одна содержит пре-
дельно возможное количество (22,4%) сподуменового концентрата
(состава, %: SiO2 62,70, Al А 27,49, Fe2O3 0,89, СаО 0,56, MgO
0,27, К2О 0,60, Na2O 1,56, Li2O 2,69; п. п. п. 3,30), обусловливаю-
щего высокую тугоплавкость и вязкость фритты.
Молекулярный состав такой глазури:
0,050 Ы2О
0,246 Na2O
0,068 К2О
0,054 MgO
0,232 СаО
0,350 ZnO
0,241 А1А
0,017 FeA
Материальный состав глазури: сподуменового концентрата —
22,40%, полевого шпата —25,40%, кварцевого песка —22,50%, уг-
лекислого кальция — 8,88%, углекислого магния — 1,60%, соды —
7,94%, окиси цинка—11,40%. Микротвердость глазури —
700 кгс/.мм2, термостойкость — выше 10 теплосмен.
Особый интерес представляют легкоплавкие фриттованные гла-
зури на основе горных щелочесодержащих пород. Такие глазури
на основе обсидиана, перлита, андезита, трахита и др. введены
в керамику Хизанишвили и его учениками. В табл. 98 приводятся
их некоторые составы, температуры фриттования и разлива.
Большой интерес вызывают декоративные глазури: сборчатые,
кракле, растекающиеся, авантюриновые и другие кристалличе-
ские [390].
Приобретают распространение легкоплавкие фосфатные и си-
ликофосфатные глазури. Первые представлены, например, систе-
мой CaMgQ—РЬО—РА (Шаповалова, Сырницкая), вторые — си-
стемами R2O, или RO, или RA-SiOa-PA, где R2O может быть
щелочным окислом, RO — щелочноземельным окислом, ZnO, CdO;
450
Матор».-,.нь,» роста, к „олекуаяр.аа формула АтНХ
Обсидиана 88%, кристаллической буры 8%, кальцинированной соды 4%: 1 0,320 К2О ) ( 0,610 Na2O 1 0,619 А12О3 I 6,449 SiO2 I 0,007 MgO f 0,022 Fe2O3 1 0,360 B2O3 Ь 0,057 СаО J ( 1300 1150, бесцвет- ная глазурь
f Обсидиана 80%, буры 15%, кальцинирован- ной соды 5% 1300 920—950, бес- цветная глазурь
Андезита из Бакуриани (содержит 4,04% Na2O и 2,07% К2О) 92%, поташа 8% 1300 1100—1200, чер- ная блестящая
Трахит (содержит до 11% щелочей) 84%, буры 12%, поташа 4% 1300 900—920, желто-
R2O3 — глиноземом. Седмалис установил, что область стеклообра-
зования расширяется с возрастанием порядкового номера элемента
в пределах группы.
Цек и контактный слой. Фаянсовые глазури резко отличаются
по своему составу от тела изделия. Поэтому кривые деформации
цзгиба глазурованной фаянсовой пластинки (по Штегеру) при на-
греве и остывании не совпадают, а для глазурованной фарфоровой
пластинки совпадают.
В связи с этим на глазурованных фаянсовых изделиях цек об-
разуется легко, а на фарфоровых — трудно. Вместе с тем разница
составов фаянса и глазури приводит к усиленному взаимодей-
ствию между ними при обжиге.
Чем больше эта разница, тем интенсивнее взаимодействие,
приводящее в конечном итоге к образованию промежуточного
(контактного) слоя. Этот слой содействует выравниванию терми-
ческих напряжений между глазурью и телом изделия.
Глазурь на фарфоре держится прочнее, чем на фаянсе. Меха- .
низм процесса растворения глазурь — фарфор изложен Блюменом
[468]. Скорость проникновения расплава глазури в фаянс значи-
тельна: по Штейнберг, за 2 часа — на 80 мкм [469].
В зависимости от состава глазури и фаянса, по данным Яков-
левой, в контактном слое могут находиться фазы анортита, анде-
зинлабрадора; в случае присутствия окиси цинка — фаза ганита;
при наличии талька в составе фаянса —фаза энстатита и т. д. Са-
зонова при использовании литийсодержащей глазури обнаружила
в контактном слое фазы p-кварца и волластонита.
У быстроохлажденной глазури к. т. р. немного меньше к. т. р. ’
медленноохлажденной глазури. Изделия, покрытые склонной кцеку
фаянсовой глазурью, следует охлаждать быстро.
Влияние тонкости помола массы на появление цека в глазури!
сказывается в том, что при тонком ее измельчении возможность
образования цека меньше.
Цек может возникнуть Также вследствие недостаточности тем-1
пературы политого обжига; в этом случае цек может проявиться
сразу после муфельного обжига, проводимого для закрепления
красок на глазури. Поэтому муфельный обжиг является своеоб-
разным средством контроля состояния фаянсовой глазури. Цек
возникает тем легче, чем больше разница между температурой I
изделия, выходящего из муфеля, и температурой окружающего
воздуха.
Глазурные покрытия и контактный слой не представляют абсо-
лютной преграды для газов и паров воды. Проницаемостью обла-
дает даже кварцевое стекло, у которого средний диаметр пор по-
рядка 2,4 А; поры в стеклах могут достигать, по Безбородову [470],
200 А. Водяные пары легко диффундируют через глазурь в пори-
стый череп фаянса и майолики и вызывают его набухание, что
влечет разрывы глазурной пленки и появление цека. В наилучшей
форме подбор глазури к черепу может быть сделан пробным фрит-
тованием и глазурованием, после того как выполнены предвари- .
тельные расчеты значений к. т. р.
Наиболее радикальный способ устранения цека — изменение ;
состава массы или состава глазури. Состав глазури изменяют по-
вышением содержания кварца или уменьшением содержания плав-
ней; вводом или увеличением содержания В2О3; заменой плавня
другим с более низкой молекулярной массой.
Изменение состава массы достигается уменьшением количества
пластичной глины при увеличении количества кварца или заменой
части каолина пластичной глиной, уменьшением содержания поле-
вого шпата, более тонким размолом кварца, повышением темпера-
туры обжига черепа. Иными словами, следует принять все меры
к усилению химического реакционного взаимодействия черепа и
глазури.
Чтобы предотвратить отскок глазури от черепа после обжига,
целесообразно выполнить меры, обратные тем, которые рекомен-
дуются для устранения цека как по глазури, так и по массе.
Хорошие результаты по проверке подгонки глазури к черепу
может дать дилатометрический метод и метод Штегера.
Пользуясь методом большего или меньшего изгиба заглазуро-
ванной пластинки, по Штегеру, можно судить о величине и темпе-
ратурном участке напряжений, возникающих между черепом и
глазурью.
Например, на рис. 135 показан неодинаковый ход изгиба глазу-
рованного фаянса при нагревании 1 и при охлаждении 2, свиде-
тельствующий о напряжениях, возникающих в процессе обжига.
На рис. 136 показано влияние фриттования кальциевой борато-
полевошпатовой глазури на напряжения между глазурью и чере-
пом; сырая глазурь (обозначена сплошной линией) не показала
напряжении и цека. Лишь при 600° кривая ушла в поле цека, ниже
нулевой линии. Фриттованная же глазурь оказалась весьма склон-
ной к напряжениям
к цеку (471].
Непрозрачные (гл.,
хие) глазури. Непрозрач-
ную глазурь (эмаль) по-
лучают путем введения
в прозрачную глазурь
нерастворимых или пло-
хорастворимых соедине-
ний, либо за счет разви-
too 200 300 WO SOO 600~°C
too 200 300 WO 500 600 700 BOO “C
ветствующем темпера-
турном режиме тонко-
дисперсной кристалличе-
ской или газовой фазы,'
либо ликвационным раз-
делением стеклофазы"
Примером первого спо-
соба глушения может
служить введение в ших-
ту глазури двуокиси олова л-
или циркона в. тонкоиз- °-2
мельченном состоянии, W
т. е. таких соединений, ко- О
торые либо нерастворимы W
(SnO2), либо плохораст-
воримы (ZrO2-SiO2).
Примером второго
способа может служить
введение фторида каль-
ция CaFz, который, нахо-
дясь в растворенном со-
стоянии в небольших ко-
личествах в прозрачной
быстроохлажденной гла-
зури, при выдержке
(15—20 мин) этой гла-
зури при благоприятной
температуре (700 или
800°) быстро выделяется в чрезвычайно тонкодисперсном состоя-
нии. При этом глазурь делается опаковой, хотя и не вполне белой,
и при небольшой скорости подъема температуры (150°С/ч) и вы-
держке при 630—650° может произойти ситаллизация (мелкая
кристаллизация CaF2) покрытия, чему могут содействовать до-
бавки — инициаторы снталлизации, например некоторые суль-
фиды. Ситаллизированные покрытия в несколько раз прочнее и
термоустойчивее. Применительно к глазурям вопрос ситаллизации
изучен слабо [573].
Примером второго вида глушения на изделиях из лёсса яв-
ляется также развитие в глазури при надлежащем обжиге высоко-
дисперсной кристаллической фазы, например CaO-MgO-2SiO2
(Азимов, Августиник). Возможные составы такой глазури лежат
в пределах:
0,106—0,084 К2О 1
0,181—0,143 Na2O 0,207-0,164 А12О3 / 3,477-2,751 SiO2
0,390—0,418СаО 0,006-0,005 Fe2O3 ( 0,290-0,220 В2О3
0,325—0,355 MgO J
Материальный состав таких глазурей, %: кварцевый песок 44,
полевой шпат самаркандский 31, бура кристаллическая 17, доло-
мит 20—28.
Чем больше рассеяние света, происходящее благодаря отраже-
нию от мельчайших частиц инородной фазы (в коллоидном, меж-
кристаллическом или газообразном состоянии),тем больше заглу-
шена глазурь.
Туманов и Налбандян для глушения применили циркон
(ZrO2-SiO2). Авторы показали, что продолжительная выдержка
такой глазури при 1000° способствует блеску и разливу, но белизна
при этом уменьшается, по-видимому, из-за частичного растворения
циркона. Носова и Яковлева для глушения глазурей санитарных
изделий использовали обогащенный циркон (62% ZrO2 и 36%
SiO2). Было установлено, что глушение происходит благодаря на-
личию весьма мелких реликтов циркона скелетной формы, образо-
вавшихся при растворении зерен циркона, а также благодаря
вторичной кристаллизации циркона, что обнаруживается по его
идиоморфным (правильной формы) кристаллам. Увеличение со-
держания циркона в общем понижает склонность глазури к цеку.
Растворимость ZrO2 (из циркона) в стекле может быть до-
вольно высокой — до 20%, благодаря чему повышается светопре-
ломление и полученное стекло по своему л =1,54 соответствует
хрусталю.
Глушащее действие циркона с п=1,85 заключается в том, что
он при плавлении растворяется, а затем при охлаждении кристал-
лизуется новая фаза —ZrO2 с п=2,4. В этом отношении ZrO2 дей-
ствует сильнее, чем SnO2 с л = 2,04, но уступает Sb2O3 с /1=2,6. Так
как п глазурей обычно равен 1,5—1,6, то разница в показателях
преломления компонентов усиливает глушение.
При введении в шихту 10—11% оконного стекла и 34—40%
силиката глыбы можно получить белые легкоплавкие (разлив при
1000°) цирконсодержащие (30—35% циркона) глазури [473].
Наилучшее глушение получается при введении 8—10% циркона
во фритту и 5—10% уже при помоле (по данным Налбандян).
К. т. р. таких глазурей (6—5) • 10~в, белизна — до 82% по баритовой
пластинке.
4S4
Показано [465], что в присутствии окислов двувалентных метал-
лов степень заглушенности циркониевых фритт усиливается в ряду
BeO>ZnO>MgO>CdO>CaO>SrO>BaO. Особенно усиливает
заглушенность ВеО. Авторы объясняют этот эффект с позиций тео-
рии Вейля, связывающего кислотность стекла с поляризацией иона
кислорода и экранирующим действием ионов. Теория эта подверг-
нута критике Масленниковой и в энергетическом отношении ос-
тается необоснованной.
Усилить глушение и улучшить блеск глазури может Т1О2, по-
казатель преломления которого равен 2,5—2,9. Лучше всего вво-
дить окисел в шихту в виде титановых белил или рутила (до 3%).
Вместе с тем Т102, будучи введен в количестве 15—20%, может
действовать как самостоятельный глушитель, в особенности с крем-
нефторидом натрия или с криолитом, давая белые блестящие, по-
луматовые и матовые покрытия с разливом при температурах от
820 до 950—1000°. Окись цинка значительно усиливает глушение
кремнефторидом. Примером хорошего использования TiO2 для
глушения могут служить эмали, разработанные Варгиным и Сенде-
ровичем [463].
Для получения заглушенной глазури может быть привлечено
явление ликвации — расслоения стекла,— образование в нем двух-
фазности. Наблюдаются два основных типа двухфазного ликви-
рующего стекла — тип так называемого двухкаркасного стекла
с взаимопроникающими каналовыми неоднородностями и тип
нуклеационный с замкнутыми сферическими включениями (кап-
лями) одной жидкой фазы (ликвант) в другой (матрице). Первый
тип может перейти во второй (по-видимому, необратимо) в опре-
деленном температурном интервале при выдержке, например, в си-
стеме Na2O—SiO2 (Мазурин и др.) или при изменении концент-
рации RO и R2O3, например в боросиликатном стекле (Бель-
ская и др.).
Процесс ликвации может произойти в прозрачном стекле при
высокотемпературном (1450—-1200°) расслаивании в течение не-
скольких секунд (например, в стекле системы Na2O—СаО—
—А120з — SiO2), вызвав образование замкнутых капель диаметром
0,05—0,4 мкм, с концентрацией от 1,3-10’8 до 1,4-Ю1® капель
в 1 см3 (Бондарев и др.). Процесс ликвации может протекать
также и длительно — часами, например в стеклах системы СаО —
—А12О8—SiO2 в интервале 750—800° (Павлушкин и др.).
Изменение концентрации окислов, участвующих в ликвации,
может вызвать кристаллизацию из капель' ликвации, например
цинковой шпинели в малощелочных бороалюмосиликатных стек-
лах, так же как введение катионов малого радиуса (Mg2*, Zn2+,
Li+) влечет диспергирование капель ликвации, а введение катио-
нов крупного радиуса (Sr2*) содействует увеличению и слиянию
капель ликвации (Штейнберг, Тюрн др ).
Поэтому можно'допустить наличие предзародышевых групп и
в каплях ликвации, способных выделить энергию кристаллизации
и образовать, например, цинковую шпинель при благоприятных
для кристаллизации условиях или же способных выделить часть |
энергии и изменить характер ликвациоиной структуры.
По-видимому, существенную роль в ликвации играют струк- I
турно-координационные состояния ионов, способных менять "свое
К. Ч. в зависимости от создавшихся концентрационных и энергети-
ческих условий в ликвирующей системе; так, ион цинка может
содействовать образованию ликвации как двухкаркасного (при
медленном охлаждении стекла), так и капельного типа (при за-
калке стекла). Ион титана с искаженной координацией, близкой 6,
содействует ликвации, а с координацией 4 содействует гомогениза-
ции стекла (Варшал, Илюхин, Белов).
Глушащий ион циркония концентрируется в одной из ликви-
рующих фаз глазурного расплава (Душаускас—Дуж), имея К- Ч.,
равное 6.
Видимо, определяющим фактором в процессе расслоения
стекла является взаимодиффузия компонент, зависящая от вязкости
стекла (Мазурин). Однако сама вязкость зависит от структурных
особенностей расплава и его энергетического состояния, что под-
тверждается, например, более пологим характером кривой темпе-
ратурной зависимости вязкости по мере развития ликвации (Куту-
кова, Сырицкая и др.). Появление в глазури капельной ликвации
сказывается на усилении ее химической стойкости, увеличении
магнитной восприимчивости, прочности.
Каплевидная ликвация в глазурях может вызвать хорошее глу-
шение (белизну) и в некоторой степени препятствует образованию
наколов (Стукалина, Штейнберг и Тюрн {584]).
Глазурование. Глазурь придает влагонепроницаемость изделию,
что особенно необходимо фаянсовому черепу, предохраняет череп
от загрязнений, улучшает внешний вид изделия, повышает проч-
ность изделия, сохраняет подглазурную отделку красками и уси-
ливает их яркость.
Плотности глазурных суспензий таковы: 1) для нормально
обожженного (900—1000°) фарфора при водопоглощении черепа
16—19% плотность 1,35—1,42 г/см3, для глазурования по сырому
черепу — 1,38—1,45 г/см3; 2) для твердого фаянса (1230—1280°)
при водопоглощении 9—12% плотность 1,32—1,40 г/см3, для изде-
лий с водопоглощением менее 8,5% плотность 1,42—1,48 г/см3;
3) для майолики (960—1100°) с водопоглощением 15—18% плот-
ность глазурной суспензии 1,25—1,35 г/см3.
Суспензия глазури хранится в закрытых емкостях из нержавею-
щего материала, снабженных приспособлениями с сеткой для вы-
лавливания случайных загрязнений и устройством (обычно пропел- ’
лерный смеситель) для перемешивания. Смеситель включают два
раза в 1 ч по 15 мин. Для ручного глазурования применяют чаны
с подогревом до 30—35°, с уровнем глазури около 40 мм от края.
Постепенное загустевание глазури требует периодической кор-
ректировки.
Техника глазурования фарфоровых изделий состоит в следую-
щих операциях: 1) очистка (обдувка) сжатым воздухом (2—2,5 ат)
456
изделия после утельного обжига; 2) глазурование с помощью ма-
шины; 3) зачистка ножек и краев глазурованных изделий; 4) спа-
’ ривание (склейка) изделий, обжигаемых в склеенном попарно виде
(чашки, блюдца). Первые три операции осуществляются на полу-
автоматах, которые покрывают изделие глазурью окунанием, по-
ливом или пульверизацией. Среди этих методов лучший — окуна-
ние; осуществляется при ручном способе и, например, в кон-
струкции полуавтомата Жаданова и Рубашевского. «Погонялки»,
. вращающиеся на валу, проталкивают по сетке тарелки, погружае-
мые в глазурь по дуге круга своего вращения, и выдают изделия на
конвейер. Производительность полуавтомата— 1300 шт./ч тарелок
или 1600—2500 шт./ч. блюдец. Обслуживают машину 4 человека
при глазуровании тарелок и 3 человека — блюдец.
По методу окунания работает и довольно сложная машина
фирмы «Дорст» для глазурования тарелок.
Многие европейские машиностроительные фирмы — «Тюрингия»
(ГДР), «Цейдлер» (ФРГ), «Нетцш» (ФРГ), «Прагоинвест»
(ЧССР) — конструируют машины для глазурования поливом
сверху и снизу. Глазуровочная линия фирмы «Тюрингия» (модель
K/F1 — GQ3) обладает хорошей гибкостью, на ней можно автомати-
чески осуществлять все операции глазурования любого вида изде-
лий — как плоских, так и объемных.
Эта линия состоит из следующих участков: 1) камера обеспы-
ливания сжатым воздухом; 2) первый, линейный ленточный пита-
тель; 3) второй, круговой питатель, состоящий из турнеток, дви-
жущихся по кругу в камере для полива глазурью сверху и снизу;
4) съемник для перестановки оглазурованных изделий на транс-
портер, подающий изделия; 5) участок для очистки глазури на
двух смежных лентах из губчатой увлажненной резины.
Фирма предлагает 7 вариантов организации линии в общем по-
токе производства. Длина линии 7000 мм, ширина 2400 мм. Про-
изводительность — от 1000 шт./ч тарелок диаметром 26 см до
1700 шт./ч тарелок диаметром 19 см или 1700—2000 шт./ч чашек.
Общий расход мощности — 2,57 кВт. Обслуживают линию двое
работников.
Участок глазурования в линии быстрого обжига чашек может
быть построен соответственно тому, как это сделано фирмой
«Нетцш». Чашки после первого обжига, осуществляемого в ско-
ростной печи фирмы «Керабедарф», поступают в многополочный
накопитель с запасом на 24 ч (рис. 137). Чашка за чашкой с про-
межутком в 30—40 см движутся на транспортере 2, проходя авто-
мат 1 для нанесения клейма на донце. Далее чашки смещаются на
тросиковый транспортер 3, попадают в глазуровочную камеру 4,
где поливаются глазурью сверху и обливаются из сопла снизу. На-
текающие капли глазури сдуваются струей воздуха. Затем чашки
переходят на ленту конвейера и проходят в руках работницы по
ленте влажного виброоправщика б; при этом чашки переворачи-
ваются и становятся далее на конвейер донцем вниз. После
этого две работницы спаривают чашки краями и ставят на полки
457
сушила 7 и накопителя перед последующим скоростным обжигом.
Линия может выдавать до 2000 чашек в 1 ч.
Способ напыления состоит в направленной пульверизации гла-
зурной суспензии относительно поворачиваемого изделия. Внутрен-
ние полости в изделиях при этом методе труднодоступны. Движе-
ние изделий осуществлено в двух вариантах конструкций: по пря-
мой (прямоугольные) и по кругу (карусельные). Прямоугольные
машины имеют конвейер для установки изделии и камеры: глазу-
ровочную, а также для предварительного подогрева изделий и для
их подсушки после глазурования. Подогрев и подсушка необхо-
димы при глазуровании изделий со спекшимся черепом. В кару-
сельных машинах размещены по Кругу шпиндели, на которые уста-
навливаются изделия. В камере глазурования шпиндели приво-
дятся во вращение (левое и правое при глазуровании чашек),
вследствие чего пульверизоваииая глазурь покрывает ровным
слоем поверхность изделия.
Распыляют глазурь подвижные или стационарные форсунки под
давлением 2 ат, расход воздуха—0,4 м3/мин. Количество дейст-
вующих форсунок определяется размерами изделий (от 2 до 12 на
изделие). Очищают воздух, отсосанный из камеры глазурования,
фильтрами разных систем. Метод пульверизации глазури удобен
для нанесения разноцветных глазурей.
После снятия заглазурованного изделия шпиндели проходят
душирующую камеру, где смывается приставшая к ним глазурь.
Последующие операции состоят в ручной подправке плохо загла-
зурованных мест, зачистке натеков, удалении глазури с опорных
поверхностей фарфоровых изделий с помощью резиновых лент,
смоченных водой (замывочная машина). Последняя операция мо-
жет производиться автоматом, в котором осуществлено боковое
вибрационное смещение подвижной ленты. Имеются и другие
приемы автоматического замывания ножек. Производительность
таких машин достигает 2100 шт./ч.
Существенное значение для качества глазурного покрытия имеет
качество воды. Оседание суспензии в глазуровочном чане влечет
Многие нарушения: неравномерность толщины слоя, изменение от-
тенка, иногда даже появление цека и т. д. Например, две пробы
воды с почти одинаковым значением pH, но с разной концентра-
цией солей вызывали разную скорость оседания суспензии, что
требовало корректировки путем ввода 0,25% ВаС12 в воду с малым
солесодержанием [434].
Хорошему суспензированию глазури помогает добавка 0,5—
2,0% бентонита или магнезиальной соли (0,2—0,5%). В особен-
изменению оттенка после обжига на изделиях; глазурь должна
быть достаточно жидкой для обеспечения быстрого ее стекания,
и поэтому двувалентные катионы могут оказаться вредными.
Для улучшения прилипания фаянсовой глазури к черепу в нее
задерживают сушку нанесенного слоя глазури. Слишком тонко из-
мельченная глазурь плохо сохнет. Кроме того, при чрезмерно тон-
ком измельчении глазури многие дефекты ее проявляются сильнее
и в большем количестве. Вода, бедная минеральными солями, ухуд-
шает сцепление глазури с фаянсовым черепом.
При однократном обжиге изделий из фаянса и полуфарфора
часты дефекты — сборки, плешины, наколы. В особенности влияют
повышение емкости и увеличение поверхностного натяжения, вы-
званное введением циркона, как показано в [324].
Опытами Баландиной и др. [436] установлена возможность луч-
шего смачивания глазурями путем ввода окислов празеодима, нео-
дима, ниобия и двуокиси церия, если избежать в случае примене-
ния СеО2 его восстановления в СеА, сопровождаемого выделе-
нием кислорода.
Техника глазурования фаянсовых изделий на потоке, по опыту
фаянсового завода им. Калинина в Конакове, такова. Заборщик
устанавливает перед пуском системы рабочую часть механизма на
роликах — металлические кассеты — на нужный ассортимент. Раз-
меры кассеты в мм применительно к разным изделиям приведены
Размеры та та Блюдца Блюдца
Длина 520 520 525 525
Ширина 255 248 350 185
Шаг зуба 18 18 25 18
Количество зубьев высотой 10 мм 26 26
Размеры гребенок в кассете одинаковы с размерами фаянсовых
гребенок, куда ставятся изделия на ребро перед политым обжигом.
Далее заборщик подводит в кассету кондуктор с изделиями,
переводит изделия в кассету и при помощи кнопочного пульта
управления направляет кассету с изделиями в ванну для глазуро-
вания. Длительность пребывания нормально обожженных изделий
в ванне: тарелок 240—220 мм —2—2,2 с, тарелок 200—175 мм —
1,8—2,0 с. Далее кассета с изделиями переводится на каплесъем-
ник, где край изделия слегка вдавливается (на 1—2 с) в губку.
Затем гребенка с изделиями поднимается, и весь пакет изделий
перемещается и вводится в ячейку (между стойками и полками)
печной вагонетки, где плавно опускается под углом 95—100° на
фаянсовые полозки. Кассета выводится из ячейки, а гребенки за-
крепляются рульковой массой или специальным замком.
Зубчатая гребенка (фаянсовая) для заборки изделий под уг-
лом 95—100° в бескапсельную печную вагонетку имеет длину
520 мм, высоту основания — 15 мм, ширину — 19 мм, высоту зуба —
14 мм, количество зубьев 26 — для тарелок и блюдец, 18 — для
блюд и пр.
Этажерочная вагонетка построена из карборундовых стоек и
многошамотных плит, соединенных шипами и выемками в виде
«ласточкина хвоста». Размеры плиты 548X318X25 мм; возможны
другие размеры по ширине.
На вагонетку для бескапсельного обжига размерами 1645X1096
(ширина) X1196 мм загружается 1040 тарелок, 1300 блюдец «та-
зик», 510 сервизных изделий.
ПЕЧИ ДЛЯ ОБЖИГА КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИИ
Группа 11
Схема классификации печей может быть представлена следую-
щим образом.
Группа 1
Печи непрерывного действия
460
Общие вопросы керамической теплотехники рассмотрены Бу-
лавиным [477].
Туннельная печь прямого нагрева с передвижением изделий на
вагонетках. Печь прямого нагрева огнем с передвижением изделий
па вагонетках при многорядном размещении изделий по высоте
‘•В капселях или на этажерках развилась из прежней туннельной
печи, получившей признание в первых двух десятилетиях нашего
века (печи Фужерона для обжига фаянса, печь Емельянова для
обжига фарфора) *.
। Длина’ печного канала определяет производительность печи и
принята в фарфорообжигательных печах в 20—70 раз больше ши-
• рины канала. Представление о современной туннельной печи для
политого обжига фарфора можно получить на примере типовой
печи конструкции ГИКИ. На рис. 138 показаны общая схема печи
и режим обжига. На рис. 139—142 изображены основные попереч-
ные разрезы печи.
Площадь сечения печного канала для обжига хозяйственной ке-
рамики, по опыту европейских специалистов, не должна превышать
I м2. Главный же недостаток действующих туннельных печей со-
стоит в больших размерах печного канала, вызывающих значи-
тельные перепады температур по высоте садки и ненужное удли-
нение цикла обжига. Так, при размерах (в м) печного канала (ши-
ринаХвысоту) 1,5X1,588; 1,85X1,815; 1,85X1,775 длины канала
равны соответственно 75; 93; 107 м, а длительность политого об-
жига до 1400° (в ч) соответственно 32; 36; 36. Управление процес-
сом обжига при площади сечения печного канала более 1 м2 не
поддается автоматизации из-за несоответствия показаний темпера-
туры и газовой среды импульсам средств автоматического управ-
ления.
Соотношение массы обжигаемых на вагонетках фарфоровых
изделий и массы огнеприпаса составляет 1 :8 при капсельной
садке и 1 : 10 при этажерочной садке. Соответственно низок
к. п. д. туннельных печей, не превышающий 6%.
Зоны. В отечественных туннельных печах соотношение Длин
зоны подогрева : зоны обжига ; зоны охлаждения составляет от
0,67:1:1,45 до 0,87:1:1,67. В зарубежных печах соотношение зон
подогрева и обжига от 0,7:1 до 1:1. По-видимому, учитывая воз-
можность ускорения обжига в туннельных печах, нет необходи-
мости задерживать пребывание тонкостенных изделий в зоне по-
догрева, если воспользоваться средствами для выравнивания тем-
пературного поля по высоте. Однако при обжиге в таких печах
толстостенных изделий, например крупных высоковольтных изоля-
торов, должно быть осуществлено не только замедление их нагре-
вания в зоне подогрева, но и интенсивное выравнивание темпера-
турного поля по высоте. Поэтому туннельная печь Кортнева имеет
соотношение зон подогрева и обжига 1,8:1 при семи парах венти-
ляторов в зоне подогрева, перебрасывающих продукты горения
с низа садки изоляторов через свод печи почти по всей длине этой
зоны при температуре от 300 до 800°.
Соотношение длин зон нагрева и обжига в действующих тун-
нельных печах для обжига хозяйствейного фаянса еще более из-
менено в сторону развития зоны нагрева, а именно: от 3:1 до
3,5:1. Это связано, во-первых, с большим коэффициентом заполне-
ния объема садки (у фаянса 0,7—0,9 при первом обжиге, у фар-
фора только 0,5—0,6) и с укороченной зоной обжига (у фаянса
9—12 м, а у фарфора 16,6—39 м) и, во-вторых, с малой эффектив-
ностью конструктивных средств для выравнивания температур-
ного поля по высоте.
Длина зоны обжига определяется: 1) интенсивностью теплооб-
мена, которая может быть выражена количеством тепла, выдавае-
мого за 1 ч каждой топкой (горелкой) ; 2) практической возмож-
ностью прогрева «низов» садки для выравнивания температур об-
жига по ее высоте. В зоне обжига хозяйственного фарфора на
каждую позицию ставят с каждой стороны канала печи по одной
топке, размещаемой на уровне глухого пода вагонеток и, кроме
того, в зоне максимальных температур — с каждой стороны печи
«3
по межсадочной топке, приходящейся против разрыва между:
двумя соседними садками.
Между окислительной и восстановительной зонами топки можети
и не быть, как в печах для высоковольтного фарфора.
Длины зон обжига и
охлаждения указаны в табл. :
100. Зона подогрева высту-Я
пает как зона предобжи-.
га — горелки размещают,
начиная с 6-й и 7-й позиций.
Удлинение зоны обжига-
политого фарфора, которое!
можно назвать вынужден-
ным, вызывается главным
образом необходимостью/;
достаточно длительного воз-
действия нагрева на обжи-
гаемый материал в усло-‘
виях неравномерного рас-
пределения температур по
высоте садки, а также дей-
ствия газовой среды.
Туннельная многорядная,
(по высоте) печь в практи-
ческих условиях работы за-
вода.продолжает оставаться хотя и производительным, но несовер-
шенным устройством как в части перепада температур, достигаю-
щего 350—400° в начале зоны подогрева, так и в части невозможно-
сти автоматизации управления режимом, загрузки и выгрузки из-
делий. По этим причинам система передвижения обжигаемых изде-
лий в туннельной печи получила в последнее десятилетие много
вариантов решения, которые отражены в классификации (стр. 460).
В связи с этим возникло новое и быстро прогрессирующее направ-
ление в технологии обжига керамики — скоростной обжиг при одно-
рядном открытом размещении, изделий на поду из термостойкого и
термоизоляционного ультралегковесного изделия, о чем будет ска-
зано далее.
ВКА издали»; Длина зоны обжига Длина зоны охлаждения
“aS" Ал’ийЪн
Хозяйственный фарфор: II обжиг Хозяйственный фаянс: II обжиг 28 16,5-39 8,5-12 12 36 14—22 233151 36-47 44—46 48 45—55
Последняя зона туннельной печи — зона охлаждения. Длина
ее в печах для обжига фарфоровых хозяйственных изделий |
близка половине длины всей печи, фаянсовых — до 60%.
Средствами регулирования температурного поля по сечению.и ;
высоте канала выступают: 1) система горелок, способы их разме-'
щения и регулирования горения; 2) система подачи воздуха для
охлаждения и горения; 3) система размещения дымовых окон и
регулирование отвода I
дымовых газов; 4) си-
стема канализации пода,'
вагонеток и подподового
канала; 5) система садки
изделий; 6) система газо- ,
Газовые завесы вы-
полняют также функцию
разделения зон с окисли-
тельной и восстанови-
тельной средами. На гра- -
иице окислительной и
восстановительной зон’
газораздел должен быть
четко виден при наблюде-
нии через «гляделки»|
входного вестибюля. При
сжигании избытка вос-
становителя в струях
воздуха, вдуваемого че-
рез щели завесы, под сво-
дом печи видны неболь-
шие языки (факелы) пла-
мени. На участке восста-
новления газовая среда
в печи должна иметь вид
полупрозрачного сплош-
ного марева без каких бы
то ни было вихревых
потоков, свидетельствующих о неправильной работе топок или
о нарушении аэродинамического режима.
Горелки. В туннельных и конвейерных печах горелки рабо-
тают с постоянными режимами; для каждой горелки назначается
по месту ее установки определенное значение расхода газа и воз-
духа. Поэтому выбирают соответствующие типоразмеры горелок,
возможно даже разных конструкций, но удовлетворяющие требо-
ваниям подачи газа и воздуха. Так, в туннельной печи длиной 121 м
(для обжига высоковольтных изоляторов) требуется подача го-
релок от 10 до 30 м3/ч. Подобрать подобные горелки для работы
каждой в своем постоянном режиме не так трудно, если бы не
было усложняющего обстоятельства — необходимости работы ие-
466
«.же»
1 >0 300 5
1,*0 600 7
1,5 300 3,5
1,5 600 4,6
Которых горелок с высоким значением коэффициента избытка вОз-
'духа а, равным 1,8.
Горелки печей периодического действия работают в переменном
режиме, с переменным расходом газа и воздуха вследствие возра-
стающей температуры в печи до конца выдержки. Поэтому подбор
горелок для широкого диапазона подачи газа и воздуха затруднен,
и иногда ставят рядом две горелки: одну — для начального пе-
риода обжига, другую, более мощную, — для завершения обжига.
Например, для печи с выкатным подом для обжига больших изо-
ляторов требуется расход газа на протяжении обжига от 5 ДО
.45 м3/ч.
f В керамической промышленности широко используются факель-
ные горелки (газовые и для жидкого топлива), в которых газ ча-
стично смешивается с возду-
хом (первичный воздух), а по Таблица 101
выходе из горелки дожигается
(вторичный воздух). Интенсив-
ность перемешивания газа и
воздуха определяет интенсив-
ность горения.
г Другой тип горелок — фор-
сунки для жидкого топлива
(мазута, сланцевого масла,
крекинг-мазута и др.), посред-
ством которых достигается тем
большая интенсивность горения, чем тоньше распыляется жидкое
топливо. Генераторный газ в отечественной фарфоро-фаянсовой
промышленности уже почти не используется, но применяется
в практике зарубежных заводов.
Горелки для жидкого топлива снабжены каждая своим автома-
тическим дозатором, что обеспечивает надежное регулирование и
поддержание требуемой температуры на каждом участке печи.
Применимы в туннельных печах мазутные горелки низкого давле-
ния конструкции Стальпроекта с размером канала, подающего воз-
дух, 21//', с мазутным «стержнем» (трубкой) диаметром 11 мм и
С соплом диаметром 21 мм. Расход мазута по паспорту горелки
указан в табл. 101.
Расход воздуха при р—200 мм вод. ст.—50м3/ч;при р=400 мм
вод. ст.— 70 м3/ч. Рекомендуется использование малосернистого
безпарафииового мазута марки 40, в особенности в случае обжига
изделий с кобальтовой декорировкой.
Широко используется в туннельных печах для сжигания нефти
форсунка ФДБ-3. Ее характеристики таковы: давление мазута пе-
ред форсункой 1—1,5 ат; диаметр трубки 0,5", перед регулировоч-
ным краном на мазутопровОде установлен фильтр.
Данные о давлении воздуха и расходе мазута и воздуха приве-
дены в табл. 102. Диаметр воздушной трубы 4".
Значительные преимущества перед всеми видами топлива имеет
природный газ. Состав природного газа, например Березовского
467
Воздуха, муч
— 3,05. Влажность может быть принята Г,%, Q=8410 ккал/м3.
Для полного сжигания природного газа ввиду его высокой ка-
лорийности необходима независимая регулируемая подача воздуха.
горелки ГНП, применяемые в металлургии. Для обжига керамики
они не вполне пригодны. Турбулентность движения газов придает;
горению в этих горелках относительную короткофакельность, и не
создаются условия хорошего прогрева глубинных участков садки.
Характеристики горелок ГНП, широко применяемых в туннельных
печах, приведены в табл. 103.
На рис. 66 показано устройство горелки с двумя наконечни-
ками: а —для более короткого факела пламени, б —для более
длинного. На рис. 143 приведены характеристики расхода газа при
наконечниках А и Б и расхода воздуха В для горелок ГНП пяти
номеров.
Практически средний расход газа (8500 ккал/м3) на одну го-
релку № 3 или № 4 в час составляет 5,2—6,5 м3, поднимаясь ино-
гда до 11,5 м3 для печи с высоким теплонапряжеиием (поряда 3,5
млн. ккал/ч), как, например, для туннельной печи типоразмером
1,85X93 м. Для печей меньшего типоразмера 1,5X75; 1,5X93,5 м
и им подобных теплонапряжение составляет 1,65—1,71 млн. ккал/ч.
Количество камерных топок для размещения горелок для таких пе-
чей 28 и 38 шт. со средним теплонапряжеиием 55—45 тыс. ккал/ч.
Размеры топок обычно 1,28X0,35X0,238 м (длина, ширина, вы-
сота), что дает Среднее удельное теплонапряжение топки 420—
pjo тыс. ккал/мМ. Допустимое удельное теплонапряжение топки
при а= 1,15 составляет 30Q—500 тыс. ккал/м?«ч.
Опыт эксплуатации показал, что этим горелкам приходится ча-
сто работать в туннельных печах с относительно небольшой на-
грузкой, они дают факелы малой мощности, вследствие чего газ
(успевает в значительной мере сгореть в самой топке или догорает
Вблизи вылета из топки, создавая местные перегревы и преждевре^
доенный износ топочных камней. Поэтому для защиты изделий от
[местного пережога изде-
лия на этажерках экра- 52
Н1ируют против вылетов £
из топок; этот способ ус- *
-тает полезный объем §
печи. Имеется рекомен- «з-
дация ставить горелоч-
иый камень заподлицо §'
с внутренней поверхно-
стыо стены печного кана- *
ла, что требует надстав-
ки головки горелки ГНП 2о
“жаропрочной сталью.
• Общий недостаток Ъ20
*этих горелок состоит ч /6
в том, что они не могут
^работать при больших
коэффициентах избытка
40 60 80 100 120 140 160 180 200
{происходит отрыв пла-
мени. Необходимо учесть
то, что при сжигании
природного газа с пре-
дельно возможным для
(•этих горелок значением
а, равным 1,7, объем
продуктов- горения отно-
сительно невелик, а температура весьма значительна и может пре-
вышать степени нагрева, требуемые режимом обжига керамиче-
ских изделий. Поэтому приходится решать задачу разбавления
высокотемпературных продуктов горения дымовыми газами, что
в конструктивном и эксплуатационном отношениях требует спе-
циальных решений в тех или иных частных случаях. Например;
газовая горелка с регулируемой температурой продуктов горения,
разработанная в Институте газа АН УССР (475], представляет со-
бой горелочный блок в. виде полого огнеупорного, цилиндра, в ко-
тором сжигается природный газ с коэффициентом избытка воз-
духа около 1,2. На выходе из этого блока продукты горения,
нагретые до 1200—1300°, смешиваются с вт'оричным воздухом или
с дымовыми газами, поступающими из кольцевой щели объемлю-
щего блок металлического кожуха. Такая смесь продуктов горе-
ния подается в печь на уровне пода печных вагонеток. Для полу-'
чения струи продуктов сгорания газа высокой температуры,
(1700—1750°) тем же институтом разработана малая щелевая го-
релка с пористой камерой сгорания.
Возможен ввод распыленной воды в факел для снижения пиро-1
метрического эффекта, но может возникнуть опасность конденсад
ции в зимнее время паров воды на крупных изделиях, поступай!
щих в обжиг, в начале зоны подогрева.
При малых объемах высокотемпературных газов усиливается!
перепад температур по высоте печного канала; это затрудняет вы-1
равнивание температурного поля и влечет увеличение длительной
сти обжига и появление некачественной продукции.
Горелка для природного газа с широким диапазоном регулйа
рования (ВНИИэлектрокерамика) по коэффициенту избытка воз-
духа и по подаче удовлетворяет требованиям и устойчиво работает
в зоне подогрева туннельной печи для обжига высоковольтных изо-
ляторов и в печи с выкатным подом. Основные элементы горелки:
регистр-завихритель, газоподводящая труба, воздухопровод, в ко-;
тором размещен газопровод. Завихритель имеет вид кольца, к ко-
торому приварены 16направляющихлопаток,поставленныхподуг-
лом 45° к оси горелки; между проекциями этих лопаток на плос-
кость, перпендикулярную оси горелки, нет просветов. Труба газо-.
провода на выходе заканчивается муфтой с перемычкой, в которую
крепится болтовыми соединениями «грибок». Этот грибок образует
с муфтой щель, через которую выдается газ вдоль кромок назван-,
ных шестнадцати лопаток. Размер щели 1,5±0,1 мм можно регу-
лировать.
Подача такой горелки от 6 до 36 м3 природного газа в 1 ч при
давлении перед горелкой от 10 до 320 мм вод. ст. Диапазон изме-
нения коэффициента избытка первичного воздуха а от 0,7 до 3 и
более. В связи с этим пределы температуры продуктов сгорания’
у выхода из топки при сжигании природного газа и при использо-
вании холодного воздуха весьма широки — от 550 до 1600°. Соот-
ветственно удельные объемы продуктов сгорания — от 8 До 40 м3
на 1 м3газа. Масса горелки 18 кг, габариты 500 X 220X185 мм,кор-
пус стальной; детали, обращенные в топку, изготовлены из жаро-
стойкой стали. Горелка удобна для установки и пригодна для
обжига всех видов керамики.
Некоторые достоинства имеют излучающие горелки. Они пост-
роены на принципе беспламенного сжигания газа на поверхности
панелей из тонкопористых, достаточно огнестойких материалов, на-
пример пенокордиерита. При небольшой объемной массе такого ма-
териала, например 0,48 г/м3, тепловая нагрузка (ккал/см2-ч) рас-
тет почти линейно. В то же время при температуре поверхности па-
нели порядка 1140° температура на глубине 4 мм от поверхности
панели составляет 500°. Исследовательские работы в этом направ-
лении позволили создать излучающие панели размером 300X600
мм, работающие при температуре нагрева поверхности до 1600°.
470
Приточно-вытяжная вентиляция печи. Система этой вентиляции
В туннельных фарфорообжигательных печах состоит из трех само-
стоятельных групп вентиляторов, нагнетающих воздух, и дымосо-
сов, отсасывающих дымовые газы. Первая группа обеспечивает по-
дачу воздуха в горелки, в завесы зоны подогрева и на участок га-
Вораздела, а также отсос дымовых газов. Вторая группа обеспечи-
вает подачу воздуха в конец печного канала для охлаждения садки,
и душирующие устройства для быстрейшего охлаждения изделий,
отбор- подогретого воздуха из подсводового пространства на уча-
стке выхлопной трубы, отсос горячего воздуха из зоны охлажде-
ния. Третья группа обеспечивает подачу воздуха в подпечный ко-
ридор для охлаждения осей вагонеток и отбор нагретого воздуха
t из подпечного канала. Воздух в печь должен поступать из помеще-
ния, но не извне.
I Наличие трех самостоятельных групп вентиляторов затрудняет
регулирование аэродинамического режима. Требуется постоянный
контроль работы этих групп тягонапоромерами. Например, усили-
вая работу вентилятора охлаждения, необходимо на столько же
.усилить работу отсасывающего устройства, чтобы режим давлений
и разрежений по длине канала печи не изменился. Надо также сле-
дить, чтобы каждый вентилятор или дымосос выполняли строго
свои функции.
В туннельных печах отечественных конструкций охлаждение
производится непосредственным омыванием воздухом (регенера-
тивное охлаждение) и нередко вентилируемым полым сводом. В за-
рубежных печах охлаждение осуществляется по системе каналов
в стенах (рекуператоры, муфели) и протекающей водой в трубах.
Система рекуперативного охлаждения имеет то преимущество,
* Что разлив глазури на изделиях более гладкий. Рекуперация при-
меняется в зарубежных печах и при охлаждении абразивных изде-
лий и строительной керамики. Польза от рекуперативного охлажде-
ния может заключаться в отсутствии сквозных воздушных потоков
в зоне охлаждения, влекущих возможность появления неравнознач-
ного напряженного состояния в изделиях.
В типовой туннельной печи ГИКИ воздух нагнетается вентиля-
торами в конце печного канала сверху и с боков (воздушные за-
весы) и в подпечный коридор в количестве, например, 30000 м3/ч.
Наибольшее давление его в месте вдувания в конце зоны охлаж-
дения 1,8—2 мм вод. ст.; давление по длине канала печи почти по-
степенно снижается и достигает 0,5—0,6 мм вод. ст. на участках
отбора дымовых газов (например, на 5-й позиции).
Муфельное охлаждение позволяет создать в начале зоны ох-
лаждения от 1360 до 1100° состояние «томления» («томильный жар»
был описан впервые применительно к мартеновским печам Грум-
Гржимайло) в условиях нейтральной газовой среды.
В действующих печах рекомендуют (Клейнер) ставить первую
воздушную охлаждающую завесу на расстоянии не менее пяти по-
зиций от последней пары горелок, а второй (по ходу печи) аэро-
динамический (дроссельный) щит в подпечном канале устанавли-
471
вать под первой парой охлаждающих воздушных завес. Регули- 1
ровка угла наклона и раскрытие щита должны обеспечивать поло- i
жительное давление впереди щита под участком интенсивного ох- ‘
лаждения. Количество воздуха, подаваемого в первую пару охлаж- I
дающих завес, должно быть отрегулировано так, чтобы его вполне J
хватило для дожигания восстановительных газов, отходящих из .
зоны обжига.
Отвод дымовых газов. Предусматривают систему распределен-1
нбго отбора дымовых газов ниже уровня пода или на уровне пода!
на 1—4-й и 3—8-й начальных позициях печи и возвращения частия
дымовых газов на другие позиции, например на стыки 2—3-й, 4—1
5-й, 6—7-й для прижимания книзу дымовых газов и для выравни-Я
ванйя температурного поля. Дымовые газы отводятся дымососомя
создающим разрежение 5—8 мм вод. ст. для печей длиною 93—
121 м. На восстановительном участке, в интервале-1040—1250°, не-.|
обходимо избыточное давление (порядка 0,5—0,8 мм вод. ст. приз
обжиге хозяйственного фарфора), чтобы воспрепятствовать поступ-|
лению воздуха из цеха и из подпечного канала, который нарушил-;
бы реакции восстановления.
Газовые завесы. Действие завесы распространяется на неболь|
шом участке печи, считая по ходу огня. В месте перехода газовой!
среды из восстановительной в окислительную необходима воз-'i
душная завеса с ограниченной подачей воздуха, чтобы не охладить,
верх садки и вместе с тем сжечь СО прежде, чем этот газ попадет
на участок окисления.
Воздушная завеса необходима также и в начале зоны охлажде-j
ния. Она позволяет дожечь продукты неполного сгорания, частички
поступающие из зоны обжига, и отрегулировать температуру бысн
рого охлаждения. Однако воздух из этих завес должен отбираться;
немедленно снизу, чтобы избежать его попадания в зону обжига и
на участок восстановления, где излишний кислород нарушит «ней-
тральную» и восстановительную газовые среды. Для правильного;
размещения завесы целесообразно при постройке печи предусмот-
реть несколько щелей в своде, из которых подбирается один для!
обеспечения лучших условий работы.
Завесы создают дополнительное сопротивление движению газов;
в печном канале. Количество их в печи не должно быть чрезмер-р
ным, чтобы не нарушался гидравлический режим и газы не выби-
вались из печи. С целями местного снижения или задержки темпе»;
ратуры, например при обжиге массивных изделий, переходящих!
с большим теплосодержанием с восстановительного участка (1200°)]
на участок подъема и выдержки, применяют вдувание водяного
пара, т. к. воздушная завеса может в этом месте нарушить кои
центрацию СО.
Под. Конструкция пода на Вагонетке допускает множество ре-
шений, определяемых размерами и массой обжигаемых изделий»
В основу этих решений может быть положен один из следующий
вариантов: 1) поперечно-продольная канализация газов с помощью
канализированного фасонного или типового стандартного огне»'
ИПОра, обеспечивающая хороший прогрев пламенными газами
«низов» садки; 2) теплоизоляция из ультралегковесных, достаточно
Прочных плит, исключающая отвод тепла снизу пода.
f Второй вариант экономически более выгоден, но требует обе-
спечения прочными огнеупорными легковесными изделиями на ос-
> Иове вспененных муллита или корунда.
к Такой материал в салазочных печах Ридхаммера позволяет
Иметь толщину пода 130 мм для утельного обжига и 160 мм для по-
Иитого обжига. Объемная масса такого материала 0,55 г/см3, проч-
пость при изгибе 25—27 кгс/см2.
, Садка. Общепринята система стационарно размещаемых этаже-
рок из огнеупорных плит (карборундовые массы) и подставок (ко-
рундовые илн муллитовые массы) для открытого пламенного об-
| жига изделий. Опытом установлено, что при таком бескапсельном
обжиге отношение массы обжигаемого фарфора к массе огнеупора
I : 7 до 1 :8,5; для фаянса 1 :4 или 1: 5 (Шутый).
Многоярусность практически исключает возможность автомати-
зации садки и выгрузки, а затраты на физический труд при этих
I операциях и на «бой» могут достигать половины затрат на обжиг.
| Учитывая высокую оборачиваемость карборундовых деталей,
.учитывая высокую ооорачиваемость карборундовых деталей,
расход плит и стоек для обжига полых изделий составляет 0,25 т
па 1 т готовых фарфоровых и фаянсовых изделий; для обжига пло-
[ ских изделий в карборундовых капселях — 0,11 т на 1 т изделий.
Для обеспечения стабилизации аэродинамического режима дан-
| |юй печи садка должна быть строго унифицирована на всех ваго-
петках.
I Периодическое перемещение вагонеток, обычно принятое в пр-.
I чах, не обеспечивает условий плавного подъема температуры в из-
делиях. Непрерывное же медленное движение вагонеток, принятое
в некоторых конструкциях печей, содействует улучшению качества
I изделий и повышению производительности печи.
Тепловой баланс. Для примера (в табл. 104) приведен тепло-
вой баланс туннельной печи для удельного обжига фарфора на газе
' при 900—1000° Дулевского фарфорового завода им. газеты «Правда».
| Длительность обжига 15 ч, масса вагонетки 6880 кг, из них:
масса изделий 400 кг (тарелки —320 кг, чайники —80 кг), металл
платформы и скатов — 750 кг, плит этажерочиых на 7 полок —
I 2400 кг, стоек — 884 кг, кирпича — 135 кг, футеровка вагонетки-—
2293 кг. Часовая производительность по загрузке 1320 кг/ч, по
обожженной массе 1220 кг. Полезная загрузка 6,3% от массы ва-
гонетки. В час выходят 3 вагонетки. Теплота сгорания газа 8500
ккал/м3. Расход природного газа на 1 кг фарфора первого обжига
I 0,37 м3 или 0,45 кг условного топлива на 1 кг фарфора соответст-
венно 3150 ккал/кг.
Тепловой баланс туннельной печи одного из заводов для вто-
рого обжига фарфора на газе при 1390—1410° приведен
в табл. 105. Количество отходов 6,3%, из них огневых 0,6%. Дли-
тельность обжига 34,5 ч; одна вагонетка, выходит за 45 мин. Масса
I вагонетки складывается из массы изделий после, первого обжига—
Таблица 10Ф
Статья прихода хка.а. Статьи расхода кхал/. к
Химическое тепло топлива 4 148 500 93,85 Теплосодержание воздуха, отбираемого 1550000 35,08
Физическое » » .3 000 0,07 на сушку
Теплосодержание воздуха для горе- 67000 1,50 Теплосодержание воздуха для отопле- 304 000 6,87
кия
Теплосодержание воздуха, выбрасы- 335000 7,5&
Теплосодержание вагонеток: фарфор 7 000
футеровка 400 42000 । 2,61 Теплосодержание продуктов сгорания | 826000 18,70
этажерки 61000 Тепло на эндотермические реакции 147000 3,33г
металл 5000 » на испарение влаги 14000 0,32
Теплосодержание воздуха на охлаж- Теплосодержание вагонеток:
дение: фарфор 6 800
правая сторона 30000 0,68 этажерки 314 000
левая сторона 24 000 0,54
торец печи 33000 0,75 футеровка 416 240
4 420 900 100 металл 16 200 17,02
Потери в окружающую среду 397972 9,00
Неучтенные потери 93 688 2,10
Итого: 4 420 900 100
94 кг и изделий с влажностью 1% —186 кг; капселей — 1164 кг,
этажерок: карборундовых— 1600 кг, шамотных—1070 кг; футе-
ровки вагонетки — 2293 кг; металлоконструкций — 750 кг. Полез-
ная загрузка 3,9%. Производительность печи — 367 жг/ч или 1,ЗЙ
вагонетки в 1 ч. Расход газа 0,13 м3/кг фарфора, условного топ-
лива 1,72 кг/кг фарфора, или 12 000 ккал/кг. При хорошей эксплуаЗ
тации печи расход тепла не должен превышать 10000 ккал/кЯ
фарфора.
Коэффициент полезного действия печи для первого обжига с уче-
том побочного использования тепла—11,3%, то же, для'.второго
Очень велик расход тепла на нагрев вагонеток: он в 5 раз
больше при первом обжиге и почти в 20 раз больше при втором оба
жиге, чем расход тепла на обжиг собственно фарфора. Этот рас»!
ход зависит не только от эксплуатационного умения управлять
печью, а в значительной мере — от чрезмерно большого отношения
массы огнеприпаса —этажерок и футеровки к массе, обжигаемога
фарфора (14:1 при первом обжиге и 22:1 при втором обжиге), н«
считая массы металлических частей вагонеток. Вполне очевидна ни
обходимость замены огнеупорных изделий ультралегковесными и
Переход к более экономически выгодным конструкциям печей, "а
Конвейерные печи. Скоростные режимы обжига могут бытй
реализованы при однорядном размещении изделий на конвейере?
из достаточно прочного и термостойкого материала. При одноряд-)
ном размещении изделий небольшой высоты хорошо решается вопя
рос о равномерности температурного поля, по площади сечения ка-’
нала, представляющий, как отмечено выше, чрезвычайные труд»,
ности в туннельных печах.
Конвейерные печи имеют небольшие размеры и малую тем
лоемкость, т. е. малую тепловую инерцию. Поэтому их можно;
быстро пустить в действие и быстро остановить. В этих печам
имеется возможность полной автоматизации садки, обжига и вы-
ставки изделий.
Недостаток этих печей —очень малый коэффициент размещен
ния изделий на единицу объема печи, что, впрочем, в значитель-:
ной мере может быть компенсировано большой скоростью обжига,1
предельно допустимой для данной глины или массы, в оптималь-
ных условиях теплообмена и развитием канала печи в ширину.!
В связи с этим конвейерным или, как их иногда называют, щелер
вым печам придают возможно более широкий под при очень нет
большой высоте печного канала, соответствующей суммарной вы-
соте изделия и подложки (лещадки, плиты, контейнера и т- п.).
Лучшее использование объема рабочего канала печи может
быть достигнуто, если высоты изделий с толщинами подстилают
щего материала сохранены теми же, что были приняты при про-
ектировании. Это обстоятельство ограничивает обжиг определен-'
ным для данной печи ассортиментом изделий, но вместе с тем соз»>
дает основу для устройства автоматической линии.
Так как отпадает необходимость построения этажерок на Ьа|
годно снижается, например до 2:1 при обжиге хозяйственного фар-
фора и фаянса. Вместе с тем уменьшается в 10—20 раз общая
масса печей, и они могут быть размещены на вторых и третьих
ЕМках, не требуя при этом развитой системы маневренных и за-
пасных путей.
Обоснование для такого обжига было рассмотрено Корахом-Мо-
ром [474] и получило осуществление в Италии в электрических не-
длительность обжига пропорциональна квадрату толщины садки,
и сделан другой существенный вывод о необходимости развития
ширины сечения садки для повышения производительности печи.
Большие затруднения в конвейеризации печи вызывают конст-
рукция и материал подвижного пода. Вопрос этот имеет значение
для всех отраслей керамики. В настоящее время определились по
крайней мере семь промышленных видов устройств, транспорти-
рующих в печи изделия в один ряд по высоте: сетка, ролики, ша-
гающие балки, салазочные платформы, вагонетки, столики или
люльки на цепном транспортере, плиты на «воздушной» (по Цй
ществу — газовой) подушке.
жароупорного хромоникелевого сплава. Проволоку сетки пред-
варительно обрабатывают термически, например нагревают ДО
1200°, выдерживают 5 ч и охлаждают на воздухе или в воде. Пле-
тение сетки для пода печей целесообразно сосредоточить на спе-
циализированном заводе. Для механического плетения в местных
условиях применяется проволока диаметром 3 мм и для фиксирую-
щих стержней («шомполов»)—диаметром 5 мм. Конструкция
сетки для пода приведена на рис. 144.
Длительность эксплуатации сетчатого пода в зависимости от
условий —от 0,5 до 1,5 лет при температуре 800°. Сетчатый под
удобен для обжига без лещадок мелких немассивных изделий,
с применением прямого или муфельного двустороннего нагрева.
Расход мощности на привод в среднем около 0,1 кВт на 1 м пода
в зависимости от массы обжигаемой продукции.
Сетчатый под оказался удобным и достаточно стойким в экс-
плуатации в печах для обжига декорированных изделий при
700—800°; расход энергии составляет 0,2 кВт-ч на 1 кг (0,025 кг
условного топлива на 1 кг изделий).
рольгангу. Эти печи получили широкое применение в тонкой и
строительной керамике. Они хорошо обеспечивают непрерывность
действия полуавтоматических линий производства, имеют малую
тепловую инерцию; сборка их производится из секций или из мо-
дульных элементов; так, печь фирмы «СИТИ» (Италия) собира-
ется из 7 секций, печь фирмы «Гиббонс» (Англия) из 15—18 ко-
ротких модульных элементов, которые могут быть поставлены
даже на колеса. Габариты печей небольшие, масса в несколько
раз меньше массы туннельных печей с многоярусной ставкой.
Малая тепловая инерция таких конвейерных печей создает
возможность остановки их еженедельно в конце рабочей недели
и быстрого розжига их за 2—3 ч до начала работ в понедельник.
В остальные дни все цехи могут работать в две смены при условии
создания запаса на ночную смену работы печей. Основное досто-
инство этих печей — равномерность нагрева изделий и возмож-
ность автоматизации ставки и разгрузки.
Печи «СИТИ» работают на газовом топливе или электриче-
ской энергии. Аналогичные печи фирмы «Гиббонс» могут рабо-
тать, кроме того, и на жидком топливе. Печь для обжига витриес-
чайпа по проекту фирмы «СИТИ» может иметь от 1 до 24 ка-
налов (рис. 105). При многоканальной конструкции создается
взаимно противоположное движение изделий с обоих концов печи,
в нечетных рядах каналов по высоте изделия направляются в одну
сторону, в четных каналах —в противоположную сторону. Такой
способ создает экономию тепла в обжиге [478].
Максимальная температура обжига определяется жаропроч-
ностью роликов. В зоне обжига стоят муллито-корундовые полые
ролики (А12О3-35,6%, SiO2 —52%, MgO —5%, СаО —3,3%,
Fe2O3— 1,7%), в зонах нагрева и охлаждения — полые металличе-
ские. Исследование вопроса о выборе отечественного сплава для
478
Металлических роликов [473] показало, Что йайЛуЧШйй для Изго-
товления труб толщиной стенки 5 мм и для длительной (более
Тода) эксплуатации при 108'0—1120° оказался хромоникелевый
сплав. Схема конструкции ролика показана на рис. 91.
L Ролики заполнены изнутри асбестовой ватой или закрыты
[пробками из нее, что препятствует охлаждению при прососе воз-
духа. Длина металлических роликов 2 м, диаметр 55 мм. Расстоя-
ние между осями — 170 мм, привод — односторонний цепной.
Максимальная температура обжига при таких роликах 1180°, что
Обеспечивает однократный обжиг изделий из витриес-чайна. Уста-
новленная мощность термическая 450 кВт, силовая —18 кВт.
Материал роликов фирмы «Гиббонс», по сообщению фирмы,
позволяет вести обжиг при 1400°.
1 Недостаток такой конструкции в том, что зазоры между роли-
ками и стенами служат источниками значительных тепловых по-
Рольганг. должен, по идее конструкции, действовать непре-
рывно, без остановок для смены ролика, что весьма существенно,
т. к. при остановке ролики провисают в нагретом состоянии и
, в. дальнейшем это может служить причиной аварии или коробле-
ния изделий. Расход мощности на привод 0,1—0,2 кВт на 1 м.
Провисшие ролики вынимают и рихтуют.
Обжигаемые изделия, например тарелки, помещают в один ряд
по высоте на огнеупорные лещадки муллито-кордиеритового со-
става длиной по 520 мм; на одну лещадку — 2 тарелки диаметром
240 мм, т. е'. на 1 м длины канала 4 тарелки. Наличие лещадок
требует повышения температуры обжига на 20—40°. Длина под-
дона обеспечивает постоянное касание его с тремя роликами, что
придает хорошую устойчивость изделию. Длительность обжига
3 ч. При длине печного канала 36,5 м' 12-канальная печь может
выдать в 1 ч 36,5:3-12-4=580 тарелок диаметром 240 мм. Удель-
ный расход тепла 520—600 ккал/кг.
В печах с канталовыми нагревателями расход электроэнергии
0,6—0,7 кВт-ч на 1 кг изделий при общей установочной мощности
450—500 кВт; на привод и вентиляционные установки тратится
около 10 кВт.
кая печь длиной кладки 29 м, шириной канала 1,13 м и высотой
0,27 м построена по проекту Дулевского завода им. газеты «Прав-
да» для первого обжига фарфора на природном газе. [479]. За-
грузка изделий производится стопками (8 стопок по 7 глубоких
тарелок) на решетчатые поддоны из жароупорной стали, смыкае-
мые накладными кольцами при входе очередного поддона в печь,
Производительность печи по тарелкам диаметром 240 мм 2,85 млн.
шт. в год и при цикле 9 ч по тарелкам диаметром 175 мм — 8,4
млн. шт. в год, при 10 шт. в стопке и при цикле 7,6 ч. Общая по-
требная мощность 9 кВт. Рольганг (верхний) выполнен из труб
диаметром 76 мм, при толщине стенки 5 мм; нижний рольганг —
из труб диаметром 50 мм, толщиной стенки 2 мм.
В печи 60 поддонов. Внизу печи также размещен рольганг для
возврата поддонов к месту загрузки. Длина как верхнего, так и ниж-
него рольгангов по 36,6 м. Приводы независимы. Внутренний му-
фельный арочный свод в печи был выложен на длину зоны обжига'
9,5 м из кордиеритовых профильных плит, которые по причине,,
быстрого окисления кордиеритового черепа заменены менее теп-:
лопроводными — шамотными. В зоне подогрева длиной 6,1 м му-
фельные плиты жаростойкие, стальные.
В печи 4 пары газовых инжекционных горелок над муфельным:
сводом и 5 пар горелок под плиточным огнеупорным подом, обеспе-
чивающих устойчивое температурное поле с максимумом в 950°.
Расход условного топлива 0,12—0,14 кг на 1 кг фарфора. Дли-
тельность обжига 6—7 ч. Применение муфеля для первого обжига
на природном газе не вызывается необходимостью, а расход тепла
при удалении муфеля может быть существенно уменьшен. Печь
металлоемка.
Печи с шагающим подом. Конструкция шагающего
пода представлена системой продольных брусьев или балок, совер-
шающих (через одну) сложное возвратно-поступательное дви-
жение по замкнутой линии в вертикальной и горизонтальной плос-<
костях, благодаря чему обжигаемые изделия приподнимаются и
переставляются на длину перемещения балок.
Материал брусьев может быть металлический, футерованный
огнеупором, что обеспечивает возможность эксплуатации пода при
высоких температурах (до 1450°). Ширина печного канала не на-
ходится в зависимости от материала и степени прогиба его, поэтому
печной канал можно развивать в ширину весьма значительно.
Конструкция печи с шагающими балками пода имеет гидравли-
ческий привод, разработанный Юнгмейстером [475]. Конструкция та-
кого пода не позволяет дать значительный обогрев изделий снизу.
Опыт работы некоторых отечественных фарфоровых заводов,
применивших конвейерные печи с шагающим подом, пе был ус-
пешным. Эти печи разобраны.
Конвейерная печь с салазочным подом. Весьма эф-
фективны конвейерные салазочные печи фирмы «Ридгаммер»
(ФРГ). В этих печах транспортирующим средством выступают
звенья пода в виде рам с теплоизоляционной и жаропрочной фу-
теровкой, скользящие по двум рельсам вдоль печного канала. От-
сутствие колес и осей чрезвычайно Облегчает массу такого звена.
Все звенья — салазки плотно примыкают одно к другому, и ножи
с бортов салазок вместе с песочным затвором изолируют этот кон-
вейер от подсалазочного пространства. Смазка мест скольжения
осуществляется неорганическим смазочным материалом. Некоторые
показатели таких печей Ридгаммера приведены в табл. 106; топ-
ливо-городской газ (3100—3400 ккал/м3).
Салазочная печь Ридгаммера для обжига мозаичных плиток
при 1150° длиной 60 м может выдать 750 м2 плиток за 24 ч при
расходе 18 000 ккал/м2. Обогрев — газом, электроэнергией, жид-
ким топливом.
Конвейерная вагонеточная печь для скоростного политого двусто-
роннего обжига хозяйственного фарфора на природном газе с го-
релками низкого давления (Клейнер и Августиник, ГИКИ) имеет
длину рабочего канала 35,5 м, ширину 0,93 м, высоту от пода до
замка свода 0,5 м (рис. 145). Максимальная температура обжига
1430°. Длительность обжига чашек 3 ч. Расход природного газа
90 м®/ч. Производительность по чашкам чайным 1280 шт./ч, по чаш-
кам кофейным 2000 шт./ч и по кружкам объемом 0,4 л 980 шт;/ч.
В печи ПАС применен возврат порожних вагонеток по верху
печи. Боковые уплотнительные затворы выполнены гидравличе-
скими. Механическая часть полностью автоматизирована.
Спаренные чашки устанавливаются на карборундовые плиты,
уложенные на двутавровые подставки, обеспечивающие развитие
пламени также и под плитами (рис. 146). Эта печь пригодна также
и для политого скоростного обжига фарфоровых тарелок при их
однорядном и соответственном размещении. Печь построена на
многих заводах.
Установка спаренных и склеенных бортами чашек на под ва-
гонетки может быть осуществлена автоматическим переставите-
лем по способу Нахамкина и Энтелиса [580]. Этот переставитель
состоит из 8 в ряду резиновых, в виде сильфонов, вакуум-присосов,
каждый из которых снабжен цилиндром и передаточной трубкой.
Все присосы укреплены на поворотной траверсе, способной пово-
рачиваться на заданный угол и подвесить сильфоны к донышкам
изделий. Автоматически включаемые присосы притягивают чашки
или иные изделия И переносят их с конвейера на вагонетку. Про-
изводительность переставителя 1600 шт. в 1 ч. Она может быть
увеличена в несколько раз при совмещении нескольких траверс
на одной вакуум-системе.
Печь ПАС оборудована сдвоенными приводными створками,
Позволяющими осуществить герметизацию рабочего канала печи
во время ввода и вывода очередной вагонетки; створки образуют
шлюзы — входной и выходной.
После разгрузки товара вагонетка, находясь на платформе
лифта, поднимается на уровень рельс, проложенных по верхнему
строению печи, приводится к ее. началу и с помощью подъемника
опускается к загрузочному концу печи, загружается там изделиями
и вводится в печь.
Действует печь в пять тактов. Первый такт — загрузка и раз-
грузка. Загруженная вагонетка вводится с платформы подъем-
ника в шлюз печи.
Второй такт — платформы
печь ПАС
створки
положёние. Наружные
шлюзов закрываются.
движение по рабочему каналу
печи в течение трех последую-
щих тактов. При окончании
(обожженная) вагонетка прохо-
дит в выходной шлюз.
Третий такт — пустая
подъемник, а другая, разгружен-
ная вагонетка проталкивается
с подъемника на надпечный рель-
Четвертый такт — обе платформы гидроподъемников опуска-
ются в нижнее положение. Открываются створки выходного
шлюза, и очередная вагонетка проводится на платформу подъем-
ника для разгрузки.
Пятый такт —начало загрузки и выгрузки крайних вагонеток.
Эта печь нашла широкое применение в производстве [583].
обжига хозяйственного фарфора на газе производительностью в 1 ч
1100 шт. блюдец или 2700 шт. чашек (Клейнер и Ковельман,
ГИКИ) имеет длину рабочего канала 15 м, ширину 0,6 м, вцсбту
0,275 м. Общая длина печи со стендами для ставки и выгрузки из-
укреплены столики, несущие изделия, проходят через две про-
дольные щели неподвижного огнеупорного пода таким образом,
жении столики выполняют замкнутый цикл в вертикальной пло-
скости, выходя из печи и возвращаясь в нее с другой стороны
(рис. 147). Количество столиков в печи 70. Цикл обжига длится
15—20 мин. Удельный расход тепла в ПОК-1 (при отоплении при-
родным газом 8500 ккал/м3) 650—700 ккал/кг. Расход жаропроч-
ной хромоникелевой стали—180 кг. Установочная мощность дви-
гателей 6,1 кВт, Занимаемая площадь 26 м2, масса 15 т.
Конвейерная печь на газовой подушке. Этот тип
печи для скоростных обжигов керамики предложен в двух вариан-
тах — американском и английском, из которых английский полу-
чил промышленное решение в конструкции печи фирмы «Шелли»
[476]. В печном канале размещены две полосы тонких лещадок 1,
поддерживаемых во взвешенном состоянии с помощью горячего
газа, вдуваемого через перфорированный под 2 (рис. 148). На
этих лещадках находятся обжигаемые изделия 3.. Нагреватели 4
отдают свое тепло воздуху, продуваемому' через боковые каналы
с помощью вентилятора 5. Обе полосы лещадок движутся во вза-
имно противоположных направлениях. Такая печь для декоратив-
ного обжига при 800° показала производительность в 1 ч 1500 шт.
чашек и 650 шт. блюдец при затрате электрического тока 0,57
кВт на 12 чашек или 1,3 кВт на 12 блюдец.
За пятнадцатиминутную длительность обжига при 1000° печь вы-
давала 280 кг/ч продукции, потребляя около 700 ккал/кг, при';
1150°—около 950 ккал/кг.
Исследования наши и Гулина показывают возможность полиса
того скоростного обжига тарелок на газовой подушке.
Общие данные по некоторым туннельным печам приведены
в табл. 107. Пояснения к указанным в табл. 107 печам даны
/ — туннельная печь для второго обжига фарфора состава:
33% каолина, 7% глины Веселовской, 8% черепа, 27% песка,
2 — туннельная печь для политого обжига фарфора по проекту
ГИКИ, работающая на ряде заводов.. Потребляет 244 кг/ч услов-
Установленная мощность электродвигателей: непрерывно рабо-
тающих—82,4 кВт, периодически работающих —10,2 и 14,3 кВт
и резервных — 70 кВт.
3 — туннельная печь Дулевского завода, им. газеты «Правда»
для второго обжига фарфора.
4 — туннельная печь, фаянсового завода им, Калинина в Кона-
кове для первого обжига фаянса.
5 — туннельная печь фаянсового завода им. Калинина для вто-
рого обжига фаянса.
486
КЕРАМИЧЕСКИЕ КРАСКИ И ДЕКОРИРОВАНИЕ.
СОРТИРОВКА
Общие сведения. Главная составная часть красок — пигменты —
Yada и др.) или окрашенные сложные соединения — шпинели, гра-
Кроме указанных соединений, для декорирования керамических
изделий применяют препараты золота, платины, серебра. Препа-
рат 12%-ного жидкого золота описан в ГОСТ 5 718—71
В технологии живописи различают две группы красок — под-
[Гйазурные и йадглазурные. Подглазурные краски выдерживают
температуру политого обжига. Они подвергаются во время обжига
воздействию огня и частично растворяются в глазури. Поэтому на-
бор таких красок ограничен. Это преимущественно окислы ко-
бальта, хрома, железа и пигменты шпинелевого, гранатового и
цирконового рядов.
молом соответствующих соединений в шаровой мельнице с водой,
смешиванием для получения надлежащего тона, прокаливанием
при 900—1400°, растиранием полученного пигмента в краскотерке
(барабан или валки) с водой и как завершающая стадия— «рас-
правляют» пигмент курантом с раствором глицерина или декстрина
Аналогична подготовка надглазурных красок — «расправляют»
их курантом на скипидаре или растворе канифоли в скипидаре.
Надглазурные краски наносят на поверхность изделия
после политого обжига, и они закрепляются, сплавляясь с гла-
зурью, при третьем «декоративном», невысокотемпературном
(770—850°) обжиге в окислительной среде. Поэтому палитра этих
красок значительно шире, чем подглазурных, и они выглядят ярче,
сочнее, чем подглазурные. Для лучшего приплавленйя надглазур-,
ных красок к глазури их предварительно смешивают с флюсами,
которые также придают краскам блеск. Состав флюса влияет на
оттенок краски. Более основные красители целесообразно смеши-}
вать с более основными флюсами, более кислые — с кислыми флю-
Составы флюсов весьма разнообразны, но по существу они
представляют собою легкоплавкие свинцовые и борносвинцовыё
f 0,25- 3SiO2
1Pb0 ( 0,25-2,5 В2С
Система приготовления красок и способы живописи по фар- :
фору развились в науку, основы которой изложены, например,!
Милдсом и Лоушке [481].
Флюсы должны быть достаточно устойчивы к действию уксус-'3
ной, щавелевой, лимонной кислот. Например, по зарубежному!
опыту за время 24-часового воздействия 4 %-ной уксусной кислоты 1
при 20° не должно наблюдаться изменения декоративности краски ]
на изделии; может перейти в такой раствор не более 0,2 мг свинца 1
на 100 см2 поверхности, окрашенной свинецсодержащей краской.И
Скипидар. По исследованиям Туманова и Комаровой [482],Я
все терпены в скипидаре, за исключением камфена, могут служить J
для получения золотых и красящих покрытий на фарфоре и стекле,: I
ио оптимален А-З-карен.
Получение терпентина, необходимого для «распускания» кра- I
сок и их нанесения, может быть осуществлено растворением кани- 1
фоли в скипидаре в том количестве, которое необходимо для при-
Дания этому главному (среди вспомогательных) препарату необ- I
ходимой для данного вида росписи живописной пластичности—1
«жирности».
Окрашивающие соединения: 1) окись железа; в зави-
симости. от температуры прокаливания (580—900°) сернокислого I
железа имеет ряд оттенков—от красноватого до фиолетового; J
2) окись хрома, полученная прокаливанием хромпика с серой при
1200°, дает ряд серо-зеленых оттенков, при прокаливании с ВеО —
зеленый, при прокаливании с SnO2 и А12О3 — малиново-розовые от- I
тенки («пинки»); 3) окись кобальта дает ряд синих красителей;
4) окись марганца — серию красно-фиолетовых; 5) окислы меди:
Си2О — красный, СиО — зеленый; 6) сернистый кадмий в разные I
соотношениях с сернистым селеном дает ряд оранжево-красных
оттенков; 3) золото из раствора АиСЦ после восстановления, на-
пример, щавелевой кислотой дает с флюсом (азотнокислым висму- 1
. том) порошковый препарат — «полиргольд», хорошо принимающий I
полировку после покрытия. Золото в виде органического, особым '
образом приготовленного препарата темно-коричневого цвета под
названием «глянцгольд» позволяет получить блестящую золотую I
пленку после обжига покрытого этим препаратом изделия при I
800°; на 1 дм2 покрытия расходуется 0,2 г 16—18%-кого препарата. ;
Широко используются цветные шпинели ряда Ra'Q-I^'O», где
R'—Mg2+, Zn*. FeH, Со*, Ni2+, Mn2+, a R"—Al*, Fe*, Mn3+, J
Cr*, дающие по методике, разработанной Тумановым (Дулевский
красочный завод), разнообразные оттенки, например Zn-AhOa — !
белый, СоО-АЬОз — синий, NiO-Al2Os —голубой, MgO-FeaOa —
красный, FeO'CraOs — серо-зеленый и т. д.
Хорошо известна шпинель титанооловянного ряда R,O-R2O-
•TiO2-SnOa, где Ri—Fe, Ni, Co, a Rs—Mg, Zn, Ni, дающая гамму
зеленых и голубых тонов [483].
Применяются в живописи по фарфору пигменты гранатового
ряда ЗСаО-АЬОз-ЗЗЮг с частичной заменой кальция на магний,
стронций, барий, никель, медь, кобальт, дающие ряд красио-оран-
жевых, розовых, зеленых и голубых тонов.
Виллемит 2ZnOSiO2 при замене части ZnO на MnO, СоО, NiO
дает коричневый пигмент (от МпО), синий (от СоО), голубой и
зеленоватый (от NiO).
В: Пигменты цирконового ряда дают большой ряд оттенков: ко-
ричневых, бирюзовых, зеленоватых, желтых. Эти пигменты полу-
чены путем замещении в кристаллической решетке, циркона
(ZrOs-SiOa) части катионов ионами железа, ванадия, цинка, хрома
и др. [484].
Люстры. Один из наиболее применимых способов изготовле-
ния жидкого препарата люстра состоит в осаждении при слабом
нагреве из водного раствора азотнокислых, хлористых или уксус-
нокислых солей меди, хрома, золота, платины, марганца, железа,
титана, свинца мылами (канифольным или ядровым), бензойной
кислотой. Получается резинат металла, который после промывки
и сушки растворяют в органических растворителях — смеси бен-
зола, нитробензола, скипидара. После нанесения кистью или рас-
пылителем такого раствора резината на поверхность обожженного
глазурованного изделия и после невысокотемпературного восстано-
вительного обжига при 600—700° получают ирризирующую, напо-
добие перламутра пленку, очень эффектно оттеняющую рисунок;
прием этот известен издревле [485; 486].
Весьма разнообразна и красива отделка фарфоровых и фаянсо-
вых изделий цветными, потечными и кристаллическими глазу-
рями. Различают также глазури матовые и кракле. Цветные гла-
зури применяют обычно по фаянсу ввиду невысокой, температура
его обжига. Получают их предварительным сплавлением прозрач-
ной глазури с окрашенными фриттами, к которым добавлены были
при сплавлении СиО, СоО, Fe2O2, NiO и др.
Поденные цветные глазури при нанесении их на поверхность
прозрачной глазури образуют (благодаря своей легкоплавкости)
натеки. Матовые глазури получают «расстекловыванием» их при
задержке охлаждения. Кристаллические глазури выделяют при
своем замедленном охлаждении на поверхности изделия красивые
мелкие или крупные кристаллы некоторых силикатов или окислов,
в особенности — силикаты цинка, рутила, блестки металлического
железа (авантюрин) и пр.
Глазури кракле имеют вид искусственно вызванного цека, кото-
рый может быть дополнительно окрашен после своего появления
погружением изделия в раствор какой-либо окрашенной соли, на-
пример медного купороса, сернокислого кобальта и др.
В наш век вошли в технику декорирования новые Приемы —
фоторепродуцирование, печать с гравированного на металлической
доске или на валу рисунка, декалькомания, или сокращенно «де-
кель»,— в разных вариантах перенесение рисунка с бумаги на из-
делие, печать через сетку —шелкография, аэрография.
Три последних приема конвейеризированы и обеспечивают мас-
совость и относительную дешевизну художественной обработки ке-
рамики.
Рассмотрим некоторые линии такой обработки. Линия, на-
несения деколи по проекту ЧССР—левая ДЛ-3 и правая:
ДЛ-4 (расположены зеркально). Эта линия выполнена в виде
ленточного конвейера длиной 13240 мм и шириной 1400 мм. Вы-
сота, учитывая теплонесущие рукава, 2300 мм. Обслуживают ли-
нию 6 набойщиц и 1—2 рабочих у переставителей корзин с изде-
лиями. На линии имеются два сушильных устройства: одно — для:
машина в виде камеры с форсунками для подачи воды. Темпера-
тура в сушиле 60—70°; расход пара 4000 м3/ч, давление пара 4 ат.
Моечная машина потребляет 180 л/ч воды температурой 25—
30°; расход мощности на насос 0,5 кВт.
Конвейер передвигается (1,2 м/мин) с помощью гидравличе-
ского привода при рабочем давлении 6—10 ат, с потреблением
электроэнергии 0,75 кВт. Производительность линии 4800 шт./ч
или 600 лепков на одного оператора в час. По данным [487], про-
изводительность полуавтомата для нанесения деколи достигает
900 лепков в 1 ч одного оператора.
ванием трафаретов представлена двумя параллельными конвейе-
рами: I — для полых изделий и II —для плоских изделий. Длина
обоих конвейеров по 10 м, ширина по 1 м, высота размещения
над уровнем пола 0,82 м. Вдоль первого конвейера размещены
2 аэрографические кабины и три полуавтомата для крытья по
450 шт. чашек в 1 ч. Скорости движения конвейеров 1,3 м/мин.
Вдоль второго конвейера размещены обдувочная камера, две ка-
бины, три блюдечных полуавтомата по 450 шт./ч. Каждый кон-
вейер обслуживает но 8 работниц. Производительность первого
1150 шт./ч, второго— 1250 шт./ч.
Линия для нанесения отводки по краю состоит
из двух параллельных конвейеров: I —для полых изделий; II—
для плоских изделий после .лрокурки. Длина конвейера 14,5 м, ши-
рина ленты 1 м, высота 0,82 м. Скорость движения ленты 2 м/мин.
Вдоль I конвейера размещены три станка для нанесения борто-
вого рисунка, две кабины для припороха, три места браковщиц,
три места для клеймения. Производительность линии 600—800
шт./ч, количество работниц на линии 18.
Вдоль II конвейера тех же размеров, но при скорости 2,5 м/мин
размещены 18 мест отводчиц, 2 места съемщиц. Количество работ-
ниц на II конвейере 21. Общая потребляемая мощность 9,4 кВт.
Общая производительность линии до 3000 шт./ч.
Такая линия может быть заменена двумя станками-автоматами
фирмы «Исимат» (ФРГ), модель TL-24, на которых производится
отводка по краю (над- и подглазурная) при производительности
по тарелкам диаметром до 19 см — 1500 шт./ч, диаметром более
19 см — 1200 шт./ч; расход воздуха 3 м’/ч (3 ат), расход энергии
0,25 кВт. Масса станка 150 кг (рис. 149).
на шелковую или нейлоновую сетку I с количеством ячеек на i см2
до 14 400 наносится и распределяется с помощью движения ракли
2 паста краски 3; сетка несет заранее фоторепродуцированный и
протравленный рисунок; отверстия в поверхности этого рисунка
заполняются краской; подводится с нижней поверхности сетки по-
верхность 4 (плоская или выгнутая) и прижимается к сетке;
краска отпечатывается (рис. 150,а). По этому способу действуют,
например, модели полуавтоматов фирмы «Моррей» (Англия),
фирмы «Нетцш» (ФРГ) и др.
На рис. 150,6 показана схема действия такой машины фирмы
«Нетцш». Сито с раклей 2 и пастой краски 3 помещается в ко-
робке а. Под сито подводится приемная подушка 5, на которой
отпечатывается рисунок. Далее приемная подушка перемещается
в позицию 6, и по ней прокатывается цилиндрическая поверхность
чашки 7, движение которой управляется системой штанг 8.
Производительность этой машины 340 шт./ч при длине ри-
сунка до 500 мм и ширине до 200 Мм. Давление воздуха 5 ат, по-
требление воздуха 1,5 м3/ч, электроэнергии 0,5 кВт; масса ма-
шины 0,75 т.
Аналогичная машина для декорировки тарелок работает по
той же схеме (рис. 151). Сито с раклей и пастой — краской, нахо-
дящееся в коробке а, переносит с позиции 1 окрашенный рисунок
на натянутую в кольце резиновую мембрану, прижимаемую
491
опорным столом 2 к ситу. В следующей позиции кольцо с мембра-d
ной перемещается по кругу на 90° в следующий этап 3 и становится;
над тарелкой 4; опускается резиновая груша 5, надавливающая на
мембрану, благодаря чему рисунок отпечатывается на тарелке!
Мембрана переходит по кругу в позицию 6, а в это время суппорт/
автоматически поворачивается на 180° и переносит тарелку с ри-
сунком в позицию 7, подставляя новую тарелку в позицию 3.
Производительность этой машины 540 шт./ч при максималь-
ном диаметре рисунка 290 мм и изделия — 300 мм; минимальный
диаметр изделия 120 мм. Давление воздуха 5 ат, расход воздуха
30 м3/ч, электроэнергии 1 кВт, масса машины 1,2 т.
«Дюбуа» (Франция), «Моррей» (Англия), «Исимат» (ФРГ) и др.
Автоматы фирмы «Исимат» имеют такую, например, производи-
тельность: 1) модель TL = 24/24 для отводки тарелок диаметром
до 24 см при подглазурной разделке 800—1500 шт./ч, при надгла-
зурной разделке 400—800 шт./ч и при золотой отводке 500—
1000 шт./ч; 2) модель 3027 для трехцветной офсетной печати по
чашкам диаметром до 10 см 1000—1500 шт./ч; 3) модель 15/24 для
офсетной печати по стеновым плиткам — от 1500 до 4000 шт./ч.
f томаты фирмы «Ройял Сфинкс» (Голландия). Краска автоматиче-
ски наносится шпателем через шелковый трафарет на упругую (ре-
зиновую) основу. Производительность по чашкам 350 шт./ч, по та-
ирелкам — 500 шт./ч,
[' Из отдельных машин для декорирования можно отметить полу-
автомат для нанесения на край чашки или тарелки штампа рези-
новым штемпелем. Полуавтомат системы «Малкин» в исполнений
фирмы «Дорст» декорирует в 1 мин 6 и 8 чашек или 12 тарелок,
расходуя 0,6 и 1,9 кВт.
Обжиг. После декорирования «белья» (изделия после политого,
обжига) нанесенный рисунок закрепляется обжигом в периодиче-
ских или непрерывно. действующих туннельных печах. Изделия,
помещенные в решетчатые ящики из жаростойкого сплава или
укладываемые на сетчатый конвейер, медленно продвигаются по
В настоящее время применяют преимущественно туннельные
печи с электрическим нагревом. Так, печь длиной 30 м с двухпут-
ным по высоте туннелем и с перемешиванием газовой среды венти-
ляторами потребляет 115 кВт; производительность печи 30—
35 тыс. шт. столовой посуды в сутки. Расход электроэнергии
0,25—0,3 кВт-ч на 1 кг обжигаемых изделий.
Последовательность процессов при обжиге такова: при 120°
происходит испарение органических компонент препаратов золота,
при 150’ — аналогичный процесс с ограническими компонентами,
на которых затворены краски (пигменты). При 400—450° происхо-
дит сгорание смолистых компонент, при 500—550° завершается
сгорание углеродистого материала, при 740° заканчивается обжиг
изделий, декорированных благородными металлами.
Обычные температуры обжига для закрепления красок. 730
880°. Длительность обжига и охлаждение 4—5 ч. Крупные и тол-
стостенные изделия обжигаются на 1—2 ч Дольше. Интервалы про-
талкивания ящиков с обжигаемыми изделиями 8—10 мин.
Сортировка, упаковка и транспортирование. Окончательно
обожженная столовая и чайная фарфоровая посуда рассортировы-
вается, упаковывается, транспортируется и хранится в соответст-
вии с указаниями, изложенными в отраслевом стандарте ОСТ
17—9—70; чайная и кофейная тонкостенная посуда — согласно ука-
заниям в ОСТ 17—9—70; майоликовые изделия — согласно ОСТ
17—85—71.
Требования к качеству фарфоровой посуды изложены в ГОСТ
5.453—70; изделий из костяного фарфора —в ГОСТ 5.842—71; де-
коративных фарфоровых изделий —в ГОСТ 5.232—69.
В сортировочном цехе предусмотрены места Для сортировки и
промежуточного хранения каждого вида изделий. Транспортные
средства — электрокары, вагонетки, цепной люлечный транспорт.
Плоские изделия транспортируются в стопках, полые изделия —
в стандартных решетчатых ящиках.
Сортировка осуществляется в два этапа: приемка и первая cop-d
тировка «белья» (белого товара) из печного цеха после первого!
обжига и вторая сортировка всех изделий, включая прошедшие^
дополнительную обработку для исправления некоторых дефектов. |
«Белье» может быть отнесено к одной из трех категорий:
условиям на три сорта (1 сорт— красное клеймо, 2 сорт —синее
клеймо, 3 сорт — зеленое клеймо); 2) внесортные, требующие об-
работки — зачистки, шлифовки и полировки мелких дефектов?
с последующим отиесением'ко второму или третьему сорту; 3) де- i
фектные, идущие на разбивку как брак.
После второй сортировки изделия направляются на разные
виды декорировки и на комплектовку сервизов и гарнитуров...
Оценка качества изделий производится опытными сортировщиками
согласно инструкциям и в соответствии с эталонами.
Фаянсовые изделия сортируются после первого обжига по водо-
поглощению: нормально обожженные с водопоглощением 8;5мя
11,5%, крепко обожженные —ниже 8,5%, слабо обожженные —
выше 11,5% и —бой и брак. Недожженные изделия направляются
на повторный обжиг. Крепко обожженные направляются для гла-
зурования на замедленном режиме специально подобранной по/
плотности глазурью.
Шлифовка и полировка фарфоровых изделий. Назначение этой
операции состоит в обработке ножек, края фарфоровых изделий и
в исправлении некоторых дефектов поверхности, главным обра-
зом — засорки. Шлифовка осуществляется на полуавтоматах,
представляющих собой многошпиндельные карусельные столы
с периодическим вращением. В гнезда шпинделей вставляются
сменные патроны, соответствующие форме и размерам обрабаты-
ваемых изделий.
На позициях шлифования и полирования шпиндели поднима-
ются, приводятся в быстрое вращение, и изделия прижимаются
обеспечивая постепенность шлифовки и полировки. Продолжитель-
ность этих операций 4—7 с.
Ножки шлифуются на шлифовальных шайбах — чугунных дис-
ках диаметром до 2000 мм, которые вращаются с частотой 120—
150 об/мин и поливаются из установленной в центральной части
воронки смесью воды и кварцевого песка. Прижатие с поворотом
изделий к шайбе осуществляется либо руками (при ручном спо-
собе), либо автоматически с помощью вращающихся, попеременно
опускающихся и поднимающихся шпинделей. Недостаток такой
шлифовки состоит в плоском отшлифовывании ножки. Произво-
дительность достигает 1200 шт./ч.
В более новых конструкциях автоматов ножка подшлифовы-
вается округло. Шлифовальным инструментом служит абразивный
круг диаметром 80—160 мм, толщиной 15 мм. Лучшие результаты
дает олонецкий; камень — плотный песчаник, не оставляющий Йо?
роздок. Полировка шлифовальных участков ведется кругами из
..Ольхового дерева, смоченными глазурью, 'при окружной скорости
В После шлифовки'изделия подвергаются мойке в моечных ма-
шинах и сушке в конвейерных или ленточных сушилах, образую-
щих единый моечно-сушильный агрегат производительностью
11200—1600 шт./ч. Мойка и сушка изделий могут быть введены
в общую конвейерную линию. Высушенные изделия транспорти-
руются далее.
Операции по сортировке и обработке изделий легко могут быть
поставлены на конвейер. Скорость движения ленты конвейера •
1 м/мин. Ширина ленты 1 м, длина —г 18-25 м. Поперёк ленты уло->
жены через 0,7 м рейки. Плоские и полые изделия размещаются
раздельно на каждой половине вдоль конвейера. Рабочие места' и
необходимое оборудование расположены с обеих сторон конвейера.
Операций; на конвейере — шлифовка ножки, шлифовка края,
подшлифовка засорки, проверка кривизны изделия, сортировка
первичная, сортировка на сорта, клеймение, комплектовка. Отсор-
тированные изделия направляются в живописный цех для деко-
Наиболее часто встречающиеся дефекты черепа и глазури рас-
смотрены Егоровым, Терещенко, Филинцевым [437], Юрчаком
[438] и Иосевичем [439]. Пороки глазури и декорировки довольно
полно рассмотрены Раффраем [434], некоторые пороки проанали-
зированы Ахъяном [441] и Эйдуком [472].
При изучении вопроса об определении качества фарфоровой по-
суды Майковский и Шиманьский показали целесообразность но-
мографического вывода показателя качества, в первую очередь —
по величинам: 1) степени белизны, измеренной лейкометром
Цейсса, путем сравнения с эталоном — баритовой плиткой;
2) числа блеска глазурованной поверхности, измеренной под уг-
лом 22,5° с помощью фотометра Пульфриха; 3) количества нако-
лов диаметром более 50 мкм, регистрируемых невооруженным гла-
зом и 4) коэффициента просвечиваемости, %.
Дополнительные параметры, такие как качество декорирова-
ния, степень гладкости, степень удовлетворения требованиям эрго-
номики и т. д., могут быть уточнены в дальнейших исследованиях
[459].
По Данным этих исследований, первое места занимает продук-
ция английского завода фирмы «Веджвуд», имеющая белизну
87%, не более одного накола (более 50 мкм) на 1 см2 поверхности
глазури, блеск 1,69, просвечиваемость 33,7%. Далее идут изделия
японской фирмы «Санго» (белизна 76%), шведской — «Рёстранд»
(белизна 74%), ФРГ — «Розенталь» (белизна 73%), итальян-
ской— «Джинори» (белизна 7.3%), чехословацкие (белизна 70%)
РАЗДЕЛ V
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ФАРФОР
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Высоковольтные фарфоровые изоляторы и фарфоровые изо-
ляционные элементы электротехнической аппаратуры широко ис-
пользуются для изолирования проводов и металлических деталей,
находящихся под напряжением.
Электрическая прочность полевошпатового фарфора при про- '
бое равна 25—30 кВ на 1 мм толщины при частоте тока 50 Гц;
Удельное объемное электрическое сопротивление составляет 1010—
1013 Ом-см. Тангенс угла диэлектрических потерь фарфора при.
50 Гц равен (25—35) • 10-3.
Весьма приближенно можно принять, что увеличение толщины
тела фарфорового изолятора на 1 мм дает возможность повысить
передаваемое напряжение на 10 кВ.
Основные типы изоляторов — линейные, опорные, покрышки.
Линейные изоляторы предназначаются для линий электро-
передач. Они крепятся либо подвешиванием (подвесные), либо на
штырях или крюках (штыревые).
Обычный полевошпатовый фарфор имеет прочность при изгибе
700—900 кгс/см2, при разрыве 300—450 кгс/см2, при сжатии 4000—
6500 кгс/см2.
При современных величинах передаваемых напряжений пере-
менного тока порядка 500—700 кВ (проектируются и выше) обыч-
ный полевошпатовый фарфор не может обеспечить достаточную
электрическую и механическую прочность, так как значительное
увеличение толщины тела изоляторов вызывает увеличение его
массы, превосходящее прочность материала. Поэтому в производ-
ство введены составы более прочного фарфора с повышенным со-
держанием глинозема и кварца. Прочность материала увеличилась
на 25—60%. Среди линейных наибольшее распространение полу-
чили подвесные (тарельчатые) изоляторы (рис. 152), которые слу-
жат для изоляции и крепления проводов на воздушных линиях
электропередач высокого напряжения, на распределительных уст-
ройствах станций (ГОСТ 6490—67).
Такие изоляторы армируются посредством укрепления цемент-<
496
ной связкой металлической шапки 1 (из ковкого чугуна или йа
стали) и стального стержня 2, вкладываемого с запором в отвер-
стие 3, что позволяет соединить несколько изоляторов в гирлянды,
Подвешиваемые к опорным мачтам.
Г Между торцом головки стержня и фарфором находится эла-
стичная прокладка 4 (обычно просмоленный картон). Стержень 2
и шапка 1 связаны с телом изолятора цементным раствором 5. Це-
мент марки 500—600.
Верхнюю часть головку изолятора («яблочко») и стержня по-
крывают антикоррозионным слоем битума. Благодаря этому дости-
гается эластичность соединения металла с цементом, что особенно
ГВажно при неодинаковом термическом расширении двух разнород-
. ных материалов. В противном
^Случае может произойти разру-
шение изолятора.
Согл асно ГОСТ 11619 — 65,
формы гнезда шапки и головки
стержня должны обеспечивать
шарнирность сцепления двух
смежных изоляторов при пово-
роте их осей под углом 10°.
Шапку, стержень и замок оцин-
ковывают.
Подвесные изоляторы груп-
пируются в зависимости от райбь
на применения с меньшей или
зола, отходы химических производств, морская соль и пр.), В ка-
талоге внешнеторгового объединения «Разноэкспорт» «Высоко-
вольтные и низковольтные изоляторы» приняты условные обозна-
чения изоляторов. Например, ПФ характеризует изолятор для
службы в нормальных условиях, ПР — в условиях с повышенной
загрязненностью для поддерживающих гирлянд, НС и НЗ — для
натяжных гирлянд.
В условиях большого загрязнения атмосферы от изолятора тре-
буется развитие поверхности для удлинения пути тока утечки.
Количество подвесных изоляторов в гирлянде определяется нор-
мами от трех штук для передаваемого напряжения в 35 кВ до
22 штук для напряжения 500 кВ.
Подвесные фарфоровые изоляторы ПФ изготовляются след®»
здих классов: 6; 9; 12; 16; 20; 25; эти числа показывают минималь-
ную разрушающую электромеханическую нагрузку в тс.
Электромеханическому испытанию подвергаются изоляторы,
соединенные в гирлянду (не более 25 шт) Нагрузку повышают
плавно со скоростью до 3000 кгс/мин до величины одночасовой -на-
грузки и одновременно прикладывают к каждому изолятору через,
искровой промежуток напряжение тока 60—70 кВ обычной частоты
в 50 Гц. Измеряется длина пути утечки тока по поверхности изо-
лятора.
Устойчивость к резкой перемене температур определяется по-,
еле пятнадцатиминутного нагревания изолятора в воде при 70—S
100° и немедленного охлаждения его в воде при температуре на
70° ниже температуры нагрева. Изолятор должен выдерживать;
двукратный цикл такого испытания.
На рис. 153 показан стержневой изолятор СП-110 (СФ-110),3
получивший большое распространение в контактной сети электри-
фицированных железных дорог на ПО кВ номи-
нального напряжения. Такой изолятор применя-
ется для переменного тока 27,5 кВ и постоянного
тока 3,3 кВ в диапазоне температур от —60 до
+ 50°; масса 28—29 кг. Преимущество такого изо-
лятора в том, что для его изготовления требуется
значительно меньше ковкого чугуна, стали и фар-
фора.
Линейные штыревые изоляторы предназначены^
для изоляции и крепления проводов на воздушных1!
0ФР-10-750
Рис. 153. Стерж-
линиях электропередач напряжением до 35 кВ включительно в не-
загрязненной среде. По конструктивным особенностям штыревые
изоляторы группируются из самостоятельных изолирующих эле-
ментов, армированных на цементной связке, как показано на
рис. 154.
Штыревые линейные изоляторы могут изготовляться четырех
классов: 6; 10; 20; 35 (эти цифры обозначают величины номи7
нальных напряжений в киловольтах). Поверхность цементного шва
в армированном изоляторе покрывается лаком, полимеризующимся
при 100—150°. Для защиты цементных швов от влаги и масел мо-
гут быть применены гидрофобные кремнийорганйческие вещества,
например этилтрихлорсилап.
Изоляторы опорного типа предназначены для монтажа шин
и для аппаратов, работающих как в установках внутри помещений,
так и вне помещения при температуре от —45 до +60° на вы-
сотах до 1000 м в незагрязненных условиях. По своей конструкции
«опорники» могут иметь наружную и внутреннюю заделку ар-
матуры.
f На рис. 155 показаны два вида опорных изоляторов для внут-
еиней -установки ОФ — 6 — 750 на 6 кВ и ОФР — 10 — 750 на
0 кВ (второй.для работы в тропических условиях) с разрушаю-
щей нагрузкой при изгибе соответственно не ме-
нее 375 и 750 кгс, массой 2,77 и 2,6 кг.
Изоляторы опорные штыревые для наружной
установки ставятся на штырь, состоят из двух или
трех элементов на цементном растворе и обозна-
0НС-110-300
ПТ^-220Б-Ш
чаются ОНШ с указанием количества киловольт допустимого на-
пряжения и разрушающего усилия при изгибе в кгс, например
ОНШ —35—1000 (из двух элементов) или ОНШ —35—2000 (из
трех элементов).
Изоляторы опорные стержневые для наружной установки ОНС
в виде сплошнотелых колонок, многореберные на 20 и ПО кВ, ар-
мируются и служат так же, как и ОНШ, для электрической изо-
ляции и механического крепления шин открытых распределитель-
ных устройств (рис. 156). Изоляторы с обозначением КО могут;
комплектоваться в колонки.
Изоляторы- покрышки — детали высоковольтных воз-
душных выключателей. Они служат опорными колонками, дугога-
сительными камерами, воздухопроводами, изолирующими кожу-
хами для защиты внутренних- элементов выключателей от атмо-
сферных воздействий. Покрышки отвечают требованиям ГОСТ]
5862—68. Их масса от 25 до 385 кг. Покрышки для трансформато-
ров тока ПТТ приведены на рис. 157. Такие маслонаполненные!
вводы — многоребристые изоляторы — предназначены для изоля-1
ции токоведущих частей трансформаторов МТ, МВ, МН. Масса
некоторых из них достигает 4 т. Данные по высоковольтным изо-
ляторам можно найти в справочнике Птичкина (581].
Помимо отмеченных типов изделий из полевошпатового фар-
фора, производятся изоляторы из других масс: кордиеритовой для
комплектов дугогасительных решеток
к магнитным выключателям, форсте-
ритовой и др.
Среди зарубежных видов изолято-
ров привлекают внимание «мульти-
кон» и «спирелекс». изготовляемые из
обычного глиноземистого фарфора.
«Мультикон» — изолятор, собранный
из отдельных конусоподобных элемен-
тов (рис. 158), связанных цементным
раствором. Удельная длина Пути
утечки тока составляет 1,75—1,8 и
Рис. 159. Изолятор
2,54—2,6 см/кВ (первая —для чистых районов, вторая —для за-
грязненных районов). При высоте 1500 мм и диаметре 250—
300 мм такой собранный из элементов изолятор выдерживает им-
пульсное напряжение 650 кВ, максимальное напряжение системы
145 кВ, прочность при изгибе до 1000кгс/см2, прогиб при 50%-ной
изгибающей нагрузке 8—9 мм. Изоляторы «мультикон» могут
быть собраны высотой до 6 м при диаметре 410—470 мм.
Изолятор «спирелекс» (рис. 159) имеет волнистый профиль
ребра, что увеличивает длину пути утечки тока на 25—30% и по-
вышает на 10—15% мокроразрядиое напряжение. Винтовое (спи-
ральное) построение тела изолятора ослабляет возможность шун-
500
тирования электротока по ребрам при непрерывном движении
струй дождевой воды. Винтовое построение ребра изолятора повы-
шает его прочность. Так, изолятор «спирелекс» высотой 3500 мм,
диаметром 180—216 мм, массой 200—215 кг (при четырех изоля-
торах в колонке) выдерживает максимальное напряжение 420 кВ,
имея прочность на изгиб 240—400 кгс/см2.
[ Опытом установлено, что Одно из решений задачи удлинения
пути тока утечки состоит в развитии ребер. Форма ребер соответ-
ствует углам выступающей части ребра в 60, 40 и 30°. Короткие
ребра с углом выступающей части в 60° предназначаются для
службы изолятора в условиях слабой' загрязненности, острые
длинные ребра — соответственно в условиях загрязнения атмо-
’ Чтобы обеспечить сохранение должного напряжения под дож-
дем, длинные ребра имеют капельник — закругление Нод оконча-
нием ребра. Размеры капельников и профили ребер регламентиро-
Количество ребер определяется номинальным напряжением, под
которым должен работать изолятор: при 6 кВ—2 ребра, при
10 кВ —2—3 ребра, при 35 кВ—4—5 ребер, 38—45 ребер при на-
пряжении 500 кВ. От количества ребер зависит общая высота изо-
Толщина тела (стенки) изолятора определяется в соответствии
с наиболее напряженным местом изолятора. Например, у всех
опорных изоляторов наиболее напряженное место заделки в ниж-
нюю металлическую арматуру, у проходных изоляторов — место
заделки у среднего фланца.
Высоковольтные изоляторы подвергаются испытаниям в соот-
ветствии с требованиями технических условий [488].
Особо трудны условия работы изолятора в поле постоянного
тока. Длительное пребывание полевошпатового фарфора в таком
поле вызывает разрушение его. Рассматривая вопрос о роли
в фарфоровом черепе ионов — переносчиков электрических заря-
дов,— Сканави и Машкович показали [489], что изоляторный фар-
фор (М-23) обладает практически 100%-ной ионной проводимо-
стью. Позднее Будников и др. выяснили [490], что проводимость
фарфоровых изоляторов имеет смешанный (ионный и электрон-
ный) характер, ионная составляющая проводимости определяется
Na4", К+; ионы Ва2~. Са24*, Mg2+ практически не участвуют в про-
водимости до 1000°. В поле постоянного тока в фарфоре возникает
электролиз; продукты электролиза Na+ и К+ окисляются и всту-
пают во вторичные реакции с материалом фарфора, образуя при
нагреве стекло.
Сущность физико-химических процессов при эксплуатации элек-
трокерамических материалов рассмотрели Выдрик и Костюков
[491].
Описание технологии производства фарфоровых изоляторов
сделали Никулин и Кортнев [488], Ахъян [492] и Масленникова,
Харитонов, Костюков, Пирогов [502].
СЫРЬЕ И СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ФАРФОРА
Сырье. Главными видами сырья выступают полевой шпат или.'
пегматит, кварц, каолин и пластичная огнеупорная глина. Требо-
вания отрасли к полевошпатовому сырью отражены в ГОСТ
7030—67. Практически используется сырье Ейского и Асубулак-,
ского месторождений.
Возрастание мощностей, используемых в электротехнической?
аппаратуре, и повышение напряжения тока, передаваемого по ли-;
ниям (порядка 1000—1200 кВ переменного тока и до 2000 кВ по-
стоянного тока), требует увеличения электрической и механической»
прочностей изоляционного материала. Поэтому композиционные
составы фарфоровых масс и технология их обработки подвержены
изменениям. Эти изменения определяются также и тем, что обед-
нение одних сырьевых источников, в особенности полевошпатовых^?
вызывает необходимость вовлечения в производство других.
Если в тридцатых годах отечественная фарфоровая промыщ-;
ленность пользовалась собственно полевыми шпатами с отноше-
нием KzOi NazO, равным не менее 3: 1, то в настоящее время ши-
роко используется полевошпатовое сырье с отношением КгО : Na2O,
равное 2 : 1, и как исключение — менее 2 : 1.
Происходит неуклонный переход на заменители полевого шпата.
Так, в отечественной промышленности перешли на пегматиты и
делаются попытки использования гранитов, анортозитов, ортофи-
ров, кварцсерицитовых сланцев, аляскитов и т. д.
Аналогично происходит переход на заменители и за рубежом.
Во Франции широко используются обогащенные аркозовые песча-
ники с содержанием полевого шпата 14—18%, каолина 10—12%
и до 70% кварца; в США — обогащенные нефелиновые сиениты и
волластонит; в ФРГ применяют- обогащенные каолинизированные
граниты, аркозовые песчаники и нефелиновые сиениты; в Англии —
сильно каолинизированный гранит (корнвалийский камень),
в Японии — «тосеки» — породу, содержащую до 30% полевого
шпата. В Польше — наряду с каолинизированными трахитами и
порфирами — применяют обогащенные флотацией и магнитной се-
парацией аркозовые пески и т. д. Предложен гусевский камень
[497].
.Щелочные украинские каолины, представляющие собою про-
дукт выветривания гранитоидов, также могут быть широко исполь-
зованы в производстве высоковольтного фарфора благодаря зна-
чительному содержанию щелочей с хорошим соотношением
KzO : Na2O, достигавшим десяти и более [493]. Куколев, Скоморов-
ская, Жданюк и др. показали, что «щелочные» каолины Приазовья
могут быть использованы в производстве высоковольтного фар-
фора без обогащения [494].
Так как потери электрического тока при эксплуатации изоля-
тора, его сопротивление пробою и прочность зависят прежде всего
ОТ величины ионной составляющей стеклофазы фарфора, то за-
I мена ионов N+ и К+ (в особенности первого) щелочноземельными
I нонами улучшает свойства высоковольтного фарфора. Этот факт,
отмеченный еще Стадниковым, позднее был изучен Дудеро-
I вым [495].
I Масленниковой и Бученковой был рекомендован для всесто-
Вроннего исследования высоковольтный фарфор с повышенным со-
I держанием окиси кальция, вводимой, например, в виде мрамора
I или волластонита [496], что, впрочем, сужает интервал спекания.
Замена альбита микроклином содействует повышению прочно-
| сти высоковольтного фарфора [156]. Хамано показал повышен-
ную растворимость зерен кварца в расплаве калиевого полевого
> шпата по сравнению с натровым [498]. Этот факт, если признать
I его достоверным, помогает объяснить причину повышения прочно-
Г сти фарфоровой стеклофазы, образовавшейся из калиевого поле-
f вого шпата, тем, что стеклофаза становится насыщеннее кремне-
I земом и поэтому прочнее. О напряжениях см. [499].
L Требования к кварцевому песку: содержание кремнезема не
менее 98,0%, окислов железа и титана не более 0,15%, щелочнозе-
мельных окислов в сумме не более 0,2%, остаток на сите № 0056 не
более 2%’. Кварц в некоторой мере улучшает прочность высоко-
F вольтного фарфора. Сопоставление кварцевого фарфора, содержа-
I щего около 72% кремнезема, с японским (тоже 72% кремнезема).
и с обычным производственным (68,8% кремнезема), по Гайдашу
I [500], приведено в табл.108.
Состав и некоторые свойства Фарфор фарфор Яфарфор
Фазовый состав: муллит кварц Удельное объемное сопротивление, tg6-10_2 при 20° 25,8 13,8 60,4 25 12 3,2-10*» 47’, 6 63 3 1013 45 i 9 85 3 1013
[501], что увеличение
В дальнейшем Гайдаш и др. показали . .
содержания кремнезема за счет уменьшения содержания полевого
шпата с 34,5 до 25,4% позволяет расширить интервал спекания,
повысить пробивное напряжение до 148—159 кВ (изолятор ПМ-4,5)
и электромеханическую разрушающую нагрузку до 7800—9400 кг.
При этом тонкость помола опытных масс не менялась и составляла.
3,5—4% остатка на сите № 0056.
Повышенное содержание тонкодисперсного кварца и уменьшена
ное содержание окиси натрия (например, не более 1,2%) содейст-
вует получению черепа, пригодного для эксплуатации изоляторов*
в особо трудных, тропических условиях.
Требования к каолину: содержание окиси железа —не более
1,2%, окиси кальция — не более 0,8%, механическая прочности!
высушенного каолина — не менее 12 кгс/см2 и специальных высок»
прочных каолинов — не менее 25 кгс/см2; остаток на ситах № 02,
009 и 0056 — соответственно не более 0,05; 0,60 и 0,70%. Широко .
используются просяновский и кыштымский каолины; необходим
безэлектролитный каолин.
Требования к глинам: прочность в полуфабрикате в сухом со-
стоянии —не менее 80 кгс/см2, содержание глинозема —не менее
30%, содержание красящих окислов — не более 2,5%, начало спе-
кания 1100—1150°. Широко применяются веселовские глины.
Глинозем-корунд при введении в фарфоровую массу весьма
значительно увеличивает прочность изолятора. Однако необходимо
пользоваться тонкодисперсным глиноземом с преобладающим раз-
мером зерна 5—7 мкм; Обычный глинозем марки ГК (ГОСТ
6912—64) имеет зерно преобладающего размера 50—70 мкм. Для
повышения дисперсности целесообразно применить струйную мель-
Расчеты масс высоковольтного фарфора приведены Масленни-
ковой и Бученковой [529]. Структуры и свойства высоковольтного
фарфора описаны Масленниковой и Медведовской [413].
Свойства. Электрическая и механическая прочность. Основн&е
влияние на электрическую и механическую прочность фарфора
оказывает стекловидная фаза. По нашим обобщениям, зависимо-
сти между содержанием в фарфоре стекловидной фазы 1, прочно-
содержания стекловидной фазы (рис. 160).
Пористость снижает электропроводность и прочность фарфора
почти линейно (в пределах 3,5—6,5% истинной пористости) в нор-
прочность высоковольтного фарфора резко снижается, но провин-
[ Изменение удельного объемного сопротивления фарфора в за-
висимости от температуры (до 400°) происходит линейно, незави-
симо от соотношения КаО: NaaO, и может быть выражено, по
у фарфора на чистом микроклине до 1 1010 Ом-см у фарфора на
чистом альбите. В обратной зависимости меняются (возрастают)
. тангенс угла потерь и диэлектрическая проницаемость. Темпера-,
СопрОтивление электропробою, по Барашенкову. усиливается
с увеличением кальциевой составляющей (плагиоклазы). У поле-
вошпатового фарфора электрическая прочность не изменяется при-
близительно до 100°, у цирконового —до 200°, после чего начинает
резко убывать.
ности воздействия напряжения. Это объясняется влиянием про-
цессов ионизации, особенно интенсивно протекающих как на по-
верхности материала пор, так и в заключенном в них газе.
Влияние длительности воздействия напряжения на электриче-
скую прочность фарфора видно из опыта Бутра [503], который по-
казал, что если длительно (100—140 ч) выдерживать изоляторы
под напряжением, составляющим 70—80% от пробивного, то элек-
трическая прочность такого изолятора снижается на 20—30%. При
изолятор неодинаковых полей.
Линдсей и Берберих наблюдали увеличение омического сопро-
тивления фарфора во времени. Оно наблюдается не только в фар-
ние со временем возрастает тем сильнее, чем меньше относитель-
ная влажность воздуха, по Барзаковскому и Дуброво [504]. При
этом следует заметить, что пленка глазури сильно повышает по-
верхностное сопротивление фарфора: например, при относительной
влажности воздуха 70% оно увеличивается с 10® до 10м Ом-см2.
Поверхностное сопротивление изолятора имеет существенное
значение, в особенности в условиях повышенной влажности газо-
вой среды.
Основная роль в поверхностной проводимости изолятора при-
надлежит глазури и степени ее гидрофобности; кроме того, гидро-
фобность загрязнений, покрывающих изоляторы (в особенности^
в промышленных районах), также определяет способность изоЛяя
тора противостоять напряжению перекрытия.
Способность поверхности глазури и стекла адсорбировать влагу?)
хорошо известна. По Богородицкому и Фридбергу [505], толщина!
адсорбированной пленки воды на поверхности плавленого кварца-
может быть от 30 до 620 А в зависимости от степени загрязненно-
сти и от природы загрязнений. По существу, воду адсорбирует,
главным образом не сама глазурь, а та пленка аморфного кремне-:
зема, которая, по Гребенщикову, покрывает глазурь. Поэтому'
удельное поверхностное сопротивление зависит от относительной^
влажности воздуха. По данным Барзаковского, оно резко уменья
шается с повышением влажности воздуха. Удельное поверхностное?
сопротивление обычно также уменьшается со временем вследствие,-
развития адсорбированного слоя влаги и накопления в нем про-
дуктов разрушения глазури.
Поверхностное сопротивление изолятора зависит и от его кон-
фигурации. При наличии изогнутых участков на изоляторе сопро-
тивление его увеличивается, по-видимому, вследствие ослабления
в этих участках тангенциальной составляющей напряженности
электрического поля [506]. Так, поверхностное сопротивление изо-
лятора с ребром в 13 раз выше гладкоцилиндрического.
Удельное поверхностное сопротивление глазури высоковольт-
ного фарфора равно (2—20) • 1013 Ом-см. Нанесение на изолятор
гидрофобных кремнийорганических покрытий сохраняет постоян-
ство поверхностного сопротивления, несколько улучшает термо-
стойкость изолятора. В этом смысле хорошо зарекомендовал себя
диметилполисилоксан.
Большое влияние на прочность черепа оказывают количество и
структура муллита. Недостаточное развитие муллита при недо-
жоге, крупные его кристаллы или частичное растворение в стекло-
фазе при пережоге понижают прочность изделия. Кварц, слабо рас-
творившийся в стеклофазе, не улучшает фазовый состав и пони-
жает прочность фарфора [507]. Увеличение содержания кварца
и переход его в кристобалит также снижают прочность фарфора.
Лишь в том случае, когда кварц успел в значительной своей ча-
сти перейти в расплав, прочность стеклофазы возрастает. Замена
кварца двуокисью циркония или глиноземом, частично растворяю-
щимся в стеклофазе при обжиге фарфора, повышает прочность
последнего, что, вероятно, связано как с изменением при этом тон-
кого строения стеклофазы, так и с усилением каркасной роли
кристаллических фаз.
На эксплуатационную прочность фарфора влияют напряжения,
которые развиваются в нем, главным образом в стеклофазе, при
температурах перехода из пластично-вязкого состояния к упругому
(900—750°).
Строение стеклофазы фарфора изменяется с течением времени
под влиянием механических и термических факторов и электриче-
ского поля. Глазурь, покрывающая изолятор, обычно значительно
I улучшает его механические свойства; можно принять, что слой гла*
I аури повышает прочность изолятора при разрыве в среднем на
[ 30—40%, при сжатии на 40%, при изломе на 30—50%. Однако эти
величины сохраняют свою приблизительную достоверность лишь
И и том случае, если глазурь находится в состоянии сжатия, коэффи-
Н циент ее расширения меньше, чем коэффициент расширения тела
^изделия, и нанесена она сравнительно тонким слоем (0,12—0,18 мм).
Ж Причины повышения прочности фарфорового изделия при на-
несении глазури связаны с поверхностным натяжением, состоянием
I глазури и степенью закрытия пор и микротрещин фарфора слоем
глазури.
[ Терми'ческая прочность. Уменьшение коэффициента
расширения а, так же как увеличение прочности Р и уменьшение
модуля упругости Е фарфора, повышают термостойкость Изделий.
F Однако на термическую прочность изделия оказывают большое
I влияние и другие характеристики: степень однородности строения
1 черепа, состав стекловидной фазы, количество муллита, форма и
К размеры изделия и др. Поэтому термостойкость определяют не по
Ь расчету, а непосредственно перепадом температур, которые выдер-
живает изделие.
Опыт показывает, что недожог, содействующий плохому раство-
I рению кварца в стекле, и пережог, вызывающий развитие кристо-
балита, снижают термостойкость. Если сравнить коэффициенты
расширения (от 20 до 400°) а-кварца (19,35—22,2) • 10~6, 0-кварца
> 27,8-Ю-0, кристобалита 9 -10°, муллита 5,7-1О-0, стекла в фар-
L форе 6,8-10-0, то наименьшее значение а приходится на
I муллит и стекло. Поэтому для повышения термостойкости фар-
I фора желательно развитие в нем именно этих фаз. При этом
I также улучшается в некоторых пределах и электрическая и меха-
f ническая прочность. Термостойкость изделия возрастает также по
К мере увеличения напряжения сжатия глазури. Поэтому глазурь
В с к. т. р. меньшим, чем у фарфора, повысит термостойкость изде-
I лия; при этом тонкий слой глазури способствует большей термо-
| стойкости.
Составы. В настоящее время в промышленности применяют три
I типа керамических составов электротехнического фарфора: 1) по-
I левошпатовый обычный, содержащий глинистых 45—50%, кварца
| 20—25%, полевого шпата 25—30%; 2) кварцевый с содержанием
I кварца 27—35%, глинистых 45—50%, полевого шпата 17—22%;
I 3) глиноземистый с повышенным содержанием глинозема за счет
L уменьшения количества кварца. Характеристики свойств этих трех
| групп фарфора приведены, по Тужикову [564], в табл. 109.
Первый тип фарфорового черепа применяется для широкого
перечня изоляторов, второй тип — для воздушных выключателей,
крупногабаритных покрышек для маслонаполненных вводов, тре-
I тий тип —для изоляторов повышенной прочности, таких как опор-
I ные, стержневые и покрышки воздушных выключателей.
Помимо фарфоровых, выпускают изоляторы из стеатитовых
В масс. Такие изоляторы благодаря своей повышенной прочности,
фарфор ВЫфо|аР фарфор
Предел прочности при растяжении, кгс/см2, не неглазурованный 550 1
глазурованный 350 550 650
Предел прочности при изгибе, кгс/см?, не ме- неглазурованный 600 800 1100
глазурованный 700 1000 1400
Предел прочности при ударном изгибе, кгс X ’ 1 7 1 > 8 2,0
X см/см2, не менее (неглазурованный) Электрическая прочность при переменном на- пряжении тока частотой 50 Гц, кВ действ./мм, не менее 30 30 30
0,03 0,025 0,025' j
Удельное объемное сопротивление, Ом-см, не ю12 lOis . 1013. г
Термостойкость неглазурованного, не менее 160 150 160 ";>
кгс/см2), применяются
в частности при растяжении (750—1000 .,г----------
в натяжных И антенных устройствах (ГОСТ 10076—62).
Для мелких изделий назначают низкожгущийся фарфор с тем-
пературой обжига 1150—1250°. Производство изделий из такого
фарфора может быть переведено на конвейер с использованием
скоростного обжига в однорядных щелевых печах.
Полевошпатовый обычный фарфор обжигают при 1320°, квар-
цевый и глиноземистый высокожгугциеся фарфоры обжигают при
1380—1450°. Улучшение составов кварцевого фарфора осуществ-
ляют уменьшением содержания плавней- и увеличением дисперс-
ности составных частей. Улучшить составы глиноземистого фар-
фора можно путем уменьшения содержания плавней, увеличения
дисперсности и введения спеков (фосфатных, баритных и др.) и
минерализующих добавок (0,6—1,5%) в виде окислов Металлов'
(СгаОз, Сг2О3+МпО2 и др.). Замена кварца (полностью или ча-
стично). хорошо обожженным каолином и уменьшение содержания
плавней вызывают увеличение, в черепе муллитовой фазы. По-
этому считают возможным выделить такой фарфор, под назва-
нием муллитовый. ВЫсокожгущиеся фарфоры имеют. более
высокие (на 20 50%) показатели прочности и пробивного напря-
жения.
Чтобы- обеспечить герметичность (вакуум-плотщрсть) соедине-
ний керамики с металлической арматурой, в некоторых видах
аппаратуры применяют обычно молибдено-марганцевое покрытие
и припой. Технология изложена в [257].
Химический состав (в%) некоторых масс высоковольтного
фарфора приведен в табл. ПО.
608
Химический, состав фарфоров первых
трех заводов характеризуется пониженным
содержанием кремнезема, повышенным со-
держанием глинозема, малым отношением
ж-O/Na-O. В связи с тем потери электриче-
ского тока (tg 6) и пробивной градиент
этих фарфоров (заводов «Изолятор», «Про-
летарий») уступают по значениям анало-
гичным показателям фарфоров'других за-
водов. Кроме того, в составах фарфора пер-
вых трех заводов повышенное содержание
;репе (вводилась с плагиоклазом или с каль-
цитом [496]) до 1,1% снижается температура
-полного спекания до 1250° и электрические
свойства улучшаются (угол потерь умень-
шается, а сопротивление пробою возра-
стает). Вместе с тем улуч/вается и механи
ческая прочность. Это происходит лишь при
обжиге до 1250—1300°; после этих темпера-
тур наступает ухудшение свойств черепа.
Однако введение СаО сужает интервал спе-
кания фарфора.
Материальный Состав фарфоровых масс
(в %) приведен в табл. 111.
По данным арматурно-изоляторного за-
вода им. Артема, в табл. 112 приведены со-
ставы массы 2, а также более кремнеземи-
стой массы МК-24 (в %).
Размеры частиц фарфоровых масс (в
мкм) и содержание их (в %) весьма пока-
зательны для масс разных предприятий
фарфора наиболее высокая; череп этого
фарфора однороднее по своему фазовому
составу.
Показатели технических свойств фарфо-
Прочность высоковольтного фарфора
при ударном изгибе составляет от 1,8 до
2,2 кг-см/сма. Среди рассмотренных фарфо-
няется высокой дисперсностью массы и по-
этому лучшей возможностью ее спекания,
благоприятствующей однородности черепа.
Высокая дисперсность массы расширяет
также интервал спекания, содействует бе-
лее интенсивному протеканию реакций об-
разования стеклофазы, растворению в ней
Завод ил» фирма Полевой шпат Примвеи
альбит крёмнё-
«Изолятор» 45,30 16,75 16 80 19 75 1,40
«Пролетарий» 46,81 13,20 1 к. 30 22,37 1,32 .;
«Хермсдорф» 39,65 23,70 4,24 31 66 0,75
«Нейгауз» 40,90 21,20 3 50 33 80 0,60 !
Японский НГК 47,0 22 ,0 31,0
метакаолина и кварца и ускорению развития муллитовой фазыЯ
Признаком улучшения спекания может служить снижение показа*?
теля преломления изотропной массы. Размеры кристаллов муллита!
в японском фарфоре 1—3 мкм, их много, между ними наблюдаются]
сочетания иголочек муллита длиной 6—7 мкм; размеры зерен?
кварца не более 30 мкм, в среднем 6—15 мкм; каемки вокруг зе-’
рен кварца около 1 мкм. Края расплавившихся зерен полевого»
шпата неразличимы. Показатель преломления изотропной массы
1,495±0,002, а стеклофазы вокруг кварцевых зерен — 1,509±0,002.4
Завод или фирма ° РкСгТсТм’НИЯ’ а изгиба. игс/си>
'^ванная0' "“Г1
«Пролетарий» ГДР (DIN 40685-56) Японский НГК Шведский (SEN 040—551—54) Чехословацкий (CSN—ESC) 255-355 250—335 250—350 350—500 200—400 250-350 325-435 325-485 300—500 600—800 300-500 300-500 709-971 679—762 900—1000 400—700 400—700 678-1000 714-959 600—1000 1200-1450 600-1000 600—1000
^Японский НГК 7S,S | 12,5 13.5 1,5 Г Высокую дисперсность фарфоровой массы можно характери- ‘зовать, по Масленниковой [502], остатком на сите № 006—0,5% и на сите № 004—1,5—2,0%. Участие равномерно распределенных добавок минерализаторов ТЮ2, МпО2, ZnO, MgO, В2О3, СГ2О3 и других в реакциях спекания и кристаллообразования в фарфоре значительно интенсифицирует 1 эти реакции и существенно повышает эксплуатационные характе- ристики материала [508]. Богородицким и др. было показано [509], что, сочетая глино- зем с обожженным каолином и вводя борную кислоту и карбонаты бария, стронция и кальция, можно получить корундомуллитовый фарфор. Тонкодисперсиый глинозем оказался весьма полезной ставляющей керамических масс, и прочность их, например ультра- фарфора УФ-46, обжигаемого при 1380° [510], достигла ! 2200 кгс/см2. Вводом умеренного количества (12—18%) обожженного при 1320° глинозема в фарфоровую массу (каолин просяновский 27,5%, г®на часов-ярская 18,5%, кварцевый песок 18,5%, пегма- тит токаровский 29,7%) с обжигом ее при 1320—1350° можно по- высить ее прочность при изгибе до 1900 кгс/см2 при электрической Таблица 114
Термостойкость, А£, °C tg б, % еоУХи“е>.°йе“о™м
"Тв0- ГЛ.ЗУР»..,- ностьПпри’
140—200 180-214 19,9-23,4 25,2-27,8 30-35 25-35 2,7—3,5 3,1-4,2 1,7—2,5 6,3-7,2 ’ 6,0 ’ 6,0 6,0 (1,47—3,25)-10» (1,38-3,25) 10» 10“ 10“—10» 10“ 511
прочности в пределах 33—41 кВ/мм, как это было показано Мас-
ленниковой при подборе массы серии МГ для подвесных изолято-1
ров (511]. При введении 30% глинозема (масса МГ-30) проч-:'1
ность при изгибе достигала 1830 кгс/см2, но требовалась темпера-
тура обжига не менее 1450°. В массах Масленниковой серии «К»;]
в которые входит 6—21% обожженного каолина (1320°), также мо-
жет быть повышена прочность фарфора до 1450 кгс/см2 и электрм
чесКая прочность 43 кВ/мм. Тангенс угла потерь показан на I
рис. 161.
Требуемый более тонкий помол каменистых может быть до-
стигнут, например, увеличением длительности их помола до 10 ч
вместо обычных 8—9 ч при соотношении материал: шары : вода,
как 1:3:0,8. После помола каменистых следуют догрузка као-
лина и воды до получения шликера плотностью 1,5—1,6 г/см3 и
домол еще в течение трех часов. Дисперсность такой массы харак-
теризуется содержанием частиц менее 5 мкм в количестве при-
мерно 65%.
Разработанная в ВНИИэлектрокерамики и принятая на заво-
дах масса 134 содержит 25% технического глинозема марки ГК
(а-А12О3 — 85,95%), каолина просяновского и кыштымского по
12,5%, глины ново-райской 20%; остальное — полевой шпат и
череп. Обжиг этой массы при 1350° позволяет получить материал
высоких свойств.
По данным фирмы «Мерлен Жорен» (Франция), прочностные
характеристики высоковольтного фарфора в зависимости от сой
держания глинозема и кремнезема изменяются так, как это пока-
зано в табл. 115. Образцы и методика испытаний были выполнены
по стандратам Syndicat General de la Gonstruction Electrique.
Модуль упругости (кгс/см2) 10в
Как видим, череп «Extral-бЗ» с повышенным содержанием гли-
нозема— хороших прочностных свойств; в нем всего лишь 4%
512
'.Отведено компонентам, играющим роль примесей-минералиэатб-
ров. В массы высоковольтного фарфора вместо глинозема могут
быть введены боксит и кианит, как это осуществляется в произ-
водствах США и Англии [512].
Улучшение прочностных характеристик высоковольтного фар-
фора при замене (полной или частичной) кварца на глинозем или
прокаленный каолин требует получения этих компонент в тонко-
дисперсном состоянии. В зарубежной практике на ряде заводов
высоковольтного фарфора принята дисперсность, соответствующая
остатку 0,5—1,0% на сите № 0056.
Масса японского фарфора имеет еще большую дисперсность,
если учесть сообщение Сираки [513], относительно общей удель-
ной поверхности японской фарфоровой массы 1,2—1,3 м2/г и на-
личия частиц ниже 5 мкм не менее 45%, а частиц 5—10 мкм
около 35%. Размер частиц масс отечественного ультрафарфора
2,5—5 мкм (70—80%).
Однако необходимо учитывать и другие обстоятельства в во-
просе увеличения дисперсности массы. Во-первых, необходимо рас-
полагать достаточно экономически выгодной системой устройств
для весьма тонкого измельчения каменистых; среди механизмов
для этой цели струйные мельницы могут обеспечить весьма, тон-
кий размол. Во-вторых, очень тонкое измельчение увеличивает
рабочее влагосодержание, затрудняет фильтрацию и сушку, что
требует изыскания своих решений.
Улучшение свойств высоковольтного фарфора при повышении
дисперсности массы изучалось многократно [514].
Составы глазурей. Хорошо подобранная глазурь, создающая
напряжение сжатия тела изолятора, повышает его прочность на
30—50%. Примерные материальные составы прозрачных (белых)
и полупроводящих глазурей (в %) приведены в табл. 116-
Для придания темной окраски изоляторам в глазурь вводили
хромистый железняк 9—10%, пиролюзит 2—3%, марганцевую
руду 3—4%. Используется в глазурях также тальк 5—9%, доло-
мит 13—32%.
Материалы для глазури должны быть тщательно очищены от
нежелательных примесей, главным образом железистых. Содер-
жание кварца должно строго учитываться.
Неравномерность распределения напряжения на изоляторе, на-
ходящемся под током, приводит к коронированию его деталей. Это
создает опасность для нормальной эксплуатации изолятора и вы-
зывает радиопомехи.
Применяя полупроводящую глазурь, можно снизить сопротив-
ление глазурного слоя и тем самым добиться относительно равно-
мерного его нагрева. Поверхностное удельное сопротивление та-
ких глазурей может быть от 1 105 до 2 • 108 Ом • см2, что соответ-
ствует объемному сопротивлению от 4-10s до 8-Ю9 Ом-см для
слоя глазури толщиной 0,25 мм.
В местах наибольшего нагрева изолятора целесообразно при-
менять двукратное глазурование. Отрицательный температурный
17 Заказ №2641 513
коэффициент сопротивления глазури обеспечивает более равномер-
ный нагрев изолятора.
Полупроводящие глазури могут быть получены несколькими
способами, например путем введения в глазурь при помоле про-
каленной полупроводящей кристаллической фазы руды или окиси
металла. Двуокись титана обладает не только ионной, но и элек-
тронной проводимостью. Малое сопротивление двуокиси титана
в стекле можно увеличить добавлением кремнезема, окиси хрома
или окиси алюминия [508].
Требования нормали ОАА 643001—69 на высоковольтный фар-
фор приведены в табл. 109 в графе «полевошпатовый фарфор».
Форстеритовая керамика. Необходимость сохранения в ди-
электриках высокого омического сопротивления при нагревании
вызвала появление композиций на основе талька, так как изве-
стно, что окись магния (наряду с ВеО и B3N4) обладает высоким
омическим сопротивлением в нагретом состоянии и содействует
повышению электроизоляционных свойств фарфора. Зинько и Ро-
дина показали [515] возможность изготовления форстеритового
фарфора, сохраняющего омическое сопротивление порядка 10“
при 500° и 109 при 700°, из массы на основе онотского талька. До-
бавка 10—12% ВаСОз позволяет Получить при 1360° череп, со-
стоящий в основном из кристаллов форстерита размером 6—7 мкм.
Положительно действуют на форстеритообразование добавки ми-
нерализаторов CaHPOi, ZrO2 и НзВОз-
Кордиеритовая керамика. Для дугогасительных решеток маг-
нитных выключателей требуется весьма термостойкий изолятор;
он может быть изготовлен на основе кордиеритового черепа. Кор-
циерит 2MgO 2А1гОз• 5SiO2 имеет малый к.т. р. (1,5'10-в) и обес-
печивает керамике высокую термостойкость. Кордиеритовый мате-
риал К-2, Л-24 имел после обжига [516] показатели, приведенные
Показатели К-2 Л-24
Температура обжига, °C 1360 1320
Водопоглощение, % 7,5 9,0
Общая пористость, % 18,0 25,0
Прочность при изломе, кгс/сма 700 690
Прочность при ударном изгибе, кгс-см/см2 3 0 1 2,8
Удельное электрическое сопротивление при 100°, 9 • 10^2 2-10*3
К.т.р. (20—100) IO"6 2,0 1,97
Термостойкость, °C 700 650
Дугостойкость, с 0 08 0,06—0,08
Огнеупорность, °C 1600 1540
Такой материал готовится из талька, глины и добавки глино-
зема. Трудности обжига заключаются в очень малом интервале
спекания, как это следует из диаграммы системы MgO—A12OS—
SiO2 (рис. 80) для состава 15% MgO, 30% AI2O3, 55% SiO2.
Цирконовый фарфор. Применение циркона ZrO2-SiO2, орви-
лита 8Zr02-6Si02'5H2O, бадделеита ZrO2 и других соединений
циркония в массах высоковольтного фарфора известно давно. Из-
готовление опытных изоляторов по обычной технологии из цир-
коновой массы не встречает затруднений [518]. Показатели че-
репа — прочность при изгибе (на образцах диаметром 10 мм)
1350—1400 кгс/см2, прочность при ударе 1,8—3,0 кг-см/см2, хоро-
шая термостойкость — 200—220° разрушающего перепада темпе-
ратур, угол потерь (25—30) 10~3, близкий углу потерь полевошпа-
тового фарфора, и несколько повышенная пробивная прочность —
30—35 кВ/мм — вполне положительно характеризует этот фарфор.
Высокая стоимость цирконийсодержащего сырья ограничи-
вает возможности его использования в производстве.
Сподуменовый фарфор. Влияние сподумена Li2O • AI2O3 -4SiO2
на свойства высоковольтного фарфора исследовано Тумановым
и Масленниковой [519]; ими показано, что небольшие добавки
сподумена снижают температуру спекания полевошпатового фар-
фора па несколько десятков градусов при сохранении эксплуата-
ционных показателей фарфора на обычном уровне.
Ввод значительного количества сподумена (40%) позволил
получить череп с очень низким к. т. р. (1,7-10“’), высокой термо-
стойкости, плотности и хорошей прочности (850 кгс/см2 при из-
гибе). Малый интервал спекания (порядка 40°) у такого фарфора,
необходимость очень большой скорости охлаждения с температуры
обжига 1320 до 1200° во избежание полиморфной перестройки
17* 515
сподумена,, связанной с увеличением объема и разрыхлением че-
репа, весьма,затрудняет технологию.
Среди других разновидностей фарфора следует отметить бес-
кварцевый с повышенной механической и термической прочностью,
изготовленный Булавиным и Белковым [520] при замене кварца
и. щелочных окислов щелочноземельными; волластонитовый, из-
готовленный Заседателевой и др. [521] на основе вибромолотогб
волластонитового концентрата высокой прочности (до 1800 кгс/см2
при изгибе и пробивной прочности 35 кВ/мм); перлитовый, разра-
ботанный Кутателадзе и др. [522] на основе перлита, серпентина,
доломита, высокой прочности: механической (до 1250 кгс/см2 при
изгибе) и электрической (до 60 кВ/мм); кальцинитовый чехосло-
вацкий, изготовленный при полной замене полевого Шпата кальци-
ной— спеком Из щелочноземельных карбонатов и каолина (1:1),
обладающий прочностью, высоким сопротивлением пробою и ма-
лыми потерями [523]; ашаритовый, трудный в воспроизвод-
стве [517].
Возможность использования флюсов, полученных путем сплав-
ления компонент, отвечающих эвтектикам кремнезем — глино-
зем— RO (где R представлен MgO, СаО, ВаО), была показана
Будниковым, Кешишян, Хожаиновой [524].
Эти флюсы вводились взамен полевого шпата в массу высо-
ковольтного фарфора завода «Изолятор». После обжига при
1320° череп с бариевой и кальциевой составляющими показал хо-
рошие результаты, не ниже требуемых нормалью.
Многочисленные примеры новых разработок составов высоко-
вольтного фарфора говорят о возможности отхода от традицион-
ных составных частей фарфора. Отход этот неизбежен в силу огра-'
ничениости ресурсов некоторых видов фарфорового сырья.
Добавки. Введение некоторых добавок позволяет откорректи-
ровать составы фарфоровых масс и решить задачи использования
технически малопригодных видов сырья, ускорения образования
муллитовой фазы, снижения температуры спекания. Так, середи-
новский малокалиевый аляскит (отношение КгО : Na2O равно 0,77)
при введении добавки 1,29% талька и 1% циркона к 11% этого
аляскита в массе оказался пригодным, по Куколеву и Скоморов-
ской, для получения опорных высоковольтных изоляторов с обжи-
гом их при 1290°; испытание черепа показало заметное превыше-
ние показателей но сравнению с требованиями нормали
ОАА 643001—69 [525]. Существенным обстоятельством явилась
высокая тонкость помола (остаток на сите № 0063 не более 5%).
Розенцвейг и Левицкая предложили добавку ВаО в массу гли-
ноземистого фарфора для существенного улучшения его
свойств,
Лещенко показал [526] целесообразность ввода в электротех-
нический фарфор добавок талька и хромитовой руды в таких со- •
отношениях: (K2O + Na2O) : MgO~3—4; (K2O + Na2O) :Сг2О«»
“2,75—4,4. Добавки ускорили спекание фарфора и улучшили ме-
ханические и электрические свойства фарфора, усилив также мул-
литообразование.
Особенно тесного сочетания реагирующих твердых фаз при
обжиге можно достигнуть при соосаждении аммиаком гидрооки-
сей металлов из нитратов солей [565]. Водная «молекулярная»
смесь гидроокисей может быть подвергнута промышленной сушке
в распылительном сушиле для получения порошка [567]. Может
быть также использован .в некоторых случаях метод совместного
гидролиза, например смеси хлоридов кремния и алюминия, по
Крофтсу. Эти методы могут оказаться экономически пригодными
в некоторых специальных случаях для решения каких-либо осо-
бых задач.
ПРИГОТОВЛЕНИЕ МАССЫ ДЛЯ ИЗОЛЯТОРОВ
Действующая технологическая схема приготовления массы и
глазури аналогична применяемой в производстве хозяйственного
фарфора. Более экономически выгодна и технически прогрессивна
технологическая схема обогащения и подготовки сырья на специ-
ализированном заводе, обслуживающем группу заводов-потреби-
телей. Такая схема принята на зарубежных предприятиях, и при
таком решении отпадает необходимость в создании на каждом
фарфоровом заводе своего участка первичной обработки . .сырья.
Подобная технологическая схема приведена на стр. 518.
Работу участка приготовления массы производительностью
'2 t/ч обеспечивают 3 человека в смену —один оператор у пульта
управления и двое работников на приеме заготовок, например по
данным французской компании «Компани Женераль д’ Электросе-
рамик».
Показатели работы участков обычной действующей технологи-
ческой схемы и некоторые элементы их рационализации таковы.
1. Задача хранения сырья, взвешивания и транспортирования
в отделение приготовления массы имеет современное решение
ления. Пневмотранспорт сыпучих тел исключает запыленность по-
мещения и потери; его подача высока (например, 100 т/ч при пе-
редаче материала на расстоянии до 300 м и на высоту до 30 м).
Бункера обеспечены регуляторами степени заполнения с по-
мощью световой или звуковой сигнализации.
Бумажные мешки с сыпучим материалом хранятся штабелями
на поддонах, удобных для транспортирования электрокаром. Рас-
паковка мешков, подаваемых в разгрузочную камеру конвейером
с шипами для захвата мешков, производится посредством автома-
тического разрезания мешка дисковой пилой. Камера снабжена
системой пылеулавливания, порожние мешки опрессовываются,
в кипы и направляются в переработку на бумажную фабрику;
Высыпаемый материал, прежде чем попасть в пневмотранспортер
и в бункер, проходит ферромагнитный контроль.
Бункера резервного назначения могут иметь вместимость до
600 т, бункера операционного назначения — до 20 т. Чтобы преду-
предить зависание материала, применяют: 1) вибраторы в виде
металлического листа в бункере, соединенного с вибрирующим
наружным стержнем; 2) перемешивающие штанги, завершаемые
винтовыми лопастями, и др.
2. Роспуск глины осуществляют в смесителе после резки ее на
глинорезке или на зубчатых валках (размер кусков 50 мм). Влаж-
ность суспензии 73—75%, плотность 1,155—1,167 г/см3; длитель-
ность распускания 3 ч. Аналогично ведут роспуск каолина; плот-
ность суспензии каолина 1,217—1,231 г/см3, влажность 61—65%.
Воду: заливают по счетчику или по мерной линейке в баке.
i' После распусканий суспензия гли-к-г и, соответственно, каолина
перекачивается центробежным насосом в бассейны-сборники, от-
куда по мере надобности—в мерные баки. После двухминутного
Перемешивания сжатым воздухом суспензия подается также с по-
мощью сжатого Воздуха (3,5 ат) в загрузочный бак цеха,
f- 3. Пегматит подвергается дроблению на щековой дробилке
до кусков размером ЖмаО мм. Последующее измельчение пег-
матита осуществляется на бегунах или в конической мельнице
с силексовыми шарами до степени крупки, ведется отсев молотого,
продукта на сите-бурат (например, сетка № 2 для массы МК-24
и сетка № 4 для массы 2). Аналогичен просев боя, молотого на
[бегунах. Молотые материалы хранятся в бункерах.
t По исследованию Лещенко [526], обычный нерегулируемый
4юмол на бегунах с невысокой притом их производительностью
‘(0,5 т/ч для средних бегунов СМ-139) может быть успешно заме-
нен измельчением на комбинированной дробилке СМ-165А (соче-
тание щековой дробилки и валков) •• ———------------------— - --
кой последовательности:
и конической мельнице в Ta-
Такая система позволила сократить длительность измельчения
с 6,5—7 до 5—5,2 ч и значительно увеличить производительность
шаровых .мельниц мокрого помола, на которые при такой системе
возлагается роль только домалывающего устройства.
4. Мокрый (раздельный) размол каменистых в шаровой мель-
нице уралитовыми телами и последующее смешивание с суспен-
зиями глины и каолина производится для приготовления массы.
Чтобы приготовить глазурь, ведут совместный помол отвешенных
по рецепту глины, каолина обожженного, песка, мела в порошке
и молотых полевого .шпата, доломита и боя.
Смешивание тонкомолотых каменистых и суспензии каолина
и глины длится 0,5 ч.
Жидкая фарфоровая масса процеживается через двойное виб-
росито (верхнее сито № 018 или 016, нижнее 016 или 014). При
отсутствии латунных сеток применяют капроновые ’ (например,
519
сетки артикула 35 и 38). Кроме того, шликер проходит через
электромагниты и постоянные магниты. Например, показатели'
шликера к массе МК-24: остаток на сите № 0045 не болёе 0,6%,
плотность по ареометру 1,40—1,60. Для массы 2 шликер имеет
сухой остаток 2,2—3,0% на сите № 0056, плотность — та же.
5. Фильтр-прессование смешанного шликера производится прй
температуре последнего 30—40°. Плотность шликера по ареометру.
1,4—-1,65 г/см3. Перед фильтр-прессованием производится добав-
ление 25—30% шликера из отходов стружки и сушья. Давлений
накачивания — до 18 ат.
Влажность коржей 20—26%. Коржи подвергаются первому,
промину в вакуум-мялке, например «Кема-450», и валюшки на-
правляются на 3—4 сут в подвал для вылеживания при 20° и 80—
90% относительной влажности.
Улучшение однородности тела фарфоровых заготовок для
крупных изоляторов может быть достигнуто уменьшением размера
рам фильтр-прессов, например до 400X400 мм. Малые размеры
коржа позволяют получить массу более однородную по влажности
и направить ее на формование без применения предварительного
промина, как это принято, например, на французском заводе
в Базете; стопки коржей готовой массы, покрытые полихлорвини-
ловой пленкой, хранятся в течение 24 ч на деревянных подставках
и затем направляются на вытяжку в вакуум-прессе.
Малый диаметр коржей, имеющих толщину около 22 мм, при-f
нят и на японских заводах НГК. Жижелистый участок у централь-
ного канала вырезают и получают коржи равномерной влажности.
Такие коржи сразу используют на участке формовки изоляторов,^
иоднократным пропусканием массы через вакуум-мялку получают
заготовки для формования.
На японских заводах используется фильтр-прессная ткань ви-
нилон, более тонкая и легкая, чем бельтинг. Вторым полотном
идет нейлоновая ткань. Длительность службы первой 400 оборбЯ
тов, нейлоновой — 4000 оборотов.
Система тщательного сохранения от пересыхания массы, за-
готовок, полуфабриката под полихлорвиниловыми пленками рас-
пространена почти повсеместно на европейских, американских й
японских фарфоровых производствах. Хранение под увлажненным
полотном недопустимо из-за переувлажнения массы с последую-
щей разностью усадок.
Периодическая работа обычного фильтр-пресса лишает непре-
рывности современный производственный процесс приготовления
массы.
Некоторые исследования, выполненные с целью устранения
периодически фильтр-прессования, завершились промышленным
освоением новых механизмов. Таков, например, ФПАКМ (см.
стр. 390). Предложено электрофоретическое обезвоживание фар-
форового шликера машиной ЭФА-1,5 [528].
Параметрами, определяющими однородность коржа, высту-
пают давление при фильтр-прессовании и толщина коржа (ши-
рина камеры). Опыты на заводе «Хермсдорф» (ГДР) показали,
что с увеличением давления прессования и с уменьшением в связи
с этим длительности прессования разброс влажностей коржа
сильно возрастает. Иными словами, сокращение длительности
фильтр-прессования путем увеличения давления влечет увеличе-
ние затрат на последующую гомогенизацию массы.
6. Требования к массе, подаваемой на столы с целью пропу-
ска вторично через вакуум-пресс для изготовления заготовок
к формованию, таковы. Масса не должна быть: зыбкой, запесочен-
Ной, загрязненной волокнами фильтровальной ткани, окислами
железа и пр., примороженной, обветренной (присохшей); до-
пустимый перепад влажности (в одной партии) не более 0,5%.
При хранении в цехе массу тщательно прикрывают пленкой.
К массе высоковольтного фарфора предъявляются повышен-
ные требования в отношении, однородности. Так, при недостаточ-
ной однородности тела опорных изоляторов может возникнуть
массовый треск их, связанный либо с неоднородностью массы при
проминке, либо с чрезмерной пластичностью и усадкой массы при
сушке. Это может быть исправлено заменой части глины каолином
или при неоднородности массы повторной проминкой этой массы
в вакуум-прессе. Полезный способ контроля однородности массы,
заслуживающий широкого распространения в керамической про-
мышленности, может быть осуществлен радиоинтроскопом.
7. В виде примера приводятся нормативы на сырье, по дан-
ным завода им. Артема, на 1 т годного фарфора из массы МК-24:
каолина положскОго для производства массы, глазури, огне-
упора— 0,695 т; глины веселовской для тех же целей — 0,615 т;
песка кварцевого — 0,415 т; пегматита елисеевского для массы —
0,35 т; мела Для глазури — 0,0018 т, доломита для глазури —
0,001 т; шпата полевого для глазури — 0,028 т; гипса для форм —
0,055 т, ткани бельтинг — 0,6 м; ткани капрон — 0,56 м.
8. Технология изготовления массы для глиноземистого фар-
фора, описание системы обезвоживания шликера и устройство
прессующей головки к вакуум-прессу «Зоэст-Феррум» сообщены
ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК И ФОРМОВАНИЕ
ИЗОЛИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Общие сведения. Заготовки получают методом протяжки массы
(после предварительного промина и вылеживания) через мунд-
штук вакуум-ленточного пресса. Используются вакуум-прессы как
одно-, так и двухвальные фирмы «Тюрингия», «Зоэст-Феррум» и ма-
рок СМ-241, СМ-449 и другие, располагающие двухвальным сме-
сителем. Диаметр и форма мундштуков зависят от размера заго-
товок.
1521
Для изготовления крупногабаритных изоляторов, в особенной
сти конической формы, применяется протяжка- на вертикальны^
вакуумных прессах с последующей обточкой как внутренней, так
и наружной поверхностей на вертикальных копировальных стан?
Применительно к работе вакуум-пресса приняты такие норма--
тивные показатели для вытяжки заготовок: влажность массы ме-
няется по виду заготовок от 19 до 21%, колебания влажности;
в отдельных кусках массы —не более 0,5%, температура массы —
не выше 28°, загрузка массы в пресс — равными кусками по 10—’
15 кг, остаточное давление в вакуум-камере 25—20 мм рт. ст.,
температура воды, охлаждающей вакумм-насос,—не более 20°,
температура фарфоровых заготовок при выходе из пресса — не
выше 30°.
Качество заготовок проверяется путем осмотра срезанной и;
немного растянутой пластины массы толщиной 10 мм; делается'
это 5—6 раз в смену. На пластине не должно быть разрывов и
крупных пор от пузырей.
Расслоения массы появляются при недостаточном разрежений
в вакуум-камере (плохо работает вакуум-насос, недостаточна гер-
метичность сальников и масляного затвора, чрезмерный нагрев
воды в насосе), при переполнении вакуум-камеры массой (изно-
сился прессующий шнек, попадает вода в вакуум-камеру, обороты,
вала шнека стали меньше оборотов вала массосмесителя, возросли,
давление и нагрев в переходной головке пресса и т. д.).
Именно вследствие возможности внезапного появления того?
или иного недостатка в работе вакуум-пресса необходимы систе-э
матические пробы качества пластины в срезе.
Быстрый местный контроль влажностной консистенции массы
предлагают осуществлять иластомером (твердомером) Шора, ко-
торый применяется для контроля резины и каучука; индентор вы-
полнен в виде цилиндрика диаметром 6 мм.
По признаку влажностной консистенции на заводе «Хермс-
дорф» (ГДР) принято деление заготовок: для полых изоляторов —
21—22%, полнотелых заготовок —22—23%, заготовок для обто-
чки—23—24%.
При выпуске заготовки ленточным прессом для придания ro^j
могенности экструдируемой массе осуществляется расширение
мундштучной части; отношение диаметра расширения к длине ко-
нического и выравнивающего участков мундштука (рис. 162, а)
принимают как Дма1(С: I— 1 : (3-4-4).
Длина выравнивающего участка подбирается по влажности и
свойствам массы. При слишком коротком и при слишком длин-
ном участке возникают растягивающие напряжения в заготовке,
которые могут разрешиться в виде трещин.
Иной прием решения задачи выравнивания плотности и прида-
ния однородности заготовке осуществлен с помощью диафрагмы,
помещенной внутри мундштука (рис. 162, б); выпарной винт —
трехлопастный.
522
Г'. Скорости выхода бруса из мундштука пресса невелики. При-
водим, например, данные по заводу «Хермсдорф».
W
35
Видно, что при уменьшении диаметра скалки скорость возрас-
вольтного фарфора
Заготовки необходимо тщательно прикрывать полихлорвини-
ловой пленкой, чтобы не подсыхали края. Недопустимо смачивать
водой подсохшую массу, чтобы не вызвать усадочные напряжения
и трещины.
Изготовление деталей типа ПФ и ОНШ. Для изоляторов под-
весного типа ПФ и опорно-штыревых ОНШ диаметр выходного’
отверстия мундштука пресса 220 мм; длина заготовок от 175 до
220 мм, масса каждой заготовки от 13,5 до 16,4 кг соответственно'
размерам будущих изоляторов.
Отрезанные заготовки складываются на стол в количестве, со.-;
ставляющем общую массу 800 кг, после чего стол отвозится на
сбивку и проточку заготовок. Перед сбивкой срезают проволокой;
участки со складками (жмотины). Сбивка состоит в том, что за-
готовкам, имеющим форму кома, вручную ударяя и прикатывая,
придают конусообразный вид. Центральная более рыхлая часть
заготовки не должна попадать в головку изолятора.
Проточка заключается в осаживании и в подъеме влажными
руками сбитой заготовки, установленной по центру на вращаю-
щемся точильном станке. После проточки снимают слой полужид--
кой массы металлическим резаком и заглаживают чистой рукой.
Заготовку отделяют от диска с помощью резака, переворачивают
и опускают в чистую гипсовую форму (о механизации см. [586]).
Далее следует запрессовка заготовки в форме пневмопресса.
Формуют детали металлическим шаблоном при вращении шпин-
деля с установленной формой, содержащей запрессованную заго-
товку. Изделия подвяливаются в формах в цеху и после отстава-
ния от стенок формы подвяливаются в извлеченном виде до 17—
19%-ной влажности. При этой влажности изделия оправляют.
Оправку ведут петлевыми резцами на оправочных станках с ва-
куум-присосом для установки детали.
Подлежащую оправке деталь осторожно устанавливают на
диске станка; включается присос, и производится срезка припуска
массы с тела детали с помощью подвижного резца-держателя.
Толщина стружки не более 3 мм. Края детали «заваливают» дру-
гим резцом и резиновой пластиной заглаживают поверхность де-
тали. Обрезки массы собирают, распускают в смесителе и пере-
качивают в МЗЦ. После оправки изделия подвяливают и отправ-
ляют на сушку в туннельном сушиле до влажности не более 1%.
После сушки изоляторы проверяют фуксиновой пробой на на-
личие треска (обычно у «яблочка» изолятора) и подвергают гла-
зурованию на многошпиндельной глазуровочной машине.
В практике японских заводов НГК заготовки проминаются из
массы влажностью 25% в вакуум-прессе при остаточном давле-
нии 2—5 мм рт. ст. При обивке придают овальную форму кому
так, чтобы ось скалки стала бы поперечником овальной заготовки.
Проточку заготовки ведут руками путем осаживания и вытягива-
ния у тела в виде кегли. Формуют в гипсовой форме четырехшпин-
дельного полуавтомата с латунными вращающимися пуансонами,
которые автоматически смазываются маслом типа веретенного.
После первого пуансона, распределяющего массу в форме, второй
пуансон, подогреваемый электротоком до 50°, давит на массу и от-
формовывает реберную (нижнюю) часть изолятора. Излишки
массы выходят через отверстия в пуансоне (излишков не более
| 100 г на один изолятор). Длительность действия пуансона 18 с.
Обслуживают этот станок 6 человек. В практике завода широко
В используется временная обклейка краев ребер изоляторов поли-
се хлорвиниловой лентой, предупреждающей пересыхание.
Изготовление заготовок и оправка стержневых изоляторов
I СП-110. Для постоянства усадки г заготовке ллиной
I 1530 мм и толщиной 193 мм не-
обходимо сохранять постоянную
скорость питания пресса массой и
И постоянную скорость выхода заго-
1 тонки. Так, при скорости 0,2 м/с
В воздушная усадка составит 4%;
при скорости 0,6 м/с усадка умень-
I шилась до 2%. Медленный выход
В заготовки не способствует хоро-
| тему уплотнению массы. Чтобы
I качество уплотнения улучшить, це-
лесообразно иметь конический пе-
t реход от цилиндра пресса к мунд-
штуку.
Отклонение влажности массы
Ина 1 % вызывает изменение усадки
на 1%, что находит отражение
I в кривизне заготовки.
L Быстрая, со сквозняками суш-
ка вызывает неодинаковую усадку,
I появление трещин и отваливание
I ребер изолятора. Перегрев загото-
вок (50°) вызывает также иаруше-
I иие строения массы. Недостаточ-
I ная подвялка заготовок приводит
I к скручиванию изолятора по спи-
В рали при обточке его на копир-
L станке.
I Заготовка массой около 90 кг,
В принятая из мундштука пресса на
корытообразный лоток, подвялива-
Г ется от влажности 19—21% до
18—19% в камерном сушиле при
I ф = 60% и 1=55° в течение 7—9 ч
I (летом). После подвялки концы
I заготовки обрезают строго парал-
I лельно, укладывают заготовку в металлический лоток, насажи-
вают диск на нижний конец и устанавливают на нижний шпин-
I дель копирстанка в вертикальном положении. На верхний конец
заготовки насаживают второй металлический диск и закрепляют
I его. Включив станок, снимают резцом № 1 снизу вверх наружный
слой массы, придав телу заготовки строго цилиндрическую форму.
| Резцом № 2 по копиру оформляют ребра и бомзы изделия. На
КОППрстанке с фотореле эта работа выполняется автоматически
(рис. 163). Ручным резцом К» 3 доводят ребра до размера по
чертежу. Резцом № 4 наносят канавки 6 мм в местах перехода!
окончаний к бомзам. Заглаживают поверхность изолятора резиЯ
новой пластиной и, сняв изолятор, обрезают верхнюю бомзу. Из-
делия транспортируют в вертикальном положении для предвари-
тельной сушки на стеллажах до побеления (12—14%), а затеям
сушат в, камерном сушиле с монорельсовым транспортом до ос-
таточной влажности 1 % и направляют на глазурование.
Протяжка полых заготовок. Для протяжки заготовок мелких —
ИП-1208,'ИП-1.060, ИП-3102 и др. и среднегабаритных — ИП-ЗщЯ
ИП-1203, ИП-800 и Др. устанавливается мундштук с керном, как
для труб. Выходящие из мундштука заготовки отрезают, прини-
мают на лоток и отправляют на подвялку. Методы приемки раз-
личаются в зависимости от типа изолятора.
Для протяжки крупногабаритных цельнотянутых изделий типа-
ПТТ применяется мундштук-расширитель. На рис. 164 показан
момент приема цилиндрической заготовки для покрышки
типа ПТТ.
Для протяжки крупногабаритных цельнотянутых изделий ци-
линдроконической формы типа ПТНМ применяется раскрываю-
щийся мундштук (рис. 1б2, в); обе створки мундштука раскрыва-
ются после того, как срезаемый по мере выхода излишек массы
достигнет длины 0,3 м; пресс останавливают, раскрывают створки
мундштука, снова включают пресс и продолжают вытяжку ци-
линдрической части при раскрытом мундштуке до соответствую-
щего размера заготовки. Коническая часть заготовки принимается
на малый лоток, который вместе с заготовкой движется по боль-
шому лотку. Цилиндрическая часть заготовки ложиться на боль-
шой лоток. Вытянутую заготовку отрезают, переводят: вместе
с лотками в вертикальное положение на щит механического
опрокидывателя-тележки и транспортируют автопогрузчиком на
подвялку, которая длится несколько суток до влажности 17,5%.
Далее следуют обточка петлевыми резцами, сушка, глазурование
1и отправка на обжиг.
Изготовление заготовок и деталей опорно-стержневых изолято-
ров. Вытяжка заготовок и деталей изоляторов типа КО-110—2000, .
КО-110—1300, ОНС-ПО—2000, ОНСМ-ПО—3000 и. других из гли-
ноземистой массы (№ 134) на вакуум-прессе осуществляется по
ранее изложенной методике с приемом на лоток, после чего сле-
дуют подвяливание до влажности 17,5—18,5% и обточка на вер-
тикальном копирстанке, например, фирмы «Хазет К/DKSA». Заго-
товку устанавливают на центрирующей шайбе и укрепляют в цен-
трах. Обточку ведут «обдирочным» резцом; после этого обтачи-
вают профиль изделия по копиру с помощью петлевых резцов. За-
тем следует дополнительное отлаживание стальной или латунной
пластинкой, а нижнюю поверхность рёбер затирают бельтингом и
заглаживают кирзой.
Сушат снятые изделия на монорельсовых вагонетках в тун-
нельном сушиле. Через сутки после обдувки сжатым воздухом и
протирки губкой изделия глазуруют медленным окунанием в вер-
тикальном положении в чан с глазурью. Изделие вращают. Пред-
варительно нижний торец парафинируют. После выдержки Не
менёе 16 ч в заглазурованном состоянии изделие ставят на обжиг
в печь с выкатным подом.
После обжига посредством алмазного круга отрезают припуски
и подвес с двух сторон изолятора на станке при обильном смачи-
вании водой (рис. 165). Завершается процессармировкой изделий.
Изготовление кожухов для разрядников типа И П-1285,
ИП-1291, ИП-1292, ИП-1326 и др. Последовательность операций:
1. Заготовки вытягиваются посредством вакуум-пресса (на- 1
пример, «Раупах-450») из свежей массы влажностью 19,5—20,5% ;
с добавлением массы из стружки или из одной стружки влажно- -1
стью 18,5—20,5%. Температура массы не выше 35°, разрежение 3
не менее 95%, разностенность заготовки не более 7 мм.
Заготовку принимают на лоток, смазанный керосином, отре- ,
зают стрункой на необходимую длину, переставляют в вертикаль-.Я
ное положение, устанавливают с помощью тельфера на вагонетку
и транспортируют для подвялки в цехе' Верхний торец заготовки
прикрывается полотном для предупреждения пересыханий. Под-
вялка —до 17—18,5%-ной влажности.
Обточка осуществляется на горизонтальном станке с много-
резцовым приспособлением’Першина (рис. 166). Для закрепления
заготовки в центрах станка в нее предварительно вводят оправку,
которая снабжена винтовым разжимным приспособлением, пре-
пятствующим сползанию заготовки от собственной массы.
Условия резки керамической массы рассмотрены нами [530]
и позднее Паничевым [531], который предложил новую конструк-
цию петлевого резца, более стойкую в эксплуатации (170 шт. об-
точенных изделий вместо 60) и требующую в 15 раз меньше рас-
хода металла.
Капельницы выбирают ручным резцом. Изделие заглажи-
вается, оправка переводится в вертикальное положение, выни-
мается, а изделие отправляется на сушку.
; Производительность при обточке составляет в зависимости от сложности от 150 до 1000 изделий в смену. Показатели работы станка с многорезцовой обточкой приведены в табл. 118. Таблица 118
Характеристик» заготовок
1 110-150 Д Р 150-200 300—350 615-830 250-600 ' ’ ' . 500—750 400—650 300—180
Вытяжка заготовок для изоляторов, изготавливаемых в боль-
ших кольцевых гипсовых формах с последующей склейкой элемен-
тов (колец) изделия. Получение заготовок диаметром более 1,1 м
и длиной более 2,5 м при 19%-ной влажности массы затруднено
Из-за опасности деформации нижних участков заготовки — полого
'•цилиндра в его вертикальном положении. Захаров и Финкельштейн
показали, что допустимая нагрузка на основание заготовки ука-
занной влажности не должна превышать 0,7 кгс/см2. При сниже-
нии влажности массы до 18% и при давлении 1 кгс/см2 деформа-
ции не заметно. Поэтому для заготовок длиной 4,5 м (например,
для покрышек СБ-0296 высотой 4500 мм, внешним диаметром
1050 мм и массой 4180 кг) необходимо иметь влажность массы не
выше 18,5%.
В существующих условиях не всегда представляется возмож-
ным выдержать влажность массы в требуемой норме. Поэтому
техника цельнотянутой заготовки может быть заменена техникой
жижельной и реже глазурной склейки элементов — колец изоля-
тора. Для осуществления склейки обтачивается замковая поверх-
ность (того или иного профиля) каждого элемента; по этим по-
верхностям элементы склеиваются жижелем. Соответственно
этому требуется готовить кольца-элементы. Формование их про-
изводится следующим образом. Профилированный брус, имеющий
сечеиие прямоугольника, выходит, притормаживаясь с одной сто-
• роны, из мундштука пресса, поступает на приемный круг, установ-
ленный на поворачивающемся столе; после полного оборота стола
вакуум-пресс останавливается, брус отрезается под углом 30—
35°, и косые концы заготовки склеиваются жижелем. Склеенная за-
готовка диаметром более 800 мм перемещается системой подъем-
но-опускных и центрирующих устройств тельфера в гипсовую
форму, которая подается на формовочный станок.
После обточки шаблоном ребра и места сочленения каждого
кольца все элементы подвяливаются в гипсовых формах, извлека-
529
ются, комплектуются по нисходящим диаметрам, склеиваются жи-
телем по приготовленному шву, и собранный изолятор высотой»
1,25—1,5 м и более подвергается сушке в камерах по особому ре-'
жиму. Изделия, высушенные до 1%-ной влажности, глазуруются!
окунанием и отправляются на обжиг.
Изготовление винтообразных изоляторов типа «спирелекс».
Изоляторы этой марки выпускают заводы в Андансетте и в Базете]
(Франция). Изготовляют их способом обточки сухих заготовок.^
Фигурная фреза для обточки вращается с частотой 12000 об/мин J
заготовка — с частотой 2 об/мин. По мнению специалистов, сухая-
обточка заготовки, находящейся в вертикальном положении, луч-:
ше, чем обточка заготовки в горизонтальном положении. Сухой
способ обточки опорно-стержневых изоляторов дает более высокую
точность геометрических размеров изделий, что позволяет сокра-
служивает большого внимания.
Сушат заготовки для изолятора «спирелекс» в два этапа: сна-
чала ведут подвялку в горизонтальном положении заготовок, по-
ложенных в специальные контейнеры — деревянные лотки с про-
кладкой трех слоев бумаги, из которых средний — гофрированный
картон; затем происходит собственно сушка в сушилах в течение,
5,5—6 сут.
Опорный изолятор тина «спирелекс» может быть изготовлен.,
также по методу группы инженеров ЦНИЛ «Армсети» [532] —
непрерывной экструзией фарфоровой массы через отверстие мунд-
штука ленточного пресса при вращении тела изолятора.
Изготовление изоляторов «мультикон». Элементы изолятора]
«мультикон» формуются из высокоглииоземистой массы при влаж-
ности 21—22% в силуминовых формах. Внутренняя поверхность!
формы, отвечающая наружной поверхности изолятора, нрикры-.
вается резиновым чехлом, исключающим прилипание массы
к форме. Вкладывают коническую заготовку в подготовленную, за-
чехленную форму; наклонно вводят в массу конический пуансон,,
которым масса раскатывается в форме, а каток сверху обкатывает’
нижнюю поверхность изолятора. Оформление капельницы произ-]
водят специальным резцом. По окончании формования форму с из-
делием снимают со станка, накрывают подставкой и пе-5
реворачивают для извлечения изделия, и цикл повторя-
ется. Изделие подвяливается в цехе и затем подвергается'
сушке.
Изостатическое прессование. Формование изоляторов из пресс-
порошка влажностью 9% позволяет получить изделия сложной
или трудной в обработке формы при минимальных отходах. Для
такого формования использован метод изостатического (гидроста-
тического) прессования с применением «сухого» чулка и с ваку-
умированием порошка. Наблюдения показали, что механическая^
прочность обожженных образцов, изготовленных с влажностью
9% и при давлении 150 ат, равна прочности образцов с влажно-^
стыо 7%, спрессованных при давлении 500 ат.
В Для осуществления метода изостатического прессования .Звя-
гильский и Тимохова совместно с Яшиным (основоположником
этого метода) разработали аппаратуру и выпустили на москов-
ском заводе «Изолятор» партию изделий для стопорных муфт
[[633]. Аналогичная работа была выполнена на ленинградском за-
воде «Пролетарий» Поповой, а также Коренем.
Изделия после прессования нуждаются в обточке твердосплав-
ными (карбид вольфрама) резцами сплава ВК-6.
Переход к прессованию крупных изоляторов требует создания
Специальных монолитных камер большого размера и преодоления
ряда трудностей [534]. По-видимому, метод изостатического прес-
сования может быть технически и экономически целесообразен
в тех случаях, когда другими методами получить изолятор не
представляется возможным.
Прессование роликов. Может быть осуществлено на роторном
автомате конструкции Главэнергостроймеханизации [570]. Такой
автомат типа РШ-4 установлен на одном из отечественных заво-
гдов. Автомат имеет па валу ротора барабан с 12 вертикальными
пазами по окружности, в которых размещены механизмы прессо-
вания. В столе имеется 12 трехгнездных штампов. Порошок фар-
форовой массы поступает из бункера над прессом с помощью ло-
пастного смесителя. Формы заполняются периодически порошком,
затем происходит прессование, формы раскрываются, и отпрессо-
ванные ролики сталкиваются в отводящую течку.
Производительность — 8640 шт./ч, усилие прессования — 1 тс,
мощность двигателя — 2,8 кВт, масса —3,125 т, габариты — 2230
(высота) X1730X1410 мм.
СУШКА И ГЛАЗУРОВАНИЕ ИЗОЛЯТОРОВ
Сушка. Сушку можно разделить па два периода — подвялива-
ние, т. е. доведение до влажности 17—19%, и собственно сушку,
т. е. доведение (после обточки заготовок) остаточной влажности
изолятора до 1 %.
Подвялка заготовок производится конвективным или элект-
роконтактным способом. При конвективной подвялке в камерах
наблюдаются неравномерность влагосъема и неравномерность
усадки, вызывающая нередко появление трещин в заготовках.
Электроподвялку заготовок ведут током производственной ча-
стоты в закрытых камерах при постоянных параметрах внутри
них. Благодаря наложению контактов на торцы заготовок про-
исходит прогрев их по всему объему; так как градиенты темпера-
тур и влажности совпадают по направлению, то происходит рав-
номерный выход влаги. Примерный режим электроконтактной под-
валки заготовок для опорно-стержневых изоляторов диаметром
280—310 мм и высотой 1640—1670 мм из глиноземистой массы: на-
531
пряжение тока 380 В, температура воздуха в камере, 35—40°, про-
должительность подвялки 16 ч, длительность охлаждения 4—.6 ч.
’ Сушка мелких и средних изоляторов осуществляется в камер- ,
ных и туннельных сушилах. Показатели сушки в камерном сушила
изоляторов типов ПФГ-5, ПФГ-8, ОС-1, ОФР-Ю-750 при среднем
относительной влажности воздуха 55% приведены в табл. 119 (по
данным Арматурно-изоляторного завода им. Артема).
На одной вагонетке туннельного сушила размещается следую»!
щее количество изделий: ПФ-6В; ПФГ-5А; ПФГ-6А — по 96 шт Я
ПФ-16А —64 шт., СФ-110 —28 шт.; ОФР-10-750 —384 шт,,
ТФ-20 —960 шт.
Температура сушки по зонам—1-я —50°, 2-я —65—70°, 3-я — •
75-90°, 4-я — 85—100°, 5-я — 90—105°. Относительная влажность
воздуха — 60—50,%.. Длительность сушки с 19 до 1%-ной влажно-1
сти — 48 ч. Изоляторы ТФ-20 сохнут с 16 до 2—3%-ной влажно-!
сти 24 ч, изоляторы СФ-110 —с 12—14 до 1%’-ной влажности.
Таблица 119
Существенный прогресс в технике сушки крупных изоляторов)
был получен и широко использован в изоляторном производстве
при совмещении радиации и конвекции. По этому методу, разра-
ботанному Бурениным ,[535], в первом периоде сушки изделия под-
вергаются попеременному воздействию инфракрасного излучения
и принудительно направленного потока воздуха. Интервал об-
дувки и облучения 15 мин попеременно, температура воздуха 27—
32°, относительная влажность воздуха 50%, скорость движения воз-
духа внутри изделия 0,8—4,3 м/с (в за-
висимости от размера изделия); скорость
движения теплоносителя вдоль оребрен-
ной поверхности не более 0,4 м/с. Во вто-
ром периоде сушки происходит только на-
• правленная конвективная сушка горячим
' воздухом.
Сравнительные данные сушки изоля-
, торов разными методами в камерах при-
ведены в табл. 120.
Радиационно-конвективный метод осу-
ществляется установкой проходных изо-
ляторов на металлическом дырчатом
поду камеры, внутрь каждого изолятора
вводится стержневой нагреватель. Он
представляет собой фарфоровый жезл
с охватывающим его нихромовым спи-
ральным проволочным нагревателем
Опытом сушки изоляторов с толщи-
ной стенок 30—70 мм установлен допу-
стимый градиент температур на облу-
чаемой поверхности в первом периоде
сушки 8° на 1 см толщины стенки изоля-
тора, что соответствует температуре из-
лучателя 200—300°.
При, сушке в производстве крупнога-
баритных изделий и серийном выпуске
изоляторов используются камерные су-
шила, обогреваемые калориферами. Раз-
меры камеры различны, например длина
7,0 м', ширина 1,5 м и высота 2,5 м.
Изделия можно распределить по раз-
мерам или по массе на несколько групп
и для каждой группы разработать режим
сушки. Это позволяет организовать ра-
боту сушил по стабильным режимам.
На рис. 167 приведены три пример-
ных режима сушки изоляторов: режим I
соответствует условиям сушки сравни-
тельно небольших изделий — опорных,
проходных и подвесных изоляторов мас-
сой 2—6 кг, срок сушки 24—40 ч; режим
II соответствует условиям сушки изо-
ляторов опорных, проходных, штыревых
массой от 6 до 20 кг; продолжительность
процесса 60—80 ч; режим III соответст-
вует условиям сушки изоляторов массой
от 20 до 80 кг, срок сушки 90—110 ч.
Сушка склеенных крупногабаритных изоляторов типа покры-:
шек в камерных сушилах может быть проведена по такому режиму:
30-40
, выдели
80-100
30—15
15-8
95-120
120—144
144—180
180-220
Охлаждение — со скоростью не более 10° в 1 ч до 50°.
В течение первых трех суток воздух в сушиле не перемещается;
последующая сушка протекает при включенном вентиляторе, пере-
мещающем воздух в сушиле со скоростью около 0,5 м/с.
Опыт сушки в инфракрасных лучах изложен в (534].
Глазурование. После «керосиновой» проверки и выдержки в те-
чение двух суток изоляторы глазуруются (кроме участков, покры-
тых парафинирующей смесью) методом окунания вертикально в ко-’
ричневую глазурь плотностью 1,44—1,45 г/см3. Температура гла-
зури не ниже 15°, температура глазуруемых изделий не выше 30°.
Глазурь имеет остаток на сите № 014 не более 0,01 %.
Материальный состав коричневой глазури, %: полевой шпат
(без свободного кварца) — 13,5, кварцевый песок — 31, череп фар-
форовый — 21, глина новорайковская — 3,8, каолин просяновский —
3,8, сушье фарфоровое — 5, доломит —8, мрамор —2,8, марганце-
вая руда —5,1, хромитовая руда —6.
Отсортированные и проверенные лабораторией материалы хра-
нятся в закрытых ларях. Тонкий помол отвешенных по рецепту ком-
понент производится в шаровой мельнице уралитовыми шарами
в соотношении шары: вода : материал, равном 1,5: 0,8: 1,0.
Плотность глазури по ареометру 1,6—1,8, плотность пикномет-
рическая 1,5—1,58 г/см3, тонкость помола 0,05—0,08 мм на сите
№ 0056, влажность43—48%, п.п.п,—6,5—7,2%.
Состав «белой» глазури, %: полевой шпат — 17,5, кварцевый пе-
сок— 36,6, череп —24,7, глина ново-райская — 3, каолин просянов-
ский—2, доломит—10,2, сушье —6. При указанном соотношении
и общей массе материалов, воды и тел 1475 кг, длительность раз-
мола—15—18 ч, плотность глазури по ареометру 1,5—1,6, плот-
ность пикнометрическая —1,45—1,50 г/см3, остаток на сите
№ 0056—0,08—0,12%, влажность —45—50%, и. п. п. —5,2—5,8%.
Готовая глазурь проверяется, в том числе пробным глазурова-
нием. Суспензия глазури перекачивается в бак, откуда проходит
через сито № 06, вибросито № 009, ферритные магниты и электро-
магнитную плиту. Очищенная глазурь сливается в смеситель и от-
туда перекачивается, по потребности в цеха для глазурования.
Операции при глазуровании следующие.
1) Обдувка изделия во избежание сборки глазури или при
прочном прилипании пыли —обтирка полотном и прошлифовыва-
ние наждачной бумагой.
I 2) Проверка керосиновой пробой в сомнительных случаях на
Предмет наличия скрытых трещин, которые становятся видными
'на короткий срок при впитывании керосина.
I 3) Нанесение кистью или прокаткой по сукну парафиновой изо-
ляции из 50% парафина, растворенного в 50% керосина, на те уча-
стки изделия, которые не должны глазуроваться. Эта операция тре-
бует большого умения, чтобы избежать образования пятен пара-
фина на глазуруемых местах, в результате чего эти места могут
остаться незаглазурованными (проплешины).
4) Предварительное увлажнение тела изолятора для лучшего
покрытия его глазурью и избежания «наколов». Мелкие изделия
типа ПФ и ОШ увлажняют путем окунания каждого изолятора
в ванну с водой при движении на глазуровочной карусельной ма-
шине. Крупные изоляторы увлажняют, замывая влажной губкой.
Сам процесс глазурования ведут преимущественно по способу
окунания. Длительность пребывания средних по размеру изделий
в глазурной суспензии 2—5 с, крупных — 10—30 с. Окунание осу-
ществляется с помощью тельфера. Крупные изделия при глазуро-
вании поворачиваются.
На японском заводе НГК длинностержневые изоляторы и круп-
ные покрышки глазуруют пульверизацией.
Те части изолятора, которые должны армироваться металличе-
скими деталями, обсыпают по влажной глазури фарфоровой крош-
кой или обливают глазурью, содержащей мелкую крошку во взве-
шенном состоянии. Для штыревых изоляторов применяется крошка
1,5—2 мм, для малогабаритных — 0,5—1 мм.
Мелкие изделия глазуруют на карусельной машине: насажи-
вают их на резиновые втулки или вкладывают «яблоко» в резино-
вые кольца, укрепленные на штырях-веретенах, и опускают при пер-
вом наклоне веретена в ванну с водой, а при втором наклоне —
в ванну с суспензией глазури. Штыри с изделиями сидят на непре-
рывно движущейся цепи, и сами при этом вращаются вокруг соб-
ственной оси. После глазурования изоляторы, сидя на штырях,
проходят подсушку в рукаве, обогреваемом теплым воздухом. По-
казатели работы такой машины приведены в табл. 121.
На основании данных [567], собранных по ряду отечественных
заводов, составы белых и цветных глазурей для высоковольтного
фарфора могут быть отмечены следующими. Белые глазури: крем-
незема 74—80%, глинозема 13—16%, щелочей и оснований 7—12%.
Коричневые глазури: кремнезема 70—74%, глинозема 12—17%,
щелочей и оснований 14—16%. Плавление белых глазурей при
1340—1400°, коричневых — при 1300—1350°. К. т. р. белых глазурей
лежит в пределах (4,1—4,9) • !0-в, коричневых—(4,4—5,3) • 10“8;
к. т. р. фарфора всех заводов лежит в пределах (5,2—5,5) • 10-®.
Тонкость помола этих производственных глазурей лежит в та-
ких пределах: максимум размера частиц в белых глазурях 48—
535
Таблица 121
56 мкм, наиболее вероятные размеры 7—8 мкм, удельная поверх-
ность 3,8—5,2 ма/г; в коричневых — максимум размера частиц 56—
68 мкм, наиболее вероятные размеры частиц 6,5—12 мкм, удельная
поверхность 5,4—7,6 ма/г .Поверхностное натяжение, рассчитанное;
по Аппену, у белых глазурей 518—538 дин/см, у коричневых —
480—513 дин/см.
Сравнительная характеристика состава изоляторного фарфора
и глазурей приведена Масленниковой в [569].
ОБЖИГ ИЗОЛЯТОРОВ
Обжиг высоковольтных линейных и аппаратных изоляторов про-
изводится обычно в туннельных печах. Реакции, протекающие
в фарфоре при обжиге, рассмотрены выше (стр. 417—433).
Режимные характеристики обжига высоковольтного фарфора
в туннельных печах применительно к изделиям разного типа приве-
дены на рис. 168. Две кривые, обозначенные буквами к, показывают
температурный ход режима по верху и по низу печного, канала при
обжиге изоляторов как крупногабаритных, так и меньших размеров
в туннельной печи длиной 141,5 м. Эта печь, построенная в 1969 г.
на Славянском изоляторном заводе по проекту ВНИИЭК, имеет
необычно большое сечение канала 2,5x3 м. Примечательно то, что
перепад температур по высоте садки, составляющий обычно 400°
и выше в зоне подогрева туннельных печей, в этой печи снижен до.
200°; в ней можно обжигать изоляторы высотой до 2,5 м. Продол-
жительность обжига 162 ч, зоны окисления и восстановления ука-
заны по позициям на рис. 168. 3
Выпуск продукции — 425 кг обожженного фарфора в 1 ч (460 кр
по сухой массе) или 8 вагонеток в 1 сут.
Конструкция этой туннельной печи отличается тем, что в зоне,
подогрева на позициях 4—10 организован с помощью жароупор-
ных вентиляторов отбор дымовых газов снизу и подача их через
свод печи, что оказало существенное влияние на выравнивание
536
температурного поля по высоте. В зоне подогрева с 11-м позиции
размещены горелки для сжигания газа. Всего установлено двадцать
пар горелок с 11-й по 27-ю позиции, что обеспечило возможность
Широкого регулирования температурной кривой. Газораздел на
17—18-й позициях между восстановительной и окислительной зо-
нами осуществлен двумя парами воздушных завес в своде с частич-
ной рециркуляцией газов через под и стены печи.
Осуществлено вдувание пара для ослабления пирометрического
эффекта от сжигания высококалорийного естественного газа
I (7850 ккал/м3) и для стабилизации температуры в конце собст-
венно восстановительного периода (при 1180—1200°). Это не нару-
шает концентрацию СО, требуемую по условиям реакции.
Чтобы предупредить проникновение продуктов горения из топоч-
ной зоны в зону охлаждения, установлены воздушные завесы на
позициях 29—31.
Горячий воздух отбирается из зоны охлаждения на 32—49-й
позициях. Холодный воздух нагнетается на позициях 51 и 53 и ре-
гулирование охлаждения на позициях 34—48 достигается циркуля-
ционными вентиляторами, изготовленными из нержавеющей стали,
имеющими возможность подсоса холодного воздуха. На позициях
1—2 устроены в своде и в стенах воздушные завесы с отбором по-
догретого воздуха из смотрового канала в позиции 5 для преду-
преждения внешнего газообмена.
Дымовые газы отсасываются через 17 пар окон, размещенных
между 2-й и 9-й позициями на уровне канализированного пода.
Расход топлива 430 м3/ч, т. е. около 8000 ккал/кг фарфора.
Режимная кривая, обозначенная точками на рис. 168, характе-
ризует обжиг в туннельной печи длиной 121 м опорно-стержневых
изоляторов с большим диаметром тела типа АКО-110, ОНС-110-2000,
КО НО—1300 и др., изготовленных из глиноземистого фарфора.
Режим этот проводится на печи № 2 завода «Пролетарий» и при-
способлен именно к таким массивным и трудным в обжиге изолято-
537
рам. Поэтому, длительность Процесса обжига составляет 141,5 ч (1(
вагонеток в 1 сут). Появление трещин из-за быстрого выделенщ
значительных количеств конституционной влаги потребовало особо!
выдержки, которая была предложена Этингеном и осуществлен;
при 620°.
Средняя полезная загрузка вагонетки 1083 кг обожженного фар-
фора, что составляет 450 кг в час. Распределение зон: от форка-
меры до завесы газораздела (1—18-я позиции)—36 м. Зона об-
жига от завесы до последней горелки с 19-й по 30-ю позиции —
24 м. Зона охлаждения с 31-й по 59-ю позицию •— 58 м.
Вагонетка имеет ширину 2000 мм, длину 1980 мм, высоту кана-
лизированного пода 255 мм; высота «глухого» пода 320 мм. Опор-;
но-стержневые изоляторы обжигаются в подвешенном состоянии
на заплечиках в количестве 20—22 шт. на вагонетку. Масса эта-
жерки с карборундовыми плитами 4136 кг, масса пода 1149 кг кана-
лизированного +2530 кг «глухого». Отношение этих масс равно
3,82. Расход газа 386 м3/ч (Q=8780 ккал/м3) при 7500 ккал/кг
фарфора.
Режимная кривая, показанная на рис. 168 сплошной линией, от-
носится к обжигу кожухов-разрядников покрышек для трансформа-
торов и воздушных выключателей и других крупных изоляторов
в туннельной печи № 1 ленинградского завода «Пролетарий».
Размещение работающих горелок в печах: печь № 1 — позиции
24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, в пространстве между позициями 28—29
установлены горелки ГНП-4; в позициях 13, 17 и между позициями
15—16 — горелки НИПТИ НПО «Электрокерамика».
В печи № 2 на позициях 21, 22, 23, 27,28,29 и между позициями
23—24, 24—25 и 25—26 — горелки ГНП-4; в позициях 7, 10, 12, 14,
16, 17 — горелки НИПТИ НПО «Электрокерамика».
Перед туннельной печыо размещается предпечное сушило для
предварительного подогрева и для досушки изделий. Досушка осу-
ществляется на печных вагонетках. Длина сушила около 13 м, ем-
кость 6 вагонеток.
Теплоноситель — отходящие от туннельных печей газы, исполь-
зуемые в количестве 35—40% с температурой 120—150° на входе
в сушило; сушка — по принципу противотока с выбросом газов в ат-
мосферу. Тепловой баланс одной из туннельных печей, в которой
обжигаются наиболее крупные опорно-стержневые изоляторы, при-
веден в табл. 122.
Если учесть частичное использование отходящих газов (ст. 2
расхода) на досушку, как это сказано выше, и на сушку полуфабри-
ката, происходящую за счет горячего воздуха, отбираемого из печи
(ст. 3 расхода), то полезный расход тепла при обжиге фарфора
поднимется до 6% полного расхода тепла.
Малый к..п. д. печи вызывает необходимость изыскания возмож-
ностей его повышения. Пути к этому — повышение производитель-
ности печи и снижение тепловых потерь. Повышение производи-
тельности может быть достигнуто, во-первых, за счет ускорения об-
жига; во-вторых, за счет лучшего использования пространства
• ю 8 К
8 ° * “ 8
§ § § 8 §
§ Е 8 §
печного канала. Плотность ставки изоляторов составляет 70;—120
кг/м3, в среднем 100 кг/м3, т. е. используется около 5% рабочего
объема печного канала. Процент этот повышается, если условно отч
нерти к необходимому заполнению печного объема вспомогательа
ный печной припас, которого расходуется в 3—6 раз больше, чем
обжигаемых изделий, как это видно, например, по рис. 169 макета
фирмы «Аннаверке» (ФРГ).
Очевидно, изыскание путей уплотнения ставки, повышение проч-
ности, оборачиваемости вспомогательного печного припаса и уменья
шение его объема и массы содействуют повышению к. п. д. печи.
Кроме того, большое значение для повышения к. п. д. имеет специ-
ализация печей для обжига изделий одних и тех же типоразмеров;
это условие влияет также на гидродинамический режим участков
печи и в итоге создает условие для постоянства качества обжига тех
или иных изделий. Обжиг в капселях предопределяет значитель-
ное снижение к. п. д. печи.
Введение в практику карборундовых плит позволило построить
систему этажерочного полумуфельного бескапсельного обжига
изоляторов. По данным ленинградского завода «Пролетарий», та-
кая система (рис. 170) даже с использованием не очень благопри-
ятного материала для кладки наружных и внутренних стен полу-
муфеля позволила в свое время повысить плотность, садки в 1,5—2
раза и примерно в 1,5 раза снизить массу вспомогательного огне-
припаса, обеспечив в то же время лучшую регулируемость проточ-
пости по поперечному сечению ставки. Размеры каналов в кладке
Поперечных перегородок этажерочкой части вагонеток можно ре-
гулировать так, чтобы «живое» сечение этих каналов постепенно
уменьшалось кверху.
• Немалое значение для стабилизации работы печей имеет гори-
зонтальность свода канала печи, который можно делать не подвес-
ным, но выложенным из клинового фасона.
Г Шлюзование входа и выхода печного канала или создание завес
на первой позиции и на выходе из печи для разобщения печного
канала с внешним помещением является также необходимым сред-
ством, стабилизирующим работу печи. Вопросы эти рассмотрены
( Толяновым [536].
Контроль обжига. Контролируются температурный, аэродина-
мический и газовый режимы работы печи. Температура контролйру-
'ется термопарами, установленными по длине печного канала, по
показаниям потенциометров (показывающих и записывающих)
и пироскопами («конусами»), устанавливаемыми на вагонетке, на-
пример два раза в смену рядом с пробой фарфора для определения
-пористости. Кроме того, периодически, например раз в неделю, про-
ходит контрольная вагонетка с установленными по сечению садки
^пироскопами и с пробами фарфоровых деталей для определения
пористости и для петрографического анализа шлифа.
Целесообразно также проверять систематически, например че-
рез два часа, температуру поверхности изделий или капселей (при
капсельной садке) с помощью оптических пирометров через нижние
гляделки, примерно с 11-й по 35-ю позиции, вводя поправку по ин-
струкции.
Аэродинамический режим и, в частности, перепад давлений ме-
жду рабочим и смотровым каналами контролируется с помощью
тягонапоромеров и приборов, предназначенных для измерения ско-
рости и расходов (пневмометрические трубки и анемометры — для
периодических измерений, расходомеры — для непрерывных изме-
рений).
Характер газовой среды может контролироваться посредством
непрерывно действующих автоматических газоанализаторов на со-
держание СОг и Ог в зоне с окислительным характером среды и по
содержанию СО и На —в зоне с восстановительным характером
среды. Более полно состав газов восстановительной среды может
быть определен по содержанию Н?„ СО, СН4, СтН„.
Так как непрерывно действующие газоанализаторы еще мало
распространены в' печах для обжига фарфора, то широко исполь-
зуются переносные газоанализаторы ручного типа.
Режимы обжига изоляторов должны обеспечить завершение га-
зовыделения из черепа до полного оплавления глазури. Начало оп-
лавления глазурей происходит при 1160—1170° и завершается при
1200°. Поэтому необходимо завершить восстановление соединений
окиси железа в черепе до 1160°. Так как изоляторы имеют весьма
разную толщину, то длительность периода восстановления должна
быть различной.
в-в
Этот вопрос рассмотрен Кортневым, Зориным и др. [566], и ими
даны приведенные в табл. 123 рекомендации длительности восста-
новительного периода при содержании в газах не более 2% СОа.,
Существенное влияние на образование наколов оказывает также
концентрация СО в газовой среде. Чем выше концентрация СО':
в газах, тем энергичнее, согласно закону действующих масс, проис-
ходит процесс восстановления окисных соединений железа в череп®]
и тем большее количество СО2 о.бразуется при этой реакции; этой
Газ во избежание взду-
тий должен выйти
из черепа до заплав-
ления в нем капил-
ляров. Поэтому целе-
сообразно снижать
концентрацию СО
в газовой среде по ме-
ре. повышения темпе-
капилляррв. Такой ре-
жим' изменения, кой-
центрации СО пред-
ложен Кортневым,
Зориным и др. [566],
а именно: 4±1% СО
при 1000—1160°; ЗИ
±1% СО при 1160—
1230°; 1 ±0;б% при
1230—1300°.
Автоматизация об-
жига в фарфорообжи-
гательной туннельной печи сопряжена со сложностью регули-
рования режима при помощи большого количества взаимосвязан-
ных органов и вследствие нестабильного расхода топлива из-за
переменного состава обжигаемой продукции [537]. Тем не менее
последовательная разработка системы автоматического регулиро-
вания (САР) позволит осуществить оптимизацию режимов, об-
жига высоковольтного фарфора как в печах непрерывного, так и
периодического действия.
ТяИлЬтга 193
Опыт Кортнева и Александрова по автоматическому регулиро-
ванию температурного режима обжига изоляторного фарфора
в туннельной печи показал целесообразность раздельного регули-
рования температуры садки, например пирометром РАПИР, по
обеим сторонам печи; количество регулируемых газовых, топок дол-
жно быть не менее 70%. Для автоматического контроля содержа-
ния СО (3—4%) в восстановительном участке с 1050 до 1320°
и (1—2%) на участке с 1320 по 1340° применялся газоанализатор
ОА-2109.
Характеристика дефектов высоковольтного фарфора изложена
Дудеровым и Зориным [538].
Обжиг в периодических печах. Крупноразмерные изоляторы об-:
жигают в периодических печах — прямоугольных, круглых габарииI
тов и в печах с выкатным подом.
Прямоугольные печи вместимостью, например, на два изолятора ;
высотой каждый по 4,5 м подсадкой более мелких изоляторов в обе- i
чайках в печах французского завода в Андансетте (CGEC) имеют'
по две топки с каждой стороны печи, оборудованные горелками!
или форсунками для мазута. Вы-:
леты топок экранированы переваль-
ными стенками (ширмами), доходя-)
щими почти до пят свода. В нижней
части ширмы помещены 3—4 отвер-
стия в Vi кирпича для циркуляци-1
онных газовых потоков.
Длительность обжига 8—10 сут. 1
Температура обжига изоляторов I
из высокоглиноземистой массы 1
1350°. На рис. 171 показана уста-
новка изолятора в такую печь.
Печь с выкатным подом на од-")
ном из отечественных заводов!
представлена камерой вместимо-1
стыо 64 м3. Одна стена камеры |
стоит на выкатном поду. Две топ- .
ки расположены в выкатной стене!
печи, две топки — в противополож-j
ной стене и по две топки — в боко-1
вых стенах; всего 8 топок.
Полезная загрузка такой печи J
может составлять 8,5 т изделий.
Длительность оборота печи, вклю-1
чая загрузку и выгрузку,— 10 сут. <
Стены и перегородки этажерок J
выложены из высокоглиноземисто- S
го кирпича. На карборундовых!
плитах размещены (при бескап-!
сельном обжиге) опорно-стержне-j
вые изоляторы на подвесе; мелкие^
изоляторы —на полках этажерок, а крупногабаритные изделия— J
па перекрытиях этажерок.
Масса огнеупора 24,2 т без учета массы футеровки пода печи.
Расход городского газа на один оборот печи 19 300 м3. Удельный:]
расход условного топлива примерно 2,85 кг/кг обожженного фар-1
фора.
РАЗДЕЛУ!
ФОРМЫ И ОГНЕУПОРНЫЙ ПРИПАС
ФОРМЫ
Общие сведения. Гипсовые формы изготовляются из гипса-полу-
гидрата CaSOf-0,5H2O, получаемого путем частичной дегидрата-
ции гипсового камня двугидрата CaSO4-2H2O. На гипсовый ка-
мень имеются МРТУ 21-31-67. Используется гипсовый камень ме-
сторождений УсТь-Камы и ст. Пшеничная — наиболее чистый по
составу.
Полугидрат CaSOj 0,5Н2О имеет плотность 2,6—2,75 г/см3, по-
сле схватывания количество воды в гипсе достигает 21 %.
Степень дегидратации гипсового камня определяется температу-
рой и длительностью ее воздействия, в результате чего получается
продукт с разными сроками начала и конца схватывания [539].
Дегидратированный гипс, применяемый в тонкокерамической
промышленности, представляет собой смесь а- и р-полугидратов.
Первый получается при дегидратации, протекающей при избыточ-
получается при нормальном давлении в среде, не насыщенной водя-
ным паром, а-гипс (в виде крупных кристаллов) медленно гидра-
тируется и дает более прочные отливки, но с меньшим водопогло-
щением; р-гипс (в виде рыхлых образований плохо выраженных
кристаллов) дает менее прочные отливки, но с большей способно-
стью поглощать воду. Явление схватывания гипса связано с боль-
шей растворимостью полугидрата (10,5 г/л), чем двугидрата
От гипса для форм требуется постоянство сроков схватывания —
не ранее 8 мин и не позднее 26 мин, тонкость размола — не более
0,5% остатка на сите № 02 и не более 2,5% на сите № 008. В на-
ибольшей степени этим требованиям удовлетворяет гипс недавнего
приготовления — в течение первых трех недель после получения. Не
рекомендуется применять полугидрат более чем полугодовой дав-
ности, так же как не рекомендуется пускать в дело свежеприготов-
ленный гипс: он слишком реакционноспособен, и в связи с этим от-
ливки содержат много пузырей.
Технологическая схема варки формовочного гипса такова:
склад — сортировка камня — очистка камня или промывка—дроб-
ление— сушка щебенки — размол дезинтегратором или бегунами—
18 Заказ № 2641
645
просев через сито № 02 —варка в котле — быстрый выпуск и охла
ждение.
Вместимость котла от.2,5 до 15 м3. Варка в котле протекает;,йр)
1.50—170°. Продолжительность варки 80—90 мин, загрузка котл';
занимает 15 мин, выгрузка 4 -6 мин; частота вращения вала емс
сителя 18 об/мин. Расход условного топлива от 50 до 70 КГ на 1
В настоящее время широко используется дегидратация гипс;
в демпфере —цилиндре-запарнике, заполняемом гипсовой щебен-
кой (масса около 10 т), которая запаривается под давлением 1,3 ат
(124°) в течение 7—8 ч. После дегидратации щебенка сушится в су-
шильном барабане продуктами горения природного газа и размаФ
лывается в двухкамерной шаровой мельнице с остатком 1—2% (Я
сите № 02; прочность при растяжении 35—45 кгс/см2, при сжатии
300—400 кгс/см2. Варианты технологии изготовления формовочного’
гипса опйсаны в [540].
Применяемый иногда способ обжига гипсового камня на полу-
гидрат (в Шахтной печи Маркелова) с дроблением и тонким по/
молом не позволяет получать формовочный гипс хорошего Каче-
ства. Расход гипса на 1 т фарфора 0,197 т, фаянса или майолики —
0,134 т.
Свежеобожженный гипс легко поглощает влагу из воздуха и при
хранении под навесом через месяц приходит в полную негодность.;
т. к. частично гидратируется и комкуется. Поэтому формовочный
гипс надо транспортировать и хранить в сухой, плотно закрываю-
щейся таре.
По Шиманьскому, свежий гипс сорта А для литья керамический
форм должен иметь такую крупность помола, чтобы остаток пасите
№ 02 был не более 0,1 %, на сите № 009 мм — не более 5%. Схваты-
вание: начало —8—12 мин, конец—15—30 мин; прочность при сжа-
тии через два часа — не менее 40 кгс/см2.
Оборачиваемость форм —70—80 циклов. При соблюдении тре-
бований к сырью и технологии может быть повышена до 150—180
циклов.
Количество изготовляемых гипсовых форм в год представляет
собой частное от деления количества формуемых изделий (по груп-
пам) в год на оборачиваемость форм для них. Так, если формуется
в год 2 млн. глубоких тарелок диаметром 240 мм, то пополнение
гипсовых форм в год составит 2 000 000:80 = 25 000 шт.
Зная массу одной формы, можно определить потребность в гип-
се для всех форм. Добавив некоторое количество гипса для маточ-
ных форм, рабочих капов и моделей, что может быть принято
равным 15% от расхода гипса на формы, можно установить общую
годовую потребность в гипсовых отливках. Аналогичен расчет по-
полнения гипсовых форм для капселей. Приняв коэффициент рас-
хода полугйдрата на 1 т гипсовых отливок 1,1, можно установить,
потребность в полугидрате.
Литье гипсовых форм. Основное оборудование гипсолитейного
отделения— токарные станки с механическим приводом, дающим
до 150 об/мин, рабочие и карусельные столы для литья форм, столы
для подгонки деталей и для сборки форм, смесители для приготбв-
Подсобные помещения — склад гипса, обеспеченный элеватором
для перегрузки гипса в расходный бункер, и склады моделей, капов,
Приготовление раствора. Опытом установлены такие
соотношения гипса и воды затворения:
При использовании загрязненной воды или при увеличении ко-
личества воды затворения прочность форм уменьшается.
Рекомендуется придерживаться такого порядка, приготовления
раствора. Отмерить необходимый объем подогретой до 35—40“ воды
и залить ее в смеситель, отвесить порцию гипса, ссыпать его Широ-
кой непрерывной струей в воду, дать поглотить воду в течение 0,5—
1 мин и размешать электросмесителем в течение 1—2 мин (при ча-
стоте вращения 100—150 об/мин), ничего больше не добавляя. Ис-
пользовать приготовленную композицию необходимо немедленно.
Затем надо промыть сосуд и смеситель до полного удаления гипса..
После схватывания гипсового раствора (через 20 мин) выбить
форму, осторожным ударом деревянного катка по капу, снять за-
усенцы и сушить при 65° до остаточной влажности 4—6%.
Коробление гипсовых форм — обычный их дефект. Поэтому
требуется обточка их (калибровка) резцами с доведением формы
до требуемых размеров и профиля. Калибровка может быть осуще-
ствлена на шпиндельном полуавтомате ГИКИ. Производительность
полуавтомата 480—720 форм для тарелок в 1 ч. Частота вращения
шпинделя 370 об/мин, мощность электродвигателя 1 кВт.
Массы гипсовых форм примерно таковы: для глубокой тарелки
240 мм —2,2 кг, для мелкой 240 мм —2,5 кг, для блюдца — 0,9 кг,
для чашки —0,8 кг, для таредочного капселя — 5,8 кг, для блюдеч-
ного— 1,5 кг.
Характеристика по пористости гипсовых . форм для литья —
50—60% (при насыщении водой под остаточным вакуумом 15 мм
рт. ст.), размер пор 1—1,5 мкм (чем меньше, тем лучше); форм для
пластичного формования—до 30%, средний размер пор 1,5 мкм
(у синтетических форм 5—10 мкм).
Прочность гипсовых форм при изгибе 30—35 кгс/см2. Средний
диаметр пор (в мкм) может быть определен по коэффициенту воз-..
духопроницаемости f и открытой пористости П по уравнению:
. ОСР= 128,11|-'7:П,
(49)
Где f — определяется экспериментально и имеет размерность!
(м3-см)/(м2-ч-мм вод. ст.) — размерность Банзена;
П — пористость, % (открытая);
128,11 —коэффициент перевода из размерности СГС в размер-1
НоСть Банзена.
Износ гипсовых форм состоит в растворении их рабочей поверД
хности, которая становится шероховатой; размер капилляров и пор'|
почти не меняется, прочность формы при изгибе уменьшается незна-
чительно.
Если гипсовая форма имеет неодинаковое водопоглощение в раз-
ных своих участках, то скорость и равномерность набирания черепа
изделия будет не одинаковая. Это вызовет деформацию изделий '
в сушке и обжиге. Нельзя также допускать образования комков,
и захватывания воздуха. Изготовление гипсовой суспензии под ва-
куумом содействует повышению прочности гипсовых отливок и их
однородности.
Шероховатость поверхности гипсовой формы, определенная,
профилографом, изменилась в 6 раз, по Итиной, через 68 циклов,
если принять за единицу наибольшее отклонение штифта прибора
по высоте микронеровностей у новой формы. Такой износ поверхно-
сти формы существенно сказывается на товарном виде отформо-!
ванного изделия, которое будет иметь негладкий грубошерохова-
тый вид.
Износоустойчивость гипсовых форм может быть повышена про-1
питкой оборотной стороны их 50%-ным сульфитно-спиртовым раст-
вором, 2%-ным раствором поливинилового спирта, растворами мед-
ного купороса, буры,квасцов.
После того как форма поглотит около 10% влаги, дальнейшее
водопоглощение начинает замедляться. Гипсовые формы подсуши-
вают в сушилах при температуре теплоносителя не выше 70° во из-
бежание дегидратации гипса. Расход тепла около 2000—2200 ккал
па 1 кг испаренной влаги. Длительность сушки 20—40 ч от началь-
ной влажности 18% до конечной — 5%.
Модели и капы целесообразно изготовлять из сернографитовой
или сернотальковой (69% серы и 31% талька) массы. Масса гото-
вится путем полного расплавления серы, взятой в соотношении
сератрафит, как 4 (или 5):1. Оборачиваемость таких капов в 10—
20 раз больше гипсовых; кроме того, при этом лучше сохраняется
рельеф. Делают капы из поливинилхлорида и из эпоксидной смолы.
Применяют эпоксидные смолы ЭД-5, ЭД-6 и CHS-Epoxy из ЧССР.
В качестве отвердителя пользуются полиэтиленполиамином и три--
этаноламином. Пластификатором служит дибутилфталат. Наполни-
тель— сухой кварцевый песок, просеянный через сито 100 отв./см2.
Приняты такие соотношения: 1) 87% смолы ЭД-5, 13% поли-
этиленполиамина; 2) 77,5% смолы ЭД-6, 12,5% дибутилфталата,
10% полиэтиленполиамина; 3) 90% смолы CHS, 10% полиэтилен-
полиамина, компоненты перемешивают до полного удаления воз-
духа, смеси 1 или 2 подогревают до 50°. Отливку капов делают в два
приема: сначала заливают в матричный кап (из гипса) часть при-
548
готовленной смеси, при круговом движении капа покрывают смесью:
всю внутреннюю поверхность слоем толщиной 2—5 мм, дают отвер-
деть 3—4 ч и заливают остаток смеси, смешанной с 65% сухого
песка. Через 12—18 ч кап можно извлечь из гипсового капа (при-
строя), промыть денатурированным спиртом и отполировать фет-
ром или сукном. Раковину на поверхности заделать эпоксидной смо-
лой с последующей указанной выше обработкой.
' Изготовление модели сложной формы описано в [541]. Линия
механизации изготовления гипсовых форм рассмотрена в [542]. По-
вышение водоустойчивости гипсовых форм предложено в [543].
Негипсовые формы. Прежде всего привлекает внимание поли-
хлорвинил (ПХВ). Полихлорвинил — продукт полимеризации хло-
ристого винила, и его формула (СН2—СН—С1)„. Благодаря иссле-
дованиям Центера, Итиной, Смирнова и Мельниковой [544], ра-
ботам, проведенным на фарфоровом заводе им. Ломоносова и
фаянсовом заводе им. Калинина, создано производство форм для
пластического формования фарфоровых и фаянсовых изделий без
использования гипса.
Способ изготовления пористых форм из ПХВ1 состоит в следу-
ющих операциях (по Итиной). Предварительно нагретый при 150—
170° в течение 1,5—2 ч и охлаждающийся ПХВ протирается через
сито с размерами ячейки 0,5 мм; содержание частиц менее 10 мкм
не должно превышать 2%. Порошок засыпают в металлическую
форму и подвергают вибропрессованию при нагрузке 50—70 гс/сма,
частоте колебаний 40 Гц и амплитуде 0,7—1 мм. Форму нагревают
в течение 1—3 ч при 200—220°.
Срок службы форм полых изделий 5 000 циклов, для плоских из-
делий — 2500.
Отформованные изделия не требуют зачистки поверхности, как
это необходимо делать при формовании на гипсовых формах через
20—30 циклов формования. Поверхность ПХВ форм не разрушается
при эксплуатации и может быть регенерирована сошлифованием
поверхностного слоя на толщину 5—10 мкм через 2500—5000 цик-
лов работы формы. Изношенные формы можно измельчить до 50—
500 мкм и полученный гранулят снова использовать.
Максимальная температура эксплуатации форм из ПХВ 85°.
Допустимо кратковременное (3—5 мин) воздействие 95—100°.
Используются и другие материалы и способы для изготовления
негипсовых форм. На фаянсовом заводе им. Калинина разработана
технология изготовления форм из порошка пластмассы АСТ-Т
(ТУ 64—2—17—69), жидкости мономера АТ-Т (метилметакрилат)
и наполнителя— талька. На фарфоровом заводе им. Ломоносова
применяют прокатанные пористые пластины из ПХВ, из которых
вырезают заготовки и штампуют их в металлических формах при
70—80°, закрепляя на акриловых основаниях и применяя в качестве
клея поливиниловый спирт.
В настоящее время определились три направления получения
синтетических мелкопористых форм: 1) агломерация вибропрессо-
ванием и прогревом порошков из синтетических материалов (опи-
санный Выше способ) 2) связывание под давлением сиитетиче-:а
сними материалами инертных пористых материалов (“галька, квар8я
цевых зерен, стеклянных порошков и т. и.); 3) вымывание'раЙво-Я
римых Солей из смесей с синтетическим материалом. ПоследнееЗ
направление пригодно для изготовления только пористых диа-
фрагм. В качестве связки могут выступать, как указано, ПХВ,
эпоксидные смолы, фенольные, самотвердеющие смолы и др..
Задача автоматизации технологического процесса выдвинул^
..необходимость создания таких материалов, которые могли бы слу-Й
жить и формой при пластическом формовании и одновременно;!
подставкой для совмещения скоростной сушки и' первого скорост- .
ного обжига. Это позволило бы устранить операции по переста-
новке изделий и чрезвычайно ускорило бы технологический процебО
Исследовательская мысль обратилась ’ к материалам силикат- ;
ного, окисного и металлического характера, стойким при доста-
точно высоких температурах. Так, Бондаренко [545] опробовал гли-
ношлакоситалловые композиции (80% шлакоситалла) с обжигом
форм при 980°, показав их высокую прочность, термостойкость:
и возможность эксплуатации до 800°.
Имеется ряд зарубежных патентов с использованием спечен-
ных металлических порошков, волластонита на связке из алюмо-
фосфатного цемента и т. д.
В ГИКИ разработаны материалы из минерального наполни-
тедя (глинозема, шамота, глины) и кремнийорганического связу-
. юЩего, например этилсиликата, способного при гидролизе образо- '
вывать полимер кремнезема, весьма активного и легко реатиру- )
ющего при нагреве с наполнителем.
Гидролиз может быть осуществлен разными способами. Воз- %
можен такой состав для гидролиза: 60% этилсиликата, 20% эти-,-
лового спирта, 20% воды, 5% раствора соляной кислоты (сверх
100%). Конечный продукт гидролиза представляет собой полимери-
зованное вещество, которое; при последующем обжиге изготовлен- i
ной формы реагирует с наполнителем.
Такие формы прочны, легки, тонкостенны, могут выдерживать :'i
температуры обжига изделий на утель и обладают очень высокой .;
оборачиваемостью, имея лучшие характеристики по влатоотсоеу.
ОГНЕУПОРНЫЙ ПРИПАС’
Огнеупорные керамические материалы, применяемые в соврЯа
- менных печах для обжига керамических изделий, могут быть под-.';
разделены на три группы: футеровочные, установочные, транспор-
тирующие.
[5471 Фи
fjf. свода печей и для пода вагонеток, отличаются по своим свой-
ствам в связи с тем, что первые находятся в постоянных условиях
температурных'‘влияний, газовых сред- и механических нагрузок
Гц поэтому подвергаются меньшим изнашивающим, воздействиям,
в то вр!гмя как футеровка вагонеток находится в переменных ус-
ловиях эксплуатации и должна быть прочной, легкой, огнеупорной
и термостойкой,, то есть'обладать свойствами, трудно совмещае-
мыми в одном и том же материале.
Для кладки стен, свода и каналов с Основной строительной йа-р
грузкой в места непосредственно! о соприкосновения с огневыми
газами используются главным образом огнеупорные изделия ша-
мотной группы (ГОСТ 4385-68) огнеупорностью не мёнее 1730°, со-
держащие глинозема от 28 до 45% с открытой пористостью поряд-
ка 24% И прочностью при сжатии порядка 200 кгс/см2.
несущей Нагрузкой в местах соприкосновения с огневыми газами
применяют шамотные легковесные изделия класса ШЛ или КЛ
(каолиновые) объемной массой 1,3 г/см3, огнеупорностью не менее
1730° и прочностью при сжатии 45 кгс/см2 и соответственно 35—
30 кгс/см2, пригодные для эксплуатации при температуре не выше
1.400° (ГОСТ 5040-68).
Для футеровки вагонеток необходим особо термостойкий, лег-
кий и прочный огнеупор, обладающий хорошими термоизоляцион-
ными свойствами, что в общей сложности дало бы возможность
предельно уменьшить массу футеровки без ущерба для других ее
эксплуатационных свойств. Задача эта решается не очень успешно
и поэтому имеет множество решений в виде многочисленных па-
тентов и технических рекомендаций для того или иного типа печи
или вида обжигаемой продукции.
В этом отношении интересен опыт керамиков США, по СОоё-;1
щению Ремми [549], использующих в скоростных печах ультралег-
ковесные огнеупорные крупные блоки, укладываемые на слой (тол- .
шиной 64-'7' см) огнеупорного бетона, заливаемого на стальную
раму вагонетки. Основные требования к материалу блока: по воз-
можности низкий к. т. р., высокая механическая прочность,.объем-
ная масса менее 0,55 г/см3, теплопроводность менее 0,2
ккал/(м-ч-°С). Подобный «ультралегковес» импортируется из США
в некоторые страны Европы специально для подин в ско-
ростных печах с циклом обжига 2 ч и менее.
В нашей промышленности пока используется высокоглинозё-
мистый (от 45 до 90% А12О3) «легковес» в виде небольших блоков
с черепом открытой пористости От 45 до 85% по водопоглощенйю
(ГОСТ 4385—68). Такой огнеупор имеет низкую термическую
стойкость и не. применим в печах с циклом обжига менее 4 ч.
Наряду с тем применяют жаростойкие легкие (пористые) бе-
тоны. Изготовляют их на основе высокоглиноземистого цемента
(от 45 до 55 %), шамотированной вспученной каолинитовой глины
и добавок солей фосфорной кислоты, например гексаметафосфата
натрия и органических соединений (КМЦ, сульфитный щелои
и др.), имеющих назначение пластификации смеси и содействия^
муллитообразованию.
После трамбования и сушки подобные бетоны имеют объемнуия
массу 1,1—1,2 г/см3 и сопротивление сжатию при нормальной тем-
пературе.50—70 кгс/см2. После обжига при 1300—1400° усадка бе-
тона не должна быть большой (порядка 1—2%), а объемная масса
не должна возрастать.
В качестве компоненты подобных бетонов могут быть приме-:
иены легковесный шамот с объемной массой порядка 0,7 г/см2, ино-
гда—перлитовый вспученный гравий с объемной массой 0,2 г/см3,
вспученный плавленый муллит, нитевидная войлокоподобная масса
плавленого каолинита и другие огнеупорные и термоизоляционные
1<350°)ИаЛЬ1 ° огРаниченно’’ температурой эксплуатации не более
Эти материалы для современных печей скоростного обжига все
же малоэффективны из-за повышенных величин теплоемкости и те-
плопроводности.
Особое значение имеет «ультралегковес». Приготовление легко-
весных материалов основано на вспенивании массы для них. Вспе-
нивание осуществляется обычно одним из двух способов: газовы-
делением на холоде или газовыделением при обжиге. Вспенивание
обычно приводит к образованию открытых пор, снижающих проч-
ность и термостойкость, тогда как по теории термостойкости [5621
необходимо создать замкнутые, несоединяющиеся поры.
Установочный огнеупорный материал. Применяется для .тун-;'
цельных печей тонкой керамики. Это шамотные, высокоглино-
земистые и карборундовые капсели, плиты и подставки для этаже-
рок и пр. Затраты на них составляют 8—15% стоимости обжигае-
мых изделий, а иногда и выше.
Считают, что при политом обжиге фаянсовой и полуфарфоро-
вой столовой посуды в туннельных печах соотношение масс изделий
и огнеупорного материала 1:5; этажерки требуют на 40% меньше
огнеупорного материала, чем обжиг в капселях.
В роликовых Печах отношение массы изделий к массе огне-
упорных подставок и,поддонов еще выше —от 1:9 до 1:12.
Чтобы избежать столь невыгодного соотношения, на некоторых
.зарубежных предприятиях пробуют вести обжиг в роликовых пе-
чах, не пользуясь поддонами, но тогда возникает трудно разреша-
емая проблема очистки роликов от стекающей и наплавляющейся
глазури, если обжигаемые изделия подвергаются глазурованию.
В табл. 124 приведены данные по расходу огнеупорных матери-
алов на 1 т готовых изделий.
Глинокорундошамотные массы. Получившие у нас
распространение глиношамотные массы с отощением 50—55% на
латненской и дружковской (веселовской) глинах для изготовления
капселей имеют сравнительно низкие показатели: прочность при
изгибе после обжига при 1320—1350° от 60—80 до 120 кгс/см2, по-
терю прочности (после двукратного нагрева до 900° и последую-
цего быстрого охлаждения до 20°) до 70% и начало размягчения
род нагрузкой 2 кгс/см2 при 1300—1350°.
I Приводим технологическую схему приготовления шамотной
йассы по мокрому способу, формования, сушки и обжига, приня-
тую, например, на фаянсовом заводе им. Калинина.
Отсортированный капсель- Глина ный бой й Ленточный транспортёр ' , Глинорезка (стругая) Щековая дробилка с вели-
Вальцовая чииой щели 20 мм Сушильный барабан для вы- хода глины с влажностью
дробилка----------------^Элеватор б—8% при температуре
| Г . сушки 500—700°, длитель- (сетка с отверстием 2,6 мм) Элеватор Расходный бункер 4—5 м3 Дезинтегратор (дробление с углом откоса 60° До величины кусков не бо- лее 35 мм) Тарельчатые питатели Шнековый транспортер Расходные бункера на 3,5 м3 Ковшовый элеватор Первый (шнековый) смеси- При выходе‘смеси смачива- ние водой Второй (двухвальный) сме- Массомялка с доувлажне- Вылеживание 2—3 сут
Формование производится на шпиндельных станках Шамарина
ми роликовых полуавтоматах АСФ-05, на фрикционных или гидра-
влических прессах.
Вариант «мокрого.способа» состоит в .обработке измельчён-
>й струганом глины с помощью острого пара, который'поступает
тез сопла в чашу смесителя; глина нагревается до 90° и хорошо
бремешивается с конденсирующейся влагой и с шамотом.
Паровая обработка существенно улучшает формовку и сушку
щелий. Система механизированного горячего приготовления масс
Писана Михельманом [550].
Более совершенный вариант сушки и размола глины состоит
.Объединении в одном рабочем цикле операций подсушки, измель-
ения и сепарации глины. Установка включает молотковую мель-
ицу; шахту-трубу над горловиной мельницы, вентилятор, создаю-
щий разрежение в системе, и воздушный сепаратор. Измалываемый
Материал равномерно поступает с помощью тарельчатого питателя
в мельницу, где размалывается скобами ротора, отсасывается в ша-
щту-трубу вместе с притекающим горячим воздухом или дымовыми
газами и поступает в воздушный сепаратор и пылебсадительные.
Камеры. Нёразмолотые частицы возвращаются самотеком на
I При использовании плит и капселей из талькоглинистых масс
дается значительно (на 25—30%) повысить оборачиваемость из-
делий. Эксплуатация их ограничена температурами 1300—1320°,
при которых начинаются деформация стенок и провисание дна кап-
селя, но для небольших капселей, например блюдечных, добавка
5—6% талька в шамотную массу допускает их эксплуатацию даже
при 1400°.
Состав таких масс : глинистых 45—50%, Шамота — 35—45%,
Многошамотные массы. Лучшие показатели свойств мо-
гут быть получены при отощении массы шамотом' в количестве
70—80% и при замене 10—20% мелкой фракции шамота корундом
плотностью не менее 3,75 г/см3 [551].
Для таких масс применим метод прессования (или трамбова-
ния) ; связка осуществляется смесью глин, например латненской
(ЛТ-1) и Веселовской в соотношении 1:1 или 1:1,5. Применяется
глинозем марки ГК (ГОСТ 6912-64), содержащий a-форму в коли-
честве 85—95%. При отсутствии этой марки можно применить и
другую с тем же требованием в отношении плотности. Необходимо,
чтобы размер частиц глинозема был не более 3 мкм. Это достига-
ется размолом, например на струйной мельнице. Глинозем следует
обжигать при 1350° с выдержкой не менее 2 ч.
После увлажнения раствором сульфитно-спиртовой барды
(плотность 1,12—1,14 г/см3), смешивания со смесью глин в смеси-
теле периодического действия типа Эйриха, прессования под дав-
лением 300—500 кгс/см2 и обжига при 1380° может быть получен
муллито-корундовый огнеупор. Показатели такого огнеупора:
усадка 0,9—1,0%, пористость 25—27%, прочность при изгибе
130—150 кгс/см2, прочность при сжатии 450—490 кгс/см2, начало
размягчения под нагрузкой 2 кгс/см2 1420—1430° и потеря проч-
ности после двух теплосмен 12—32%.
Указанный метод формования дает возможность широко исполь-.
зовать капсельный бой, упростить и сократить сушку, но вместе
с тем требует увеличения затрат на электроэнергию, так как прес-
совое давление достигает 500 кгс/см2 для масс с 80% шамота. Уве-1
личение оборачиваемости все же небольшое, в среднем — в 1,5 раза.
Для этажерочных стоек применяют высокоглиноземистые?
массы. Один из возможных рецептов: глины латненской 25%, ка-.
олина просяновского 10%, талька 11%, глинозема 15%, шамота из-
этой же массы в зерне 3—1,5 мм —20%, 1,5—1 мм —10%, менее;
1 мм —9%. Глинозем предварительно обжигают, как сказано выше,'
при 1350°. После двухвального смесителя массу пропускают через
ленточный пресс три раза, подвергают вылеживанию в течение 2
сут, снова прогоняют через пресс и формуют при влажности 19— I
21% на стотонном фрикционном прессе.
Глина может быть приготовлена в виде шликера. Шликерный
способ обеспечивает лучшее перемешивание глины и отощающих.
Требуется предварительное распускание глины, которое произвол;
дится в винтовых или лопастных смесителях. Смешивают шликер
с отощителем в смесителях периодического действия: типа Вер-
нера—с коленчатыми лопастями, типа Эйриха — по возможности
без применения бегунков во избежание подмола мелких фракций.
Продолжительность смешивания в смесителе Эйриха 6—8 мин,
из них 2—3 мин на сухое перемешивание и 4—5 мин на мокрое пе-
ремешивание при подаче воды или глинистой суспензии.
Примерная схема изготовления деталей этажерок для обжига
фаянсовых изделий по опыту завода им. Калинина приведена ниже. ‘
. Систематическая разработка материалов для печей силикатной
промышленности осуществляется фирмой «Аннаверке» (ФРГ) и
[ представлена марками огнеупоров, приведенными с помощью
I' известных коэффициентов Рихтерса [363] для помещения на диаг-
раммах систем КгО—А12О3—SiO2 и MgO—А12О3—SiO2 (рис 110
и 80) под цифрами 1, 2, 3, 4, 5,8 и 9.
1 Можно заметить, что высокое содержание глинозема опреде-
ляет хорошую эксплуатационную характеристику того или иного
: состава. Добавление 1,5% ТЮ2 вызвало усиленное развитие мулли-
товой фазы, как это видно по составу 4 с наивысшим среди других
| составов сопротивлением изгибу при 1400°.
I’ Для скоростных обжигов керамики при температурах до 1280°
пригодны кордиеритовые (К) и кордиеритошамотные (КШ) огне-
упоры. Состав К: кремнезема — 54%, глинозема — 34%, окиси маг-
ния— 12°/о, сжатие под нагрузкой 2 кгс/см2 при 1320°—10%, к. т. р.
2,7 • 10-6 и объемная масса — 2,7 г/см3. Состав К1И: кремнезема —
47%, глинозема — 43%, окиси магния — 4%, сжатие под нагруз-
кой при 1300°—10%, к. т. р. 4-10—®, объемная масса — 2,6 г/см3.
Для обжигов керамики до 1350° пригоден кордиеритомуллито-
вый (КМ) огнеупор состава: кремнезема — 35%, глинозема — 56%,
окиси магния — 6%, сжатие под нагрузкой при 1450°—10%, к. т. р.
3-10—®, объемная масса —2,9 г/см3. Эти огнеупоры весьма при-
годны для скоростных обжигов.
Карборундовые массы. Особое'значение в последнее де-
сятилетие приобрел карборундовый материал для капселей, этаже-
рочных плит и колосникового настила вагонеток туннельных печей.
Карборунд SiC существует в двух кристаллических формах:
[i-SiC кубической сингонии, плотностью 3,21 г/см3 переходит
в интервале 2070—2370° в гексагональную форму а-SiC, плотно-
стью 3,208 г/см3. В интервале 2800—3100° a-SiC диссоциирует на
кремний и углерод без расплавления.
Благодаря относительно невысокому коэффициенту термиче-
ского расширения—(4,5—5,7) 10_®, высокой теплопроводности
(0,11—0,17) ккал/(ч-°С) и сопротивлению окислению вплоть до
1700° (что связано с наличием пленки SiO2 на поверхности SiC)
карборунд нашел широкое применение в качестве огне- и термо-
стойкой компоненты в огнеупорных составах, пригодных для са-
мых ответственных условий службы в обжигательных печах.
Наличие пленки SiO2 на поверхности SiC обеспечивает реакци-
онное взаимодействие при спекании, и в то же время эта пленка за-
щищает карборунд от агрессивного действия кислот и газов, кроме
плавиковой кислоты и хлора.
Вместе с тем карборунд продолжает окисляться при эксплуа-
тации, что вызывает расширение его и создает опасность разруше-
ния изделий — стоек, плит и т. д. Эта опасность может быть ослаб-
лена вводом в состав массы глинозема, который реагирует с обра-
зующимся кремнеземом; продукт реакции — муллит [552].
По указаниям Фикаи и Фабрици [553], карборундовый припас
разрушается с образованием кристобалита при обжиге на метане
или горючих маслах, когда температура 1350° и выше и оказывав'
влияние перегретый водяной пар.
Карбид кремния взаимодействует также: со связками — нитрид)
ной (SisNi), оксинитридной (S12ON2), алюмосиликатной (глины)/
кремнеземистой (SiO2).
Карборундовые массы, содержащие 40—50% карборунда, раз;
работанные ГИКИ, дают в капселях оборачиваемость до 80 и И
руидовых капсельных масс целесообразно при условиях: 1) нагруЗ
ки на опорную поверхность капселя не более 0,5—0,6 кгс/см?
2) сохранения капселя от ударов; 3) поддержания должной газово!
среды — окислительной до 1100°, восстановительной при 1100—1320
и слабовосстановительной от 1320 до 1400°.
Непластичность или малая пластичность карборундовых мае
потребовала разработки особых приемов изготовления изделий Я
них, которое может быть осуществлено на одной из трех связок
1) на керамической связке (огнеупорная глина); 2) на химической
связке (нередко используется оксинитрид кремния); 3) рекристал-
лизацией в газовой среде кремния. Между изделиями, полученными
по этим трем способам, имеется некоторая разница (табл. 125)
лучший способ — третий.
Коэффициент
Для пластификации карборундовых смесей вводят ПАВ (суль-
фитно-спиртовая барда, спиртовой раствор бакелита и др.).
Прессованные или трамбованные изделия обжигают в разных
условиях, в зависимости от исходного состава. Смеси SiC с глиной
обжигают в окислительной среде при температуре до 1300—135®
Карборунд с добавкой кремния обжигают в углеродсодержащих за/
сыпках, получая особо плотный продукт.
Затруднения, связанные как с плохим заполнением форм, в ко/
торых должны прессоваться подобные малопластичные смеси, так.
и с необходимостью сообщения очень больших давлений (1000 те<
и больше), задерживало развитие производства карборундовых от
неупоров применительно к потребностям тонкой керамики.
Метод пневматического трамбования, состоящий в порционных
протрамбовываииях слой за слоем карборундовой массы в стальной
форме, чрезвычайно малопроизводителен. Метод гидростатического
прессования требует дорогих, малопроизводительных мощных ги-
дравлических прессов. Успех был достигнут при использовании ви-
бропрессования, примененного Городецким, Кузякиной и др. [554],
но необходима дефицитная зеленая разновидность карбида. Метод
(трудоемок. По этой технике плиты формуются из шихты, содержа-
щей 95% SiC, 5%. дружковской глины, 1р% глинозема, обожжен-
ного при 1350°, и связку-пластификатор этилсиликата—40% (25%-
‘ная эмульсия). Формование осуществляют в металлической форме,
имеющей 50 колебаний с амплитудой 0,1 мм. Длительность вибро-
уплотнения 60—80 мин. После формования следует полимеризация
связки нагреванием изделия при 250—300° в течение 50 мин; затем
следует обжиг при 1460°. Термостойкость изделия —200 теплосмен.
Перспективен метод литья карборундовых изделий. По Розен-
берг и др. [555], устойчивый к расслаиванию шликер с 70—80% ото-
щения может быть получен из SiC зернистостью № 100, 80 и 10 (по
ГОСТ 3647-71) и огнеупорных глин. Один из составов такой: SiC
№ 100—47%, № 10—23%, глины латненской и веселовской — по
15%, жидкого стекла —2,5—2,8% (влажностью 58,5%), пирофос-
фата натрия —0,3% воды в массе —21%,
Характеристики высушенной массы: объемная масса — 2,12 г/см3,
открытая пористость —29,4%, прочность при изгибе —20,7 кгс/см2;
после обжига при 1380° объемная масса —2,08 г/см3; открытая по-
ристость—29,6%, водопоглощепие—14,2%, прочность при изги-
бе— 124 кгс/см2, то же, после двух теплосмен (нагрев 15 мин при
900°, охлаждение струей воздуха) —85 кгс/см2.
Количество глины может быть уменьшено до 20%, взамен вве-
дено 10% глинозема ГК. Такая масса в капселях показала отличные
результаты в эксплуатации.
Технология изготовления такова: глинистый шликер вместе
с жидким стеклом готовится в пропеллерном смесителе при общей
влажности 47%. Через 16—24 ч добавляют пирофосфат натрия
и продолжают перемешивание еще около часа. Глинистую суспен-
зию пропускают через сито № 1 и, не останавливая движения про-
пеллера, добавляют отвешенное количество мелкого S1C, а затем
крупного SiC. После перемешивания в течение 0,5 ч шликер от-
стаивается 1 сут.
Литье капселей производят в гипсовых формах с ребром жест-
кости по верхнему диаметру капселя; это ребро предохраняет изде-
лие от деформации и увеличивает прочность края капселя. Сушат
капсель после снятия обечайки на поддоне при 60° до влажности
6—8% и досушивают дном кверху (без поддона) при 100—120°.
Первый обжиг капселей — при 900—1000°, после чего дно и стен-
ки их ангобируют глиноземистой суспензией для удлинения сроков
их эксплуатации и улучшения качества.
Второй обжиг—при 1380° в окислительной среде с выдержкой
при максимальной температуре 1 ч. Охлаждение — медленное.
Обжигать капсели необходимо при температуре на 20—30° выше
температуры эксплуатации. Фазовый состав обожженного капселя
представлен главным образом политипами SiC, немного а-кристо-
балита и еще меньше муллита. По мере эксплуатации капселя
количество кристобалита возрастает, что говорит о медленном щЯ
слении SiC.
По ГОСТ 10153-70, имею тся три вида карбидкремниевых (кар^
борундовых) огнеупоров: КК=1,2 на кремнистой связке с содержа
нием глинозема не более 1,2% и карборунда не менее 83%. КА-ЗЯ
на алюмосиликатной (глина) связке с глиноземом не более. Я
и карборундом не менее 82%; КА-5 на глинистой связке с содей
жанием глинозема не более 5% и карборунда не менее 74%. О|
крытая пористость этих огнеупоров соответственно 24,22,25%. Тем
пература начала деформации под нагрузкой 2 кгс/см2 1700, 1500
Недостаток огнеупоров — их окисляемость и последующее ос
текление при высоких температурах. Проблема защиты решаете!
в трех направлениях —эксплуатацией огнеупоров в восстанови
тельной газовой среде, введением глинозема пли других компонент!
способных вступить в реакцию с SiO2 с образованием муллита, и на-
несением покрытий.
В рекомендациях фирмы «Апнаверке» (ФРГ) подчеркиваёйя
большая длительность эксплуатации капселей из материалов ан-;
накарбид-40 (40% SiC) и аннакарбид-70 (70% SiC). Аннасикой
карборунд (92 и 84%) на нитридкремниевой связке и аннакар4
бид-94 рекомендуются как материал для этажерочных плит; анна-
карбид-99 предназначен для использования в условиях 6o.tiJ
ших строительных нагрузок при высокотемпературном нагреве.!
Помимо названных, введен в промышленность материал под
названием аннаецнид. Этот огнеупор построен на основе нитрида
кремния Si3N4. Нитрид кремния — продукт прямого синтеза крем-
ния с азотом, при нагревании — белого цвета, обладает хорошей;
Стойкостью против окисления, малым крипом при высоких тем-
пературах. Аннасинид предлагается для эксплуатации при стад
тических нагрузках в условиях температуры 1000—1400°.
Представляет интерес сравнительная оценка (табл. 126) -оп4
ределенных групп огнеупоров для печей, сделанная д’Ей и Шон,-
нои [556] и ра ссчитанная по показателю R = (о-А) : (Е-а).
Среди этих материалов привлекает внимание необычно вы<
сокой термостойкостью и прочностью карборунд RFL, о производ-
стве которого известно, что он приготовлен из тонкого и одпород!
ного по зерну карборунда с использованием техники силициро-
вания при обжиге.
По вопросу силицированного графита имеются указания [563]-
о хорошей стойкости такого материала к окислению вплоть до
.1500° и высокой его прочности и теплопроводности. Общие рекомен-.:
дации авторов таковы. Надежно служат кордиеритовые и корди-
еритомуллитовые плиты и стойки при надлежащих условиях экс-
плуатации. Тонкие плиты применимы в роликовых печах для сЙЯ
ростного обжига при 1250—1280° посуды из витриес-чайна и фа-
садных фаянсовых плиток. Для более высоких температур обжига
при 1280—1420° санитарных изделий и фарфора пригодны плиты
и стойки из карборунда, в особенности рекристаллизованного^
| Транспортирующие керамичес-
I кие устройства. Представлены ке-
| рамическими огнеупорными роли- .
I ками и лещадками.
I Лещадки испытывают неболь-
Шую нагрузку с опорой, по край-
ней мере, в трех продольных учас-
F тках соприкосновения с роликами;
материал лещадок—муллитокор-
диеритовые составы, эксплуата-
I ция —до 1280°.
к Ролики керамические трубчато-
го профиля испытывают изгиб и
В скручивание при температурах до
В 1420°, и расчет их прочности при
Г заданных длине и толщине стенки
В трубы по наибольшему скалываю-
щему напряжению показывает, что
I наиболее пригодным материалом
выступает рекристаллизованный
карборунд.
Применение трубчатого ролика
' более выгодно, чем сплошного,
т. к., хотя угол скручивания и наи-
большие напряжения возрастают,
масса ролика' уменьшается интен-
. сивнее, чем возрастает угол скру-
г чивания.
I Наибольшее значение напряже-
| ния, способное вызвать прогиб ро-
лика, возникает при вынужденных
► остановках рольганга печи (в ава-
I рийных случаях). Флейшман при-
вел пример [557], когда ролики
диаметром 31 мм и длиной 187 см
К были сделаны из рекристаллизо-
| ванного карборунда и служили
! в печи для обжига абразивных из-
делий при 1300° (фирма «Нартон»)
более двух лет.
Для эксплуатации при 1420—
1550° пробуют применять также
спеченный глинозем и электроплав-
леный муллит. Опыт промышленно-
сти США показал, что огнеупоры
из плавленого муллита для скоро-
стного обжига в роликовых печах
при 1650° и при цикле 90 мин вы-
держивают более 100 оборотов.
О производстве огнеупорных дистенсиллиманитовых роликов
для печей сообщает Мороз [558].
Технология полусухого прессования кордиеритового этаже-
рочного припаса разработана Зайонцем и Панкратовой [559],:
Предварительно готовится спек (1320°) из латненской глины ЛТ-2
(или просяновского каолина) и саткинского магнезита в соотио^
шениях 85,6 и 14,4% после тонкого измельчения магнезита (не бо-
лее 1% остатка на сите № 0056). Молотый спек (50% зерен
4—0,5 мм, 25% зерен 0,5—0,15 мм и 25% зерен менее 0,15 мм)
смешивали со связкой из такой же массы; массу влажностью 7—
8% прессовали при давлении 500 кгс/см2 и обжигали при 1320°.
Плиты выдерживали до 116 оборотов.
Фосфатные связи в огнеупорах. В последнее десятилетие боль-
шое промышленное значение приобрела ортофосфорная кислота
Н3РО4 в качестве огнестойкой реакционноспособной связки. С по-
мощью фосфорной кислоты, вводимой в раствор в количестве не-
скольких процентов, удается изготовить огнеупорные бетоны, ог-
нестойкое и долгодействующее связующее для шамотной кладки
вагонеток туннельной печи, хорошее ангобное покрытие карборун-
довых капселей, по опытам Украинского научно-исследовательского
института стекольной промышленности. Весьма перспективны
также композиции с кремнийорганическими соединениями.
Прочная адгезия фосфорной кислоты по отношению к связу-
емому ею материалу (шамот, кремнезем, окись магния, карбо-
рунд и т. п.) обязана проявлению действия водородных связей
с последующим реакционным взаимодействием и образованием
кислых фосфатов в соответствии с механизмом, расссмотренным
Кингери. Вопрос об использовании фосфатных связок имеет су-
щественное теоретическое и практическое значение.
Производство огнеупорных материалов в технически передо-
вых странах сосредоточено в специализированных фирмах, об-
служивающих разные отрасли промышленности, в том числе ке-
рамические. Концентрация материальных средств и научных сил
позволила осуществить ряд новых решений в области подбора
огнеупоров.
Так, создан новый термостойкий, прочный и легкий огнеупор,
пригодный для этажерочных плит туннельных печей и плит для
конвейерных печей из спеченных крупинок (шариков) глинозема.
Такие плиты имеют объемную массу 0,6 г/см3, прочность при из-
гибе 80—100 кгс/см2 и в два раза меньший к. т. р. по сравнению
с шамотными. Выпускают такие изделия японская фирма «Моно
йогио». американская фирма «Нортон» и др.
Существенным изменениям подвергается по форме и по ком-
позиционному составу капсель. Современный капсель построен
на основе карборундовых и высокоглиноземистых масс- Он имеет
вырезные стенки и геометрически правильную и удобную форму
для совмещения с другими капселями; отношение массы капселя
к массе обжигаемого товара составляет в среднем 3,5:1 против^
обычного 6,5:1 и более.
S62
Большие изменения произошли в производстве стенового и фу-
теровочного огнеупора. Широко применяется в тяжелых по экс-
плуатации местах долговечный глиноземистый огнеупор, слож-
ных иной раз фасонов для кладки стен и свода. Для футеровки
вагонеток и передвижных кареток используется легкий прочный
огнеупор малых теплоемкости и теплопроводности [562].
Определились направления в сторону значительного умень-
шения размеров (толщин) огнеупорных деталей за счет увели-
чения их механической прочности (это касается прежде всего
карборундовых материалов) и в сторону значительного повышения
термостойкости и теплоизоляционных свойств за счет создания од-
нообразных'мелких замкнутых пор. Увеличение Сроков Эксплуата-
ции огнеупорных материалов посредством электрорезки и элек-
тросварки рассмотрено Горяйновым [560].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
и Б. Б. Электронография и структурная кристаллография глинвк?
Сгых минералов. М., «Наука», 1964, 282 с.
2. Mackenzie R, С., Mitchell В. D.— “Clay Minerology”. Earth. Sci.,
1966, vol. 2, N 1. Цит. по кн.: Исследование и использование глин и глинистых ми-
нералов. Алма-Ата, «Наука», 1970, с. 29—39.
3. Чухров Ф. В.—Вкн.: Исследование и использование глин и глиниЧ
стах минералов. Алма-Ата, «Наука», 1970, с. 8—28.
4. Parker Т. W.—“Proc. Br. Cer. Soc.”, 1969, vol. 13, р. 117—125.
5. Мур авьев В. И-, Дриц В. А,—В кн.: Глины, их минералогия, свой^
ства и практическое значение. М., «Наука», 1970, с.&2^-27.
6. В г ewer L.—“Strength’ Materials”, 1965, vol. 4; p. 12—103.
7. Самсонов Г. В., Прядко И. Ф., Прядко Л. Ф. Конфигурацион-;-
пая модель вещества. Киев, «Наукова думка», 1971, 229 с.
8. А в г у с т и и и к А. И. Краткие сообщения, [Тезисы научн.-технич. конф!:
Подсекция силикатов]. Изд. Ленингр. технол. ин-та им. Ленсовета, 1973, с. 1-4?$
9. Brown G.— “Clay Minerals”, 1965, vol. 6, p. 73—85.
10. Горбунов H. И., Ширина Н. А.— В кн.: Исследование и испольт.
зование глин. [Матер, совет. во Львове]. Изд. Львов, ун-та, 1958, с. 108—112?;
И. К u ко v s ky Е. G.—“Clay Minerals”, 1969, vol. 8, р. 235—237. 4!
12; Кру г'л ицк ий И. Н.—В кн.: Глины, их минералогия свойства и iipaW
‘гцческое значение. М., «Наука», 1970, с. 92—97.
13. Гогпшвилй В. Г., Вяхирев Н. П., Мдивнишвили О. М.—
В кн.: Совещание по использованию и исследованию глин и глинистых мине-
ралов. М., 1966, с. 33—34 (Ин-т геологии, петрографии, минералогии и геохимий;
Hinckly D. N.—“Clays and Clay Miner.”, 1963, vol. 11, p. 229—233.
К 14. Куковск.ий E. Г., Пластинина M. А., Федорченко В. Г.:
Кук овечий Е. Г. Особенности строения и физико-химические свойства!
глинистых минералов. Киев, «Наукова думка», 1966, 132 с.
К у к о в с к и й Е. Г. Превращения слоистых силикатов. Киев, «Наукова
думка», 1973, 103 с.
Нистых минералов. Пер. с англ, под ред. Г. Брауна. М„ «Аир», 1965, ₽170 с.Р
<1 16. Петров. В. П,— В кн.: Глины, их минералогия, свойства и праКя
тическое значение. М., «Наука», 1970, ,с. 207—213.
17. Г е д р о й ц К. К — Избр. соч. в 3 т. Под общ. ред. и с преди.сл?|
Н. П. Ремезова. Т. I. Сельхозгиз, 1955, 559 с.
18. Ку ков ск ий Е. Г., Шпигун А. А. Минералогический сборник??
Львовского геологического общества. Изд. Львов, ун-та, 1967, т. 21, с. 1—12.
19. Соколов А. М.— «Изв. Петербургского технол. ин-та», 1913, т. 22,
20. Будников П. П.—Избр. труды. Киев, Изд-во АН УССР, 1960,
21. Зальманг Г. Физико-химические основы керамики. Пер. с нем. Под
ред. П. П. Будникова. М.^Госстройиздат, 1959, 396 с.
с. 299-302.
25. Та shias- Н., Senzo К.—“Bull. Chem. Soc. Jap.”, 1967, vol. 40,
p. 972-975.
29. Б e p e ж н о й А. С. Многокомпонентные системы окислов. Киев, «На-
укова думка», 1970, 542 с.
30. Калинина А. М,—ЖНХ АН СССР, 1963,—т. 8, вып. 12, с. 2675—2684.
31. Grofcik I. Mullite, its structure etc. Akad Kiado. Budapest, 1961,
N 7, p.‘311—324.
N 5, p. 238—241.
35. Comer J.—“J. Am. Cer.Soc.” 1961, vol. 49, N 11,
Bd 47,'N 9, S. 545-550.’
Термодинамика силикатов. Под ред. О. П. Миедлова-Петросяна. М., Стройиз-
дат, 1972, 350 с.
“Miner. Magaz.”, 1953, vol. 30, p. 186—189.
. J. D —“Tr. Br. Cer. Soc.”, 1969, v<
p. 108—111.
40. К вопросу о влиянии FeO на образование муллита из каолина.—В (сб,
трудов ВНИИтеплоизоляции», вып. 4. Вильнюс, 1970, с. 226—236. Авт.:
А. А. Шпокаускас, В. М. Василяускас, П. В. Кичас, А. С. Садунас и др.
41. Л ап ин В.-О., Го с ин Н. Я., Овсянникова Н. И.— В кн.:Ис-
С1970,Рса2П—217СПОЛЬЗ°ВаНИе ГЛЙИ И ГЛИНИСТЫХ минеРалов- Алма Ата> «НаУка».
42. Awgustinik А. I.—“Silikattechnik”, 1961, N 12, S. 275-277.
ЖПХ АН СССР,
мия и хим. технология», 1970, т. 13, № 3, с. 400—402.
«Стекло и керамика», 1968,’ № 9, с. 30—32.
«Стекло и керамика», 1969, № 1, с. 26—29.
40;'Лысин Б. С., Дажук К. В.— В кн.: Каолины и белые глины. Сер.
«Керамич. сырье», вып. 2. М., Промстройиздат, 1955, с. ^З—63. (Научно-технич.
47РЛысин Б РС, Галабутская Е. А. Материалы к изучению каоли-
Vb.; III!!- ; n- Ц-ПИ-Т’ I. 1929,414 c.
48. Вяхирева П. В.—Керамический сборник ГИКИ, 1941, № 13,
49. М i 1 о s К u z v а г t.— “Interceram.”, 1970, N 3, p. 214—21.8. .
50. Баланс запасов полезных ископаемых СССР (по годам). Глин^щуго-
СС^РИВсесоюзный геологич^кийЬфонд^ вьшНЭ^г^^бО с. ЗД’
51. Haase Т.— “Silikattechnik".”, 1952, N 3, S. 9—12.
52. Clement М, Tro n die H.-“Ber. D. Ker. Ges.” 1969, Bd 46, N 1,
здат, 1961, 266 с.
“Silikatiournal”.
p. 244—247.
55. Б и л ь д ю к е.в и ч Ek Д.— «Стекло и керамика», 19,66,' № 6, с. 20—23.
56. Vondradek Е.—“Keram. Zeit”, 1971, vol. 29, Н. 7, S. 386-390.
57. А в г у с т и и и к А. И., Коробки и а В: В..—«Труды ГИКИ», 1968} ;
1(48), с. 3-8.
58. Лапин В. В.— Автореф. дис. на соиск. уч. степени канд? техн, наук,Я
1969, 15 с. (Лен. лесотехн, акад.)
59. Grim R. Е., Bray R. Н., Bradly W. F.— “Amer. Miner.”, 1937,.’
vol. 22, p. 813-817.
60. Chattopanuhyay D., Mandel S., К о у < S.— Bull. Centr. Glass'/*
and Ceram. Res. Inst. Calcutta, 1969, vol. 16, N 4, p. 112—115.
61. Raman К. V., Jackson M. L.—“Clays and Clay Miner.”, 1966,
vol. 26, p. 53—70.
М„ 1969, вып. 30, с. 81—101.
дов ВНИИ теплоизоляции». Вильнюс, 1970, вып. 4, с. 237—248.
65. Brownell W. Е.—“J. Am. Cer. Soc.”, 1958, vol. 41, p. 226—231.
66. Получение и исследование кислотоупорных изделий с железосодержа-
щим шамотом.—В сб. трудов НИИСтройкерамики, вып. 31. М., Стройиздат,
1969, с. 102—127. Авт.: В. В. Лапин, Н. Я- Госин, Н. И. Овсянникова и др.
68. Лауген Ф. К., Крейг Д. К.—В кн.: Вопросы минералогии глин.
Пер^с англ, под ред. и с предисл. В. П. Петрова. М., Изд-во иностр, лит. 1962,
69. К вопросу об аллофанах.—«Изв. АН СССР, сер. геолог.», 1964, № 4,
с. 3—19. Авт.: Ф. В. Чухров, С. И. Берхин, Л. П. Ермилова и др.
70. Чухров Ф. В.— В кн.: Глины, их минералогия, свойства и практиче-
ское значение. М., «Наука», 1970, с. 3—21.
В кн.: Совещание по исследованию и использованию глин и глинистых мине-
ралов. М., изд. Инет. геол. рудн. месторожд., петрографии, минералогии АН
72. Куковский Е'. Г.—В кн.: Исследование и использование глии. [Ма-
териалы совещания по глинам]. Изд. Львов, ун-та, 1958, с. 92—101.
73. Корж и некий А. Ф.—Записки Всесоюзн. минер, общ-ва, 1965, т. 94,
вып. 2, с. 219-223.
74. Вопросы минералогии глин. Пер. с англ. Под ред. и с предисл.,
В. П. Петрова. М., Изд-во иностр, лит., 1962, 463 с. Авт.: Д. Кульбицкий,
М. Остром, У. Гранкуист, С. Поллак.
75. Душина А. П., А лесковский В. Б,— ЖПХ АН СССР, 1968,
т. 41, № 8, с. 1730—1735.
76. В е д е н е е в а Н. Е., Викулова М. Ф. Методы исследования гли-
нистых минералов с помощью красителей. Изд. Львов, ун-та, 1956, 95 с.
Викулова М. Ф. Методическое руководство к петрографо-минералоги-
ческому изучению глин. М., Госгеолтехиздат, 1957, 448 с.
77. О в ч а р е н к о Ф. Д„ Г у т о в и ч Н. В.— В кн.:- Бентонитовые глины
Украины. Киев, Изд. АН УССР, 1964, вып. 4, с. 12—45.
78. Исследование природы взаимодействия глинистых минералов с органи-
ческими красителями и люминофорами.—В кн.: Глины, их минералогия, свой-
ства и практическое значение. М., «Наука», 1970, с. 110—118. Авт.: М. В. Эй-
риш, А. А. Иванова, Н. Ф. Пшеничная и др.
79. Овчаренко Ф. Д. Гидрофильность глин и глинистых минералов.
Киев, Изд-во АН УССР, 1961, 291 с.
1962?с. ?28.РЭбИШВИЛИ М' С’ Бентонитовые глины- М” Госгеолтехиздат,
81. Украинские бентониты. Киев, Изд-во АН УССР, 1958, 100 с. Авт.:
Ф. Д. Овчаренко, Н. И. Кириченко, Д. И. Коваленко и др.
82. Грим Р. Э. Минералогия и практическое использование глин, Пер,,
с англ. Под ред. и с предисл. В. П- Петрова. М-, «Мир», 1967, 511 с.
560
следование и использование глин и глинистых минералов. Алма-Ата, «Наука»,
85. С и м у p о в В. В., Минченко В. В.— В кн.: Глины, их минерало-
гия, свойства и практическое значение. М., «Наука», 1970, с. 154—157.
86. Скорик Ю. И. Автореф. дис. на соиск. уч. степени канд. хим. наук.
Л., 1966, 15 с. (ИХС АН СССР).
87. Kerus R. L., Mankan Ch. 1.—“Clays and Clay Miner.”, 1967;
88. Сердючен ко Д. П. Хлориты, их химическая к<
фикация. [Труды инет, геолог, наук АН СССР], вып. 140,
сер., 1953, 338 с.
89. Коллоидная химия палыгорскита. Киев, Изд-во АН УССР, 1963, 120 с,
90. МарцинРИ. Й., Вал/цкая В. М.—В кн.: Глины ихР минералогия,
свойства и практическое значение. М., «Наука», 1970, с. 101—105. •
91. Wad о Koji.—“Amer. Miner.”, 1967, vol. 52, N 5, 6, p. 690—708.
92. Migmanchi N., Aomine S.—“Soil Sci. Plant. Natur.” 1966, N 12,
p. 187—192.
93. Ч у x p о в Ф. В. Коллоиды в земной коре. М., Изд-во АН СССР, 1955,
с. 390-406.
94. Ратеев М. А.— В кн.: Исследование и использование глин и глини-
Фра^к-Каменецкий В. А. Природа структурных примесей в мине-
ралах. Изд. Ленингр. ун-та, 1964, 239 с.
95. Методы изучения осадочных пород. Под ред. К. М. Страхова. М., Гос-
геолтехиздат, 1957, т. 1, 610 с.; т. 2, 560 с.
иностр, лит., 1952, 260 с.
98. F i 1 i p I. Pocatky slovanskeho osidlem. Praha, 1946, s. 250.
99. Августиник А. И.— «Труды Ленингр. технолог, ин-та им. Ленсо-
вета», 1954, вып. 29, с. 3—24.
100. Земятчеиский П. А. Глины СССР. Изд-во АН СССР, 1935, с. 353.
101. Roy Rus turn, Osborn Ё. F.—“Amer. Miner.”, 1954, vol. 39,
102. Белянкин Д. С., Иванов Б. И., Л а п и н В. В. Петрография
технического камня. Изд-во АН СССР, 1952, 584 с.
103. М a t е j k a J. Vykvety v keramice а па stavbach. Brno, 1948, s. 250.
ческое значение.РМ., «Наука», 1970, с.486—193. ₽ ° ₽
105. А в густи н ик А. И.—В кн.: Физико-химические основы керамики.
Под ред. П. П. Будникова. М., Госстройиздат, 1956, с. 139—158.
106. Koln ig Н., Lionse J.—“J. Canad. Ceram. Soc.” 1955, vol. 24,
т. 24, № 4, с. 434-437.
108. Овчаренко Ф. Д.—В кн.: Физико-химические основы керамики.
Под ред. П. П. Будникова. М., Госстройиздат, 1956, с. 31—49.
взаимодействия глины и воды. Сб. 1. Изд. Моск. гос. ун-та. 1970, с. 17—35.
Н и к и т и н а Л. М. Таблицы равновесного влагосодержания и энергии
связи влаги с материалами. Под ред. А. В. Лыкова. Госэнергоиздат, 1963, 90 с.
HQ. Garrison S., Babcock К. L.—Proc. 14 Confer. Claus and Clay
Miner., 1966, vol. 26, p. 133-147.
Галабутская Е. А. Система «глина — вода». Йзд. Львов, политехи,
ин-та, 1962, 212 с.
567
112. Гедройц К. К. Учение о поглотительной способности почв. Йздая
4-е, испр. и доп. Сельхозгиз, 1933, 205 с.
V,3-Антипов . Ка ратаев И. Н., Кадер Г. М,— «Коллоидный жур-;3
нал АН СССР», 1947, т. IX, № 2, с. 81—96; № 3, с. 161—174.
1955 т4’17 Й2^ 90—98В’’ Сыркин м-—«Коллоидный журнал AHCGCM
115. Brogniart A. Traite des arts ceramiques. Paris, 1844, 620 p. I
*16- Ребиндер П. А.-ЖФХ АН СССР, 1930, т. I, вып. 4-5, с. 553-562.
117. Дерягин Б. В,—В кн.: «Труды III Всесоюзн. конф, по коллоидной!
химии». Киев, Изд-во АН УССР, 1952, с. 26—28. Ц
118. Куколев Г. В„ Семченко Г. Д.— Изв. вузов, сер. «Химия и
хим. технология», 1971, т. 14, № 5, с. 759—764.
119. Шварц А., Перри Дж. Поверхностно-активные вещества, их хи-
мия и техническое применение. Пер. с англ. Под ред. А. Б. Таубмана. М„
Изд-во иностр, лит., 1953, 544 с.
120. G i р р i n i —“L’ind. Ceramique”, 1969, N 619, p. 428—431.
I21- Фа.Деева В. С. Формуемость пластичных дисперсных масс. М., Гос-
строииздат, 1961, 128 с.
, 122. Круглицкий Н. Н. Физико-химические основы регулирования >
свойств дисперсий глинистых минералов. Киев, «Наукова думка», 1968, 160 с.
123. Haase Т.— “Вег D. Ker. Ges.”, 1966, Bd 43, Н. 10. S. 593—596
124. Толстой Д. М.—ЖФХ АН СССР, 1934, т. 5, вып. 5, с. 548—556Ш
125. Ав густин нк А И.—В кн.: «Труды Технологич. ин-та Всекопром-
совета им. Молотова». Л., 1938, № 2, с. 17—25.
127. Niitzenadel Р.— “Silikattechnik”, 1970, N 3, S. 86—89.
128. А в г у ст и н и к А. И —В кн.: Литье фарфоро-фаянсовых изделий.
М.—Л., Гизместпром, 1939. с 38—52.
129. В u s a g h F.— “Koll. Zeit.”, 1929, N 47, S. 283—288.
130. Г p у м - Г р ж и м а й л о С. С — «Труды НИИ стройкерамики», 1969, '
вып. 31, с. 20—30, Там же, 1971., вып. 32, с. 28—40.
131. Гончаров В. В. Огнеупорные глины Боровичско-Любытинского
района. Металлургиздат, 1952, 42 с.
132. Черкасское месторождение бентонитовых и палыгорскитовых глию:;
Киев, «Наукова думка», 1966, 128 с. Авт.: Ф. Д. Овчаренко, И. Г. Кириченко,
А. Б. Островская и др.
133. Сеидов А. Г., Ализаде X. А. Минералогия и условия образова-/
ния бентонитов Азербайджана. Баку, 1970, 190 с.
134. Фи липцев Г. П.—Керамический сборник ГИКИ, 1947, с. 17-21.
135. Полуэктова Е. Ф,—В кн.: Бентонитовые глины Украины. Сб. III.
Киев, Изд-во АН УССР, 1959, с. 114—119.
136. Твал чрел и дзе А. А.— В кн.: Бентонитовые глины Грузии. Тби-
лиси, Изд-во АН ГрузССР, 1953, с. 7—26.
137. А р ш инов В. В.— В кн.: Тальк. М., Промстройиздат, 1952, с. 5—15.
138. Красноусова А. С.—«Труды НИИ стройкерамики», 1968, вып.29,
139. Августиник А. И.—В кн.: Тальк. М.,
Промстройиздат, 1952,
,, н- В- Кристаллохимия силикатов с крупными катионами.
Изд-во АН СССР, 1961, 66 с.
№ 185, с. 132-189.’
Изв. Томского политехи, ин-та, 1970,...
143. Августиник А. И., Вигдергауз В. С,—«Огнеупоры», 1948,
№ 5, с. 218-227. у н . ,
144. Августиник А. И., В и г д е р г а у з В. С.—«Труды ЛТИ им. Леи-: !
совета», 1951, вып. 20, с. 69—84.
146. Носова 3. А.—В кн.: Тальк. М.» Промстройиздат, 1952, с. 118—127.
1956, т. 29, с. 1035—1040.
149. Холодок Н. И.-«Труды ГИКИ», 1968, 2(49), с. 11—23.
150. Марфунин А. Ф. Полевые шпаты — фазовые взаимоотношения, оп-
тические ^свойства, геологическое распределение. Изд-во АН СССР, 1962, 350 с.
с предисл. ДР С Белянкина. М., Изд-во иностр, литер., 1952, 403 с.
152. Лабунцов А. Н. Пегматиты Северной Карелии и их минералы.
Под ред. А. Е. Ферсмана и Д. С. Белянкина. Изд-во АН СССР, 1939, 260 с.
ред. ГГ^ТдгариновТи С. А. Руденко, 1972, 320 с.
153. Rosen qu i st J. Th.—“Proc. Intern. Symposium on Reacting of
Solids.”, Gotenburg, 1954. P. I, p. 454—461.
Цит. по кн.: Дир. У. А., Хаун P. А., Зусман Д. Ж. Породообразующие мине-
ралы. Пер с англ, под ред. В. П. Петрова. М., «Мир», 1966, т. 4, 680 с.
154. Л е в и н Д. И., Никулина Л. Н.- «Труды ГИКИ», 1966, 1 (47),
155. Wiedmann Т,—“Sprechsaal”, 1968, N 17/18, S. 767—772.
156. Б ар а шеи ков Г. И.—«Труды ГИЭКИ». Госэнергоиздат, 1956,
вып. 1, с. 45—62.
157. Козырев В. В.—.«Стекло и керамика», 1970, № 12; с. 33—37; 1974,
№ 6, с. 24—26.
158. Омннин Л. В.— «Керамика и стекло», 1934, № 6, с. 15—18.
159. Roy S. В., S о m S. К — “Centr. Glass and Ceram. Res. Inst. Bull.”,
1970, vol. 17, N 1, p. 31-40.
160. Крамаренко В. П.—«Стекло и керамика», 1964, № 11, с. 29—32.
161. Соболев В. Введение в минералогию силикатов. Изд. Львов, гос.
ун-та, 1949, с. 282—288.
162. Мей тин а В. А., Лурье Е. Э.— «Труды НИИ стройкерамики»,
1968, вып. 29, с. 72—74.
163. Hofmann Н., Awgustinik А.— “Silikattechnik”, 1966, Bd. 17,
N 6, S. 194—196.
164. X и з а и и in в и л и И. Г., М а м а л а д з е Р. А,— «Стекло и керамика»,
1966, № 8, с. 11-13; 1969, № 10, с. 7—11.
165. Ахундов А. А., Рохваргер. Е. Л.—«Труды ВНИИСтрома»,
1969, № (15)43, с. 65-71.
166. Ахундов А. А., Кон ду ко в Н. Б., Полинковская А. И.—
«Труды ВНИИСтрома», 1969, № 15(43), с. 80—94.
167. С а рта ков Ю. А.—«Буд1вельны материали». Киев, 1967, № 5,
168. Исмайлова М. А. В кн.: «Сборник докл. VII сессии Закавказских
республик по стр-ву. Баку, 1971, с. 20—26. (НИИ стройматериалов им. Дада-
169. Безбородов М. А. Туркменский фарфор. Изд. Турки. филиала
Ml С( ( Р Ашхабад, 1914, 15 с.
170. Bartuska М,— “Silikaty”, 1970, sv. 14, N 4, s. 297—302.
171. Sudo T., Shimodo S., Nishigaki Sh., Aoki M.—“C-lay Mi-
ner.", 1967, N 7, p. 33-39.
172. Лека рева T. С.—В кн.: Фарфор и фаянс. [Информация ГИКИ].
1970, 2(37), с. 17—18.
173. Матвеев М. А., С м и р н о в а К. А. Пористые силикатные изделия.
Промстройиздат, 1956, 107 с.
174. Смирнова К. А —«Труды НИИ стройкерамики», 1971, вып. 34,
с. 115-125.
175. Стукалина К. А., Т а р а е в а Р. И.— «Стекло и керамика», 1966,
ГИКИ», 1968, 1(48), c. 33—51.
177. Фу Си-жень.—Автореф. диссерт. на соиск. уч. степ. канд. хим. наук!
Л., 1966, 15 с. (ИХС АН ССР).
178. S ch wi ete Н., Hof gen H„ Beckman fr H.—“Keram. Zeit?’|
179. Зрячкина M. P., Носовой ij. A.— «Труды НИИ стройкерамики>Ш
M., 1972, вып. 35—36, с. 182—193.
180. Кв я тк о в ска я К-К., Мейтин-а В. А,—«Труды НИИ стройкера*'
мики». М., 1969, вып. 31, с. 4—11.
181. Kurczyk Н. G., Wuhrer J — “Interceram.”, 1971, N 2, р. 119—121.,'
182. Гр у м - Гр ж и м а й л о О. С,—«Труды НИИ стройкерамики». М.,
1968, вып. 29, с. 127—129.
1971, Bd 23, N 3,i
S. 127—131.-
184. Тарасов А. А., Павлов В. Ф,— «Труды НИИ стройкерамики^
М., 1969, вып. 31, с. 12-19.
нова. М.,‘ Грсстройиздат, 1956, 155 с. ” Д Р Д У
Ещенко Д. Д. Производство и применение фасадной керамики. Л..д
Стройиздат, 1967, 127 с.
Сахарова Н. А., Черепова; Q. В. Архитектурная керамика. Киевй
Изд-во Акад, архит. УССР, 1952, 31 с.
и др.— «Изв. Латв. АН. Сер. хим.». Рига, 1965, № 4, с. 401—409.
187. Глухие легкоплавкие бессвинцовые и безборные глазури.—В кн.: Гла-
зури, их производство и применение. Рига, Изд-во АН Латв. ССР, 1964,
с. 227—232. Авт.: У. Я. Седмалис, 10. Я. Эйдук, Г. П. Седмале и др.
1. 8£. Иесалниек А. А., ЭйДук Ю. Я —«Учен зап. Риж. политехи;?
ин-та, т. 22, химфак.» Рига, 1958, № 6, с. 211—215; там же, 1959, № 7,
т. 31, с.’ 1599—1607.
190. Канаев В. К —«Стекло и керамика». М., 1969, № 12, с. 23—25';,-
«Труды НИИ стройкерамики». М., 1971, вып. 32, с. 41—54.
191. Мельникова Л.. С.—«Труды ВНИИСтрома». М:> 1970, № 17 (45),
192. Доброхотов И. Г. Керамзит и его производство. [Инф. техн,
листок]. Изд. ЛДНТП, 1956, с. 22.
193. О нациий С. П. Производство керамзита. Изд. 2-е. М., Стройиздат>А
Бурлаков Г. С. Основы технологии керамики и искусственных пористый
заполнителей. [Учебник для втузов]. М., «Высшая школа», 1972, 420 с.
194. Колесников Е. А., Волчок Л. Л.—Технич. инф. МПСМ СССР. >
1971, № 3, с. 23-25. (НИИ Керамзит, Куйбыш.).
195. Мороз И. И. Технология строительной керамики. Изд. 2-е, перераб.
196. Беркман А. С., Мельникова И. Г. Структура и морозостой<'
кость стеновых материалов. Л., Госстройиздат, 1962, 166 с.
197. Everett D. Н.— “Trans. Farad. Soc.”, 1961, vol. 57, N 9, p. 1541—1551,-
198. С а д у н a e А. С', Д1'я у ч ю л и с Р. А.—«Труды ВНИИ теплоизозЙ
ляционных материалов». Вильнюс, 1970, вып. 4, с. 214—225.
199. Инденбом В. Л., Орлов А. Н.— «Проблемы прочности», 1970;-4
Mb 19 г
-«Вестник АН СССР», 1957, т. 27, № 11, с. 78—80;
1969, Bd 46, Н. 11, S. 601—604.
202. Wei bull W.—“Proc. Roy. Swed. Inst. Eng. Research”, 1939, N 151..
203. Gio n L— “L’lndustrie Cferamique”, 1971, N 641, p. 471—479.
205. Крылов Н. А. Электроакустические и радиометрические методы ис-
пытания материалов. М,—Л., Госстройиздат, 1963, 240 с.
206. Nabarro F. R. N.— Report on a Confer, on the Strength of Solids.
Phys. Soc. Lond., 1948, p. 75.
Набарро Ф. P. H., Баз и некий 3. С., Хорт Д. Б. Пластичность
чистых монокристаллов. Пер. с англ, под ред. Я- М. Утевскогр и А. Л. Ройт-
бурда. М.— Л., «Металлургия», 1967, 210 с.
207. Herring С.— “J. Appl. Phys.”, 1950, vol. 21, N 7, р. 437—442.
А. А. Баландина. М., Изд-во иностр, лит., 1956, 282 с. Д Р Д
Котрелл А. Теория дислокаций. Пер. с англ. Под ред. А. Л. Ройтбурда.
М., «Мир», 1969, 96 с.
209. Чжан Цин-чунь.—Авторе*, дис. на соиск. уч. степ. канд. хим. наук.
Л, 1960, 18 с. (ИХС АН СССР).
катни пром.», 1970, т. 11, № 12, с. 25—30.
1212. Госин Н. Я. Технология добычи глины. М., Госгортехиздат, 1963,
213. Ильевич А. П. Машины и оборудование для заводов по производ-
ству керамики и огнеупоров. М., «Машиностроение», 1963, 355 с.
214. Кошляк Л. Л., Лундина М. Г.—«Строительные материалы»,
1961, № 3, с. 12-15.
[Технич. информ ЬЦНИИЭСМ МПСМСССР^'мЛЭбЭ,^₽™'1Н0Г0 nP<>“3B0№™a-
216. Ничипоренко С. П. Физико-химическая механика дисперсных
структур в технологии строительной керамики. Киев, «Наукова думка», 1968,
Т р е т и и и к В. Ю. Механика дисперсий глинистых минералов. Киев, «Наукова
думка», 1965, 178 с.
Нич.2информ.ГЦНИИ^Д^МПСМЯСССР]ОЛМ™Я196^23 с™™ производства’ ^Тех
218. Сладков А. С., Звонилкин IO. Н., Михайлец В. Я —
«Стекло и керамика», 1972, № 7, с. 26—28.
219. Рохваргер Е. Л,—В кн.: «Сушка керамических изделий». Пром-
стройиздат, 1958, с. 63—88.
220. Л ы к о в М. В., Л е о н ч и к Б. И. Распылительные сушила. М., «Ма-
шиностроение», 1966, 250 с.
лительных сушилах. М., Стройиздат, 1972, 123 с.Р У Р
222. Абрамов И. Я., Новгородцева В. Б.—«Труды ВНЙИстрома,
1970, вып. 19(47), с. 80-83.
шенном состоянии в условиях противотока,—ВУсб. трудов ВНИИСтрома, № 19
(47). М., 1970, с. 103—117. Авт.: Д. Я- Мазуров, Г. В. Захаров, Б. Н. Потур-
вай и др.
224. Абрамов И. Я., Рохваргер А. Е — «Труды ВНИИстрома»,
’ 1970, вып. 17(45), с. 9—13.
225. Оптимальные условия работы глинообрабатывающих вальцбв;—
«С-^оительные материалы», 1971, № 11, с. 20—22. Авт.: М. П. Воларович,
Строительные материалы», 1969, № 3,
227. Coulomb. Memoires de savante etrangers de Г Academic de Sciences
de Paris, 1773.
228. Shwedoff F. N.— “J. de Physique”. Paris, 1881, N 8> p. 2—8.
229. В i n g h a m.—“Proc. Am. Test. Mater.”, 1919, N 19, p. 2-40уздй№
1823д53 аваРзина Е. И.—«Труды НИИ стройкерамики», 1968, вып. 29,
231. Саатчян Г. Г., Зайцев Ф. И.— «Труды ВНИИ транспортного’
строительства», 1958, сообщ. 136.
232. Фадеева В. С.— «Труды НИИ стройкерамики», 1953, вып. 8,
233. X э И - х у а,— Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. хим. наук. М.,
1960, 18 с. (МХТИ). .
234. Особенности формования двухслойных камней при использовании
различных глин.—В кн.: Конструктивная и облицовочная керамика. Киев, Тос-
стройиздат УССР, 1963, с. 12—25. Авт.: А. В. Жуков, Н. А. Сахарова, Е. М. Го-
т. 27, с.'1194-1198.. ’ . " ' ’
236. Ш л ев ин Д. Н.—В кн.: Конструктивная и облицовочная керамика.
Киев^Изд. лит. по строительству, 1963, с. 26—31.
дов. М., «Высшая школа, 1965, 426 с. ₽ У Р °
238. Абрамович М. Д. Формование изделий строительной и архитек-
турной керамики на вертикальных трубных прессах. М., Промстройиздат, 1954,
239. Цегла виробляэться круглорично. Ужгород. «Карпаты», 1967. 40 с.-
Авт.рС. Морозов, Б. Стрижевский, И. Тененгаузер и др.
241. Фадеева В. С.—В кн.: Улучшение качества глиняного строитель-1'
„ого кирпича. М., «Легкая промышленность», 1964, с. 12—45.
242. Hagen W.—“Вег. D. Ker. Ges.”, 1955, Bd 32, Н. 4, S. 114—120. Я
243. Н у д е л ь м а н Б. И., П р о ш е н к о И. П.— «Строительные мате-
риалы», 1961, № 6, с. 15-21.
244. Энтелис Ф. С., Нахамкин М. А — «Стекло и керамика», 1972,
№ 2, с. 26-29.
245. Белоногов М. В.—«Стекло и керамика», 1963, № 7, с. 35—39.
МХТИ Ь>1^54< 28 А П.—Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн, наук
247. Золота рек ни А. 3.—«Труды ВНИИстром», 1969, вып. 15(43),
с. 20-28; там же, 1970, вып. 17(45), с. 33—39.
248. Н о в о п а ш и п А^ А,— «Стекло и керамика», 1952, № 11, с. 14—17,
ства глиняных материалов. М., БТИ РСФСР, 1949, 120 с.<
250. С era лов а Е. Е., Ребиндер П. А., Сен тюри хи на Л. Н.—
Коллоидный журнал АН СССР, 1951, т. 13, № 6, с. 472—478.
251. Лундина М. Г., Верен штейн П. И., Брох Г. С. Производ-
ство кирпича методом полусухого прессования. Госстройиздат, 1958, 164 л.
252. Коган 3. Б. Современные зарубежные прессы. М., 1971, 35 с.
(ЦНИИТЭ Строймаш, МПСМ).
«Победа». (Обзор). М„ 1966, 49 с. Авт.: Д. Д. Ещенко, В. П. Карзанова, И. 3. Ца-
254. Лыков А. В. Теория сушки. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Энергия»,
255. Шумилин А. А. Сушка огнеупоров. М., Металлургнздат, 1952, 490 с.
256. Ч и ж с к и й А. Ф,— В кн.: Тепловые расчеты печей и сушил силикат- од
ной промышленности. Гл. III. Под ред. Д. Б. Гинзбурга и В. Н. Зимина. Ч
2-е изд. М., Госстройиздат, 1964, с. 254—303.
Ч и жский А. Ф. Сушка керамических материалов и изделий. М., Строй- |
из дат, 1971, 107 с.
257. Б а т ы г и н В. Н., М е т е л к и н И. И., Р е ш е т н и к о в А. М. Вакуумной
плотная керамика и ее спаи с металлами. М., «Энергия», 1973, 409 с.
258. Нохратян К. А. Сушка в керамической промышленности. М., ОНТИ,
1970,
259. Ц е п и н А. Л,— Труды сессии ВНИТО силикатной промышленности.
М., Промстройиздат, 1949, с. 27—32-
260. Белопольский М. С.— «Труды НИИ стройкерамики». М., 1964,
вып. 23, с. 65—73.
261. Шейман Е. Ш., Лапина Л. И.—«Труды НИИстром», М.,
вып. 17(45), с. 98-115.
с. 17^25^МПСМ°БВССРГАнД <<Т₽УДЫ НИИ стРоикеРамики>>’ 1955> ВЫП' 4’
Промстройиздат, 1957, 64 с. Р Р У
’264. S е i b о 1 d F. К.— Claycraft, 1963, р. 170—172. S с h а с h 1 a u b R. А.,
Troyer W.—“Ceram. Bull. J. Am. Cer. Soc.”, 1966, vol. 45, N 3, p. 120-127.
265. Садунас А. С., Я p у л а й т и с В. И,— «Труды ВНИИ теплоизоля-
ции». Вильнюс, 1968, вып. 3, с. 88—110.
266. Шлыков А. В.—[Семинар ЦБТИ]. Вильнюс, 1965, с. 17—25 (Гос-
строй Лит. ССР).
Boel N.— “Silikattechnik”, 1962, N 12, S. 433—437.
267. Павлов В. Ф.—«Труды НИИ стройкерамики», 1971, вып. 34,
268. Chester Lane—“The Brit. Clayworker”, 1971, N 79, p. 946—950.
269. Садунас А. С.— Автореф. дис. на соиск. уч. степ, д-ра техн, наук
1971, 35 с. (ЛТИ им. Ленсовета).
270. Ш е й м а н Е. Ш. Обзор тепловых процессов в производстве кирпича.
Изд. ВНИИ информации МПСМ, 1970, 65 с.
1968^ № Р с.Г17—22. М' И’’ Верлоцкий А' А- «СтРоительные материалы»,
272. Автоматическое дозирование мазута по форсункам стекловаренной
печи.—«Стекло и керамика», 1972, № 2, с. 11—12. Авт.: В. Г. Гутоп, И. И. Кар-
273. Лукашев М. И. Керамические дренажные трубы. М., Стройиздат,
1969, 120 с.
274. D i е 11 г i с h Н.- “Keram. Zeit.” 1970, Bd 2, H. 2, S. 86-88.
275. Федюкин H. H., С e п e p Т. В.— «Строительные материалы», 1967,
276. С кр и иск а А. 10., К у бра ко в М. С., Калинаускас Р. Б.—
«Труды ВНИИ теплоизоляции». Вильнюс, 1968, вып. 3, с. 207—216.-
277. Булавин И. А., Г о н ч а р П. Д. Краткий справочник по производ-
ству кирпича и черепицы. Росгизместпром, 1954, 432 с.
278. Книги и а Г. И., Вершинина Э. И.—«Стекло и керамика», J963,
281. Ничипоренко С. П., Абрамович М. Д., Ко иска я М. С.
О формовании керамических масс па ленточных прессах. Киев, «Наукова
думка», 1971, 52 с.
[..Павлов В. Ф,—«Стекло и керамика», 1972,
283. Кондрашев Ф. В,—«Труды НИИ стройкерамики», 1971, >ып. 34,
с. 51-62.
284. Воронович Л. П., Черпак А. Г.— «Стекло и керамика», 1972,
285. Зайонц Г. М., Кор донская Р. К. Керамические химически стой-
кие изделия. М., Стройиздат, 1966, 188 с.
286. Мороз И. И., С
ские материалы и изделия. Киев, «Техника», 1968, 232 с.
287. Измайлов Н. А. Электрохимия растворов. ’ Изд. 2-е. М., «Химия»,
1966,575 с. • И
573
288. Гребенщиков И:. В., Власов А. Г. Просветление оптики. М.— ч
Л., Гостехиздат, 1946, 212 с.
289. Дуброво С. К., Шмидт Ю. А.—ЖПХ АН СССР, 1956, т. 29,
вып. 4, с. 557—560.
290. Ernsberger F. М—“J. Phys. Chem. Solids”, 1960, vol. 13, p. 37—40.
291. Куколев Г. В., Симхович 3. И.—ЖПХ АН СССР, 1955, т. 28,
вып. 4, с. 353—362.
293. Budd S. М.—“Phys. Chem. of Classes”, 1961, vol. 2,’N 4, p. ill—115;
291. Б у д и и к о в. 11. II.. Харитонов Ф. Я |Ф |>а и о. i и м.i г-।> 11 .i и
для агрессивных сред. М., Стройиздат, 1971, 272 с.
295. Кокорина В. М.— Автореф. дис. на соиСк. уч. степ. канд. хим. наук. 3
Л., 1956, 15 с. (ЛТИ им. Ленсовета)
296. Варги» В. В., Золотова И. Н.—«Стекло и керамика», 1962, № 2,
297. Миронов И. М,— Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук.
Л., 1972, 17 с. (ЛТИ им. Ленсовета)
Awgustinik А. I.—“Silikattechnik”, 1959, N 10, S. 587—589.
299. Aw gu st in i k A. I., Tsuranowa I. S. Relazioni III Congresso
internazionale dello smalto porcellanato, Milano, 1961, p. 117—137.
300. Будников П. П., Злочевская К. M —ДАН СССР, 1964, т. 156,
№ 1, с. 158-160.
НИИ стройкерамики», 1969, вып. 31, с. 86—101. ’ । £я|
302. М и к а д з е И. С., 3 а й о н ц Р. М., Илюхи н И. А.— «Труды НИИ
стройкерамики», 1967, вып. 27, с. 208—221.
303. Квятковскап; К. К —«Труды НИИ стройкерамики», 1971, вып.32,
304. П а в л о в В. Ф. Пути улучшения качества кислотоупорных изделий.
[Технич. информ. ВНИИЭСМ]. М., 1971, 15 с.
305. Исмайлова М. А.—«Стекло и керамика», 1965, № 7, с. 18—21.
306. Р у х л и н Н. Г., Балакирев А. А., С л и в к о В. М.— «Стекло и
керамика», 1968, № 3, с. 32—34.
307. Келер К- И.— «Керамика и стекло», 1926, № 3, с. 11—45;
308. 3 у б ч а и и и о в В. П., Г л у ш а н о к 3. И.— «Керамика и стекло»,
1935, № 1, с. 11—16.
309. Ф и н к е л ь ш т с й п И. Д. Керамическая жаростойкая посуда. М.,
Гизместпром, 1947, 41 с.
310. Трубников И. Н.—«Стекло и керамика», 1968, № 2, с. 31—34.
311. Ко р д о в с к а я Р. К.—В кн.: Глазури, их производство и примене-
ние. Рига, Изд-йо АН ЛатвССР, 1964, с. 245—249. ’
312. Ober schmidt L.— “Brick and Clay Rec.”, 1967, N 6, p. 40-43.
313. Лебедев Б. В., За й о и ц Р. М., По л у бо яри нов Д;' Н.—-
«Труды НИИ Стройкерамики». М., 1965, вып. 25, с. 23—32.
314. Limburg К.—“Interceram.", 1971, N 1, р. 69—71.
315. Полусухое прессование керамических труб.—«Стекло и керамика»,
1955, № 6, с. 17—19. Авт.: Г. С. Блох, Р. М. Зайонц, Е. Л. Рохваргер и др.
316. F i s с h е г Р,— “Вег. D. Ker. Ges"., 1967, N 3, S. 94—98.
317. Лебедев Б. В., Копдр.ашов Ф. В., Кой л ер А. Н,— «Труды
НИИ стройкерамики». М., 1969, вып. 30, с. 35—53.
318. Finke W.—“Silikattechnik”, 1969, N 8, S. 256-258.
319. А в г у ст и н и к А. И., Зендр и ков Н. Н.— Жури. Всесоюз. хим.
общ. им. Д. И. Менделеева, 1975, с. XX, № 1, с. 80—96.
320. Смирнова К. А., Родина Т. И.—«Труды НИИ стройкерамики»,
М.» 1964, вып. 23, с. 117-122.
321. Кац М. Э., Квятковская К. К —«Стекло, и керамика», 1972,
№ 2, с. 22-24.
«Стекло и керамика», 1964, № 4, с. 15—20.
574
323. Красноусова А. С.—«Труды НИИ стройкерамики», 1966, вып. 26,
324. Носова 3. А. Циркониевые глазури. М., Госстройиздат, 1965, 175г с.
325. С а б с а й М. И.„ К у б л а к о в с к а я М. А., Э с т.р о в и ч В. О. Мос-
ковский плиточный завод. [Сер. «Керамика»]. 1971, № 4, с. 15—1&.
326. Ко л от и й П. В.— «Стекло и керамика», 1972, № 3, 'с. 12—13.
327. Гаврилов Н. С., Д а н и л е в и ч Т; А,—«Стекло и керамика», 1973,
№ 12, с. 24-25.
328. Korach М. Acta technica (Acad. Sclent. Hungarica), 1956, vol. 11,
N 16, p. 31-39.
К. 4^2%9 B323ДаРеВ H’ П’’ ЕФремов Г- Л —«Стекло и керамика», 1956,
330. Да жук К- В,—В кн.: Конструктивная и облицовочная керамика.
Киев, Госстройиздат УССР, 1963, с. 48—59.
зури, их производство и применение. Рига, Изд-во АН Латв. ССР, 1964,
332. Производство плиток. Л., Изд. о-ва «Знание», сер. «Строит, материалы
и конструкции», 1966, с. 32. Авт.: М. Э. Кац, 3. Н. Софронова, В. В. Ворзикова,
А. П. Тибекина.
рамика», 1965, № 5, с. 27—28. "
334. Б е р е н ш т е й н П. И., Ермолаева А. И.— «Труды НИИ строй-
керамики», 1969, вып. 30, с. 113—122.
335. Ш л евин Д. Н., Петровский Ю. Л.— «Информ. ЦНИИ
ТЭСТРОМ МПСМ», сер. «Керамич. пром-сть», 1968, № 5, с. 3—14.
336. Engmann Е.—“Interceram.”, 1971, vol. 20, N 3, р. 211—212.
337. Haase Т. Keramik. 2 Anfl. VEB Deutsch. Verlag fur Grundstoffin-
dustrie. Leipzig, 1968, 353 S.
наук М,К19б1е1УсИ"мХТИАим.^ТиеМевделееваа)С°ИСК' КаВД'
339. Гальперина М. К., Павлов В. Ф. Глины для производства ке-
рамических изделий. [Технич. информация ВНИИЭСМ МПСМ]. М., 1971, 68 с.
Гальперина М. К., Слепнев IO. С., Ерохина Л. В. Перспективы
развития сырьевой базы керамической промышленности. М., Стройиздат,
340. В й с k i n g W. Sanitarkeramik. Handbuch der Keramik. Verl. Schmid,
Freiburg, in Bog., 1970, 250 S.
341. Кукол ев Г. В., Пивень А. И., П о л и щ у к: ? Ж -С.— «Стекло и
керамика», 1972, № 4, с. 21—22.
342. R е i n g е n W. Sklar a Keramik, 1967, sv. 17, N 7, S. 201—203.
343. Стефанов Г., Панова С., Р а д к о в а А. Стекло и фана кера-
мик. 1970, с. 144—148.
344. Отработка технологии и оборудования для гидростатического прессо-
вания умывальников.—«Стекло и керамика», 1972, № 1, с. 11. Авт.: Е. И. Шей-
нин, Н. С. Белостоцкая, А. В. Минченко и др.
Шейнин Е. И., Белостоцкая Н. С.— «Стекло и керамика», 1967,
№ 1, с. 35-38; там же, 1969, № 4, с. 19—22.
345. Б е р е н ш т е й н Ж' Й, Интенсификация обжига изделий строительной
керамики. [Технич. информация ЦНИИ ТЭСТРОМ МПСМ]. 1968. 67 с.
346. Lach VI. Technologic Kameniny. Vysoke uCeni technicke v Brne.
Praha, 1967, 103 s.
347. Зайонц P. M., Лебедев Б. В. Производство керамических кана-
лизационных труб. М., Стройиздат, 1971, 172 с.
348. Р а в и ч М. Г. Поверхностное горение. М.— Л., Изд-во АН СССР,
1946, 320 с. (Энерг. инет. им. Г. М. Кржижановского).
349. Cremer G.—“Brick and Clay Rec. USA”, 1962, N 28, p. 17—21.
350. церенштейн П. И., Боева Т. В,— «Труды НИИ стройкерамики»,
1968, вып. 29, с. 80-*-90.
351. Верен штейн П. Гордиенко Л. Д. «Труды НИИ стройке-
рамики», 1964, вып. 23, с. 55—64.
352. Ку ко л ев Г. В., Лисовская Й. Д.—«Стекло и керамика», 1963,
353. Павлов В. Ф,—«Труды НИИ стройкерамики», 1969, вып. 30, с. 27—i
34; 1971, вып. 33, с. 36—45.
354. Эйдук Ю. Я., Калиыньш М., Лукстинь К.— «Учен. зап. Риж/
политехи, ин-та. Хим. фак.; 1962, т. VIII, с. 203—210.
355. Б е р е н ш т е й н П. И., К р а с н о у с о в а А. С., Рохваргер Е. Л.—
«Трубы НИИ стройкерамики», 1967, вып. 27, с. 71—80.
356. Moiie J.—“L’lnd. Ceram.”, 1957, N 487, p. 187—189..
357. Буты лева E. С.— «Труды НИИ стройкерамики», 1967, вып. 27,
358. Harkort D.—“L’lnd. Ceram.” 1970, N 635, p. 916-920.
359. Б e p e н ш т e й н П. И.— «Труды НИИ стройкерамики», 1971, вып. 34,3
360. Б е з б о р о д о в М. А. Д. И. Виноградов — создатель русского фар-
фора. Изд-во АН СССР, 1950, 511 с.
361. Балкевич В. Л. Техническая керамика. М., Стройиздат, 1968, 200 с.
362. Zapp Е— “Keram. Zeit”, 1963, Bd 15, Н. 7, S. 685—687.
363. Ав густи ник А. И. Физическая химия силикатов. Л., Госхимиздат,
1947, 324 с.
364. Ryschkewisch Е. Oxydkeramik der Einstoffsysteme. Springer Ver-
lag. Berlin, Gottingen, Heidelberg, 1948, 360 S.
териалы и изделия из окислов. Под ред. П. П. Будникова. М., «Металлургия»,
1964, 400 с.
Абрамсон И. Д. Керамика для авиационных изделий. М., Оборонгиз,
1963, 240 с.
366. W i п о g г a d о f f L., Н а berко Ch.— “Szklo i keram ", 1960, sv. 11,
N 6, s. 19-27.
367. Радиокерамика. Госэиергоиздат, 1963, 554 с. Авт.: Н. П. Богородицкий,
Н. В. Кальменс, М. И. Нейман и др.
368. Thees Н.—”J. Am. Cer. Soc.”, 1943, vol. 26, N 3, p. 99—104.
370. Туманов С. Г., Кириллова M. Г., Ill в а й к о В. П,— «Стекло
и керамика», 1955, № 2, с. 23—26.
371. Безбородов М. А., М и х а л е в и ч П. Ф.—«Стекло и керамика»/
1954, № 7, с. 5-9.
Smoke Ё. J.— “Ceram". Age”, vol. 62, N 1", p. 13—16, 19—20.
373. Будников П. П., Ч ер еп а и OB A. M. Успехи химии, 1953, т. 22,
вып. 7, с. 821—838.
S 9974ii7 rause °’ Keetman E.—“Ber. D. Ker. Ges.”, 1931, Bd. 12, H.'S,
“Вег. D. Ker. Ges.", 1932, Bd 13, Н. 8, S. 329—340.
..—“J. Am. Cer. Soc.”, 1956, vol. 39, N 2, p. 73-71
377. Ку кол ев Г. В., Абрамович А. М.—«Стекло и керамика», 1970,
№ 9, с. 24-26.
378. Dietzel D., Padurow N.— “Вег. D. Ker. Ges.”, 1954, Bd 31, H. 1,
Всесоюз. ин-та огнеупоров». Л., 1968, № 40, с. 299—314.
380. Wach t ma nnJ.JB.— “Bullet. J. Am. Cer.^Soc.”, Д967, N 8, p. 756—774.
381. Попильский P. Я., Кондрашов Ф. В. Прессование к
ских порошков. М., «Металлургия», 1968, 272 с.
382. Hecht A.— Elektrokeramik. Berlin, Springer, 1959, 269 S.
383. Straub E- “Ber. D. Ker. Ges.”, 1969, Bd 46, H. 6, S. 299-
384. Paul D.—“Tr. Am. Ind. Meeh. Ing”, 1960, N 218, p 34-36.
385. Грошев В. M., К а р п и н о с Д. М., П о н а с е в и ч В. М. Армиро-: ’
ванные материалы. Киев, «Техника», 1971, 90 с.
387. К вопросу об определении термостойкости неоднородных огнеупорных
материалов.—«Проблемы прочности», Киев, «Наукова думка», 1969, № "3,
с. 44—49. Авт.: Г. С. Писаренко, Г. А. Гогоци, В. М. Антоненко и др.
job a X. В.—«Труды Ленингр., ин-та торговли им Энгельса»,
и расчеты масс высоковольтного фарфора. М., изд. Йнформэлектро, 1970, 48 с.
Дудеров Ю. Г., Дудеров И. Г. Расчеты по технологии керамики.
Стройиздат, 1973, 60 с.
Бердель Э. Приготовление керамических масс, глазурей и красок. Пер.
В. П. Зубчанинова. Ленхимиздат, 1931, 195 с.
Пу кал л В. Керамические расчеты. Пер. под ред. В. П. Зубчанинова.
Л., Госхимиздат, 1934, 250 с.
391. Maretheu A., Min у I.—„L’lnd. Ceram”, 1969, N 619, р. 405—407.
392. Миклашевский А. И. Технология художественной керамики.
[Практич. руковод. в учеб, мастерских]. Л., Стройиздат, 1971, 300 с.
393. Awgustinik A. I., Sinzowa I. Т.— „Silikattechnik", 1968, Bd 19,
394. Lyng S.—„Ber. D. Ker. Ges.“, 1969, Bd 46, H. 5, S. 260—261.
395. S t. P i e г r e P. D. S.— ,,J. Am. Cer. Soc.”, 1954, vol. 37, N 6,
p. 243—258.
I St. Pierre Р. D. S.—“Tr. Br. Cer. Soc.”, 1956, vol. 55, N 1, p. 13—21.
396. S chilli er K—„Ber. D. Ker. Ges.“, 1961, Bd 38, H. 4, S. 150-157.
397. Ковельман Г. А., Никулина Л. H —«Труды ГИКИ», 1970,
вып. 1 (50), с. 46-51.
398. Ледник В. Н.—«Труды ГИКИ», 1962, вып. 1 (45), с. 51—63.
399. Ледник В. Н.—«Труды ГИКИ», 1961, вып. 3 (44), с. 14-25.
400. Филинцев Г. П., Пыжова А. П.—«Труды ГИКИ», 1955, вып. 1
(32), с. 21—42; там же, 1958, вып. 2 (39), с. 14—31.
401. Августинин А. И. Образование фарфора.—ЖВХО им. Д. И. Мен-
делеева, М., 1961, т. VI, № 6, с. 633—668.
402. Parmelee C., Morgan W.—„Ceram. Ind.”, 1934, N 3, p. 146—152.
403. Зубчанинов В. П., Вихирева Л. А.— Керамический сборник
ГИКИ. Л., 1940, № 6, с. 66-75.
404. Остр о веки й И. А., Мишина Г. П., Повил айтис В. М.—
ДАН СССР, М.» 1959, т. 126, № 3, с. 645-646.
405. Schuller К-— „Вег. D. Ker. Ges“, 1962, Bd 39, Н. 5, S. 286—293.
406. Wcyl I). ..Ber. 1). Ker Gev", 1959. Bd 33. II. ID. S. 319-324.
407. Schuller K-, Stark K-— „Ber. D. Ker. Ges", 1967, Bd 44, H. 9,
S. 458-462.
408. Krause O., Keetman E., Klein pin U.—„Sprechs”, 1942, В d 75,
N 23/24, 25/26, 27/28, 47/48.
409. S c h w i e t e H.— „Ton. Zeit", 1962, N 22/23, S. 553—559.
410. Воронков Г. H.— «Труды ГИЭКИ», Госэнергоиздат, 1956, вып. 1,
411. Павлов В. Ф.—«Труды НИИ стройкерамики», 1967, вып. 27,
с. 180-189.
НИИ стройкерамики», 1971, вып. 33, с. 27—35.
413. Масленникова Г. Н., Медведовская Э. И. Структура и
свойства высоковольтного фарфора. М., 1969, 45 с. (Инфбрмэдектро).
414. Воронков Г. Н., М а с л е п н и к о в а Г. Н., Б у ч е н к о в а А. Ф,—
«Труды ГИЭКИ». М.— Л., Госэнергоиздат, 1960, вып. 4, с. 17—25.
415. Масленникова Г. Н., Туманов С. Г,—«Стекло и керамика*,
1966, № 6, с. 23—25.
416. Та v asci В. Handbuch der Mikroskopie in der Technik. H. Freut Um-
schlauverlag. Fr. a. M., 1965, Bd IV, T. 3, S. 81—98.
S. 245-247.
418. Филинцев Г. П.—«Труды ГИКИ», Л.,
1947, вып. 20, с. 29-33|
ги. Под ред. Н. А. Торопова. 'М.^
Минерализаторы в цем<
Стройиздат, 1964, 190 с.
420. Юрчак И. Я- В и р о М,— «Труды ГИКИ», 1948, вып. 20, с. 1—6.
Тр\ды Г11»1<11 . М —.1. I <>. .и. |.г<.ц < 1.11. I95(>. р.1,111. 1. с. 5—17.
422. X и з а н и ш в и л и И. Г., Гап р и п д ашв и л и Г. Г.— «Стекло и ке-..
рамика», 1966, № 8, с. 28—30. Т
«Труды ГрузНИИМС». Тбилиси, 1971, вып. 5, с. 11—15.’
423. Куколев Г. В., Лисовая Е. Д.—«Стекло и керамика», 1963,/
№ 4, с. 22—25.
«Стекло и керамика», 1949, № 7, с. 17—22.
426. Hiller W., G г й n w а 1 d t D.— „Silikattechnik", 1971, Bd 22, H. • l.i
427. N i f k а Н.—„Interceram", 1971, v. 20, N 3, S. 194—197.
428. Kraft W—„Вег. D. Ker. Ges.“, 1970, Bd 47, H. 2, S. 111-114-
429. К 1 a u b e r t H — „Interceram”, 1971, v. 20, N 1, p. 70-73.
Силикаты. [Экспресс-информация МЛП СССР]. 1969, № 3', 20 с.
430. Эн те л ис Ф. С., Нахамкип Б. М.— «Стекло и керамика», 1972,:
№ 2, с. 26-28.
432. Клейнер M. Б. Фарфор и фаянс. [Информация ГИКИ], 1970, № 2
(37). с. 24—25.
433. Клейнер М. Б., Алесовицкий А. Е. Фарфор и фаянс. [Инфор-
мация ГИКИ], 1970, № 2(37), с. 23-24.
434. R а 1 f г а у I.- ’’L’Ind. Ceram”, 1971, N 639, р. 275-278.
435. Штейнберг Ю. Г., Т ю р п Э. Ю.—«Стекло и керамика». М., 1971,
№3, с. 44—46.
покрытия.— «Стекло и керамика», 1972, № 7, с. 30—32. Авт.: Г. А. Бинкоу,-
437. Егоров А. Н., Терещенко Г. К., Филинцев Г. П. Виды-
брака в фарфоровом производстве. М.—Л., Росгизместпром, 1938, 239 с.
438. Ю р ча к И.‘Я. Дефекты фарфоровых изделий. М,— Л., Гизлегпром;.
1934, 64 с.
439. И о сев и ч А. И. Дефекты хозяйственного фарфора и способы их
устранения. Харьков, Укргизместпром, 1933, 72 с.
440. А х ъ я н А. М. Технология фарфоровых изделий бытового назначе-
ния. М., «Легкая индустрия», 1971, 312 с.
441. Ахъян А. М.—«Стекло и керамика», 1963, № 7, с. 28—33; там же^1
1963, № 10, с. 20-24.
<Изв.4АНТ(?ССар",О|967Ст. 3,'j* 7,"с 1'253—1258. П’ Не0|>га|"1ческ"е матеРиалы-
443. Августиник А. И. К вопросу^ теории обжига керамических изде-
ренция4’мПСМеСССр!ЦНЙИЭ ст. пром! мГЙбЗ с°И—°7.' ^Техни ,еская конфе
445. Walker Е„ Holdrindge D— „Тг. Brit. Ceram. Soc". 1970,..
vol. 69, N 1, p. 21-27.
446. Meyer H.— „Вег. D. Ker. Ges.“, 1964, Bd 41, H. II, S. 532-535;;
1965, Bd 42, H. 6, S. 248—250.
447. Клейнер M. Б. Фарфор и фаянс. [Информ. ГИКИ], 1970, № 2(ЗЖ|
578
448. T a m m a n n G.— „Zeit Anorg. Allg. Chem.“, 1926, Bd 158, N 1—2,
р. 528—531.
1967^18 сБ (МХТИ)В Э Е’ С‘ АвТ°реф‘ ДИС' На С0ИСК’ уЧ‘ СТеП’ КаВД‘ ХИМ’ наук’
| 451. Червински й И М.—«Керамический сборник ГИКИ», 1941, вып. 15,
453. Будников П. П., Бобровник Д. П.— «Минеральное сырье»,
М., 1937, № 4, с. 48-54.
454. Будников П. П., Г и н с т л и н г А. М. Реакции в смесях твердых
веществ. Изд. 2-е, испр. и доп. М., Стройиздат., 1965, 474 с.
Будников П. П., Геворкян X. О. Обжиг фарфора. М., Стройиздат,
455. Августиник А. И.—В кн.: Сборник докладов. [Техническая конфе-
ренция МПСМ СССР, ЦНИИЭ ст. пром.]. М., 1969, с. 3-12.
456. Торопов Н. А., Румянцев П. Ф., Филиппович В. Н.—
ЖФХ АН СССР, 1964, т. 38, вып. 4, с. 974—987; ЖПХ, 1965, т. 38, вып. 9,
с. 2115-2116.
457. Попов К. Г — Тезисы дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Л.,
1972, 18 с. (ЛТИ им. Ленсовета)
458. Singer F., Singer S.—Industrial ceramic. Ed. Chapman arid
Hall, bond., 1963, 1455 p.
459. Ma i kovsky T., S chimansky A.—“Szklo i ceram.”, 1970, sv. 21,
N 2, s. 36—40.
Л, 1972, 15 “/(ЛТИ им. Ленсовета) У Д У '
461. Seger К.- „Топ. Zeit", 1882, N 6, S. 227—235.
462. Орлов Е. И. Глазури, эмали, керамические краски и массы. Изд. 3-е.
ч. 1—2. М.— Л., Гизместпром, 1937—1938, с. 167 и 107.
и эмалирования металлов. 2-е изд. М., 1965, 313 с.
464. Штейнберг Ю. Г. Стронциевые глазури. Л., Госстройиздат, 1960,
465. А. А. Иесалниек, Ю. Я. Эйдук — Глазури, их производство и приме-
нение. Рига, Изд-во АН Латв. ССР, 1964, с. 207—215.
466. А п п е н А. А. Температуроустойчивые неорганические покрытия. М.—
Л., «Химия», 1974, 351 с.
467. К у к о л е в Г. В., Штефан Г. Е. Расчет смесей для глазурей и
эмалей с заранее заданными свойствами. Изд. Харьков, политехи, ин-та, 1971,
Ку кол ев Г. В., Штефан Г. Е,—«Стекло и керамика», 1971, № 1,
с. 35—37; там же, 1972, № 10, с. 28-30.
468. Б люмен А. М. Глазури. М., Промстройиздат, 1954, 171 с.
469. Штейнберг Ю. Г,-ЖПХ АН СССР, 1960, т. 33, вып. 11, с. 2413—
470. Безбородов М. А,—ДАН СССР, 1954, т. 95, № 2, с. 349—352.
471. Н u f n a g е I О., S t е г n Н. Handbuch der Keramik. Verl. Schmidt.—
„Ker- Zeit.", 1967, N 1, 150 S.
472. Эйдук IO. Я-, Кукур О. К.—«Стекло и керамика», 1963, № 7,
473. Трубчатые ролики из нового сплава для автоматизированных линий
по производству керамических плиток.— «Стекло и керамика», 1971, № 10,
с. 30—31. Авт.: Ю. М. Гусев, В. М. Краев, Н. Н. Козлова и др.
474. К о г а с h М.— Acta Techqica Acad. Scient. Hungarica, 1959, v. 25,
475. Блох С. А. Использование природного газа в производстве керамики.
Киев, «Наукова думка», 1968, 40 с. (Ин-т газа АН УССР).
579
Блох С. А,—«Стекло и керамика», 1966, № 1, с. 29—32.
11—32Г^еЙСТе₽ А’ Б“фарФ°Р и Фаянс- [Информация]. Л., ГИКИ, 1964^
476. Mavrodis М.— „Топ. Zeit.“, 1971, N 3, S. 82—87.
.. 477. Булавин И. А. Теплотехника в производстве фарфора и Фаянса
М., «Легкая индустрия», 1972, 440 с. ф Р фаянса,
Congress uber m<?derne Technologic in der keramischen Industrie!
Schnellbrand.— „Вег. D. Ker. Ges“, 1970, Bd 47, N 10, S. 701—704 Я
J1 ehl M.— “L’Industrie Ceram.”, 1970, N 629, p. 387—398.
478. Петухович А Р,—«Стекло и керамика», 1972, № 9, с. 29—30. 1
с 24—25Ф°КИН В Н’ K‘Q"bIT0Ba °- ф —«Стекло и керамика», 1972, №
М,Х"я^ХгрМИя>Л197У1Ш200 еР- Р°СП”СЬ фаРф°Ра' Пер' И Н Г°РОД°В|
482. Туманов С. Г., Комарова В. П.— Изв. втузов, сер. «Химия и
ХИМ. технология», 1971, т 12, с. 1880—1883. *
' СмНТг™ЖЛ^Ж с» трудов НИИСтройкерамнйЙ
вып. 33. М Стройиздат, 1971, с. 101—116. Авт.: С. Г. Туманов, А. И. Глебы-'
чева, А. С. Быстриков и др.
с 109—125Ь1СТРИК°В А' С~‘Труды НИИ стройкерамики»,. 1968, вып. 28|
VTrr48YTin ».“п А —В кн.: Сайко Э. В. Глазури керамики Средней Азии
(и17и"ориЙАНДТа^ССР)А- Литви,кк°г°- Душа"бс' 1963> 112 с,
486. Сайко Э. В. Среднеазиатская глазурованная керамика XII—XV вв
Под ред. А. И. Августиника. Душанбе, «Дониш», 1969, 186 с.
487. An. Ceram. Ind. 1972, vol. 98, N 2, p. 23—25.
ских изделй'м” «ВЫсшаяВшкола»Р,Т1965В250 сВ- Производсга° э^ктрокерамиче,
издЖХ3^. 63-78: МаШК0ВИ* М- Д-Труд“ ™ЭКИ, Госэиер^
49Д ?ДраКТЛР ““тропроводности фарфоровых материалов со шелочече-
мельной стеклофазой,—В кн.: Новое в электрокерамике. Сб. рефератов, вып 10
Н СИкй?товКЛ°’ 969’ С’ 19“24’ АВТ>: П‘ П’ Будииков’ Т. Н. КешишяйЙ
491. Выдрик Г. А., Костюков Н. С. Физико-химические основы прб^Й
изводства и эксплуатации электрокерамики. М., «Энергия», 1971, 328 с. О
П11РЛ;/Г' Ахъя " Л- й' Производство фарфоровых изоляторов для аппаратов^
высокого напряжения. М.—Л., Госэнергоиздат, 1961, 280 с. F Ц
493. Сиво конь В. И — «Стекло и керамика», 1965, № 3, с. 25—27. f
№ 3 с *28—30°ВЙЧ В И’ Сивоконь в- И,-«Стекло и керамика», 1968,
494. Высоковольтный фарфор с низкими диэлектрическими потерями.—'
«Стекло и керамика», 1969, № 1, с. 26-29. Авт.: Г. В. Куколев, А. М. Гринева, 1
Л. А. Скоморовская и др. 1
495. Дудеров Г. М. «Труды МХТИ», 1962, вып. 37, с. 148-152 >
496. Масле и 11 Якова Г. Н„ Бученкова А. Ф,—В кп Новой Я
:: : ы I .......... , .. . ..)
497. Маги доп ич В. И., Финько В. И,-В кн : «Новое в электроне-*
Ра»™», в..... в. М„ 1963. с. 94-102 (ЦИНГИ Электропром). Р
432 435 а"аП° К ~ "J °* Сегат' Soc' Ja₽an ”. 1955. vol. 63, N 712, '
x, , 4.?д ,w>«d®ann К—..SprechsaaT, 1969, N 1, S. 2-5; N 2, S. 29- 30;
N 3, S. 52—55. -эд|
500. Гайдаш Б. И.— «Стекло и керамика», 1966, № 11, с 33—37 Я
50L Гайдап’ Л И, Миронов И. М, Алферьева Г. А —«Стекло
и керамика», 1967, № 7, с. 30—32. втекло
502. Технология электрокерамики. «Энергия», 1974, 220 с /\вт Г Н Мас-
ленникова, ф. Я. Харитонов, II. С. Костюков, К. С. Пирогов. Ц
M a s 1 e n n i к о w a G’ N. Struktur und. Eigenschaften von Hochspannurigs-
porzellan— „Silikattechnik", 1973, Bd 24, H. 8/9, S. 303—306.
503. Бутра A. H.— ЖТФ, 1954, t. 24, вып. 9, c. 1561—1567: ' И
504. Барзаковский В; П., Дуброво С. К. Физико-химические свой-
ства глазурей высоковольтного фарфора. Изд-во АН СССР, 1953, 276 с.
505. Богородицкий Н. П., Фридберг И. Д. Электрофизические'
основы высокочастотной керамики. М.—Л., Госэнергоиздат, 1958, 190 с.
506. 3 актейм Л. Н., Полтева Н. Д,—ЖТФ. 1954, т. 24 вып 7
гс. 1205—1208. ’ ’ ’
«Труды ГИЭКИ», вып. IV. М.— Л., Госэнергоиздат, 1960, 0. 17—33. 3 •' '
^50^H.’ensler J., Henry Е.—”J. Am. Cer. Soc.”, 1953, vol. 36, N 2,
509. Богородицкий H. П., Кириллова Г. В., Розёнцвейг
С. М.—«Вестник электропромышленности», 1958, № 8, с. 15—21.
1951^К F ° ^16 КИ)В 3 ’ ^иха®лова И. П.—«Стекло и керамика»,
511. Маслен ник ова Г. Н. Новое в электрокерамике, вып. 5. М., 1962,
с. 3—14 (ЦИНТИ Электропром.).
512. Massilyl J.—"Bull. Soc. Franc. Ceram.”, 1964, N 63, p. 39—41.
513. S у r a k у I — ”Ere Kekan.”, 1954, vol. 67, N 758, p. 49—51-
Пер. ВИНИТИ № 2185712. M., 1961.
1966^К (s'У *23 Н£5В Г’ Масленников а Г. Н.— «Стекло и керамика»,
Я щук А. П., Ланц М. Е.—«Стекло и керамика», 1965, № 9, с. 39—42.
К у к о л е в Г. В., Гайдаш Б. И.— Изв. втузов, сер. «Химия и хим.
технология», 1968, т. 11, с. 200—205.
Була вин И. А., Демидова Н. С.— «Стекло и керамика», 1972, №11.
515. 3 и и ь к о Э. И., Р о д и н а Н. П.— В кн.: Новое в электрокерамике,
вып. 6. М., 1963, с. 58—64 (ЦИНТИ Электропром.).
516. Зинько Э. И.—«Труды ГИЭКИ», вып. 11. М.» «Энергия», 1969,
517. Воронков Г. Н., Звягильский А. А., Кретова Н. Ф.—
«Труды ГИЭКИ», вып. 1. Госэнергоиздат, 1956, с. 5—17.
518. Цирконовый фарфор.—В кн.: Труды ГИЭКИ, вып. 2. Госэнергоиздат,
1957, с. 14—20. Авт.: С. Г. Туманов, Г. Н. Воронков, Г. Н. Масленникова и др.
519. Туманов С. Г., Масленникова Г. Н.—«Труды ГИЭКИ»,
вып. 2, Госэнергоиздат, 1957, с. 83—92.
520. Булавин И. А., Белков А. Ф.-«Труды МХТИ», 1964, выш 45,
с. 121—124.
В^кн.: Сборник эксперта, работ в технической минералогии и петрографии. М.,
522. Кутателадзе К. С., В ер улашвили Р. Д — «Стекло и кера-
мика», 1966, № II, с. 24—27.
523. «Силикатные материалы». [Экспресс-информация]. М., Произв. изд.
комб. ВИНИТИ, 1962, № 36, 21 с.
524. Будников П. П., Кеши ш ян Т. Н., Хожаинова Т. И.—
«Стекло и керамика», 1969, № 7, с. 32—34.
525. Кукол ев Г. В., СкоморовскаяЛ. В.—Изв. вузов, сер. ’«Хи-
мия и хим. технология», 1971, № 1, с. 115—118.
Харьков, 197К 24НсК°ХТЙ). ’ вЗНСЫ ДИС' НЭ С°ИСК' УЧ’ СТ6П‘ КаВД’ Т6ХН‘
527. Будников П. П., Шмуклер К. М,—ЖПХ АН СССР, 1946,
т. XIX, № 10, с. 1029-1033.
528. Непрерывный способ обезвоживания фарфорового шликера.—«Стекло
и керамика», 1972, № 1, с. 18-21. Авт.: М. Г. Корень, А. М. Оксман, П. И. Ра-
гинская и др.
529. Масленникова Г. Н., Бученкова А. Ф. Сырьевые материалы
и расчет масс высоковольтного фарфора. М., 1970, 47 с. (ВНИИЭМ. Информ-
электро).
вып. 22. Л., Изд. БТИ
МПСМ,’ 1949, с. 17-35.
531. Паничев Г. И.—«Труды ГИЭКИ», вып. 11. М., «Энергия», 19691
с. 107-116.
532. Гайдаш Б. И.—«Стекло и керамика», 1963, №11, с. 38—41. I
533. Зв яг йл веки й А. А., Тимохова М. И.—«Труды ГИЭКИ>$
вып. 4. М.— Л., Госэнергоиздат, 1960, с. 106—120.
534. D е 11 m е г F — „Кег. Zeit.“, 1965, Bd 17, Н. 3, S. 147—148.
535. Буренин Р. И —«Стекло и керамика», 1969, № 6, с. 30—33. .
536. Го л я нов А. Н.—«Стекло и керамика», 1967, № 1, с. 30—32.' Д
537. Г о ля но b А. Н.— «Стекло и керамика», 1966, № 2, с. 3—6,
538. Дудеров Н. Г., Зорин Н. Ф. Дефекты глазурных покрытий вы-
соковольтного фарфора.— В кн.: Технология электротехнического производства^
М., Изд. Информэлектро, 1969, № 11, с. 27—33.
539. Будников П. П. Гипс, его свойства и применение. М., Промстрой^
из дат, 1951, 160 с.
’541. Ill в ач и некий П.’н.—«Стекло и керамика», 1950; № 2, с. 19—24.
542. Пути механизации производства фарфоровой и фаянсовой посуды,—
В сб^ трудов ГИКИ выш III. М., Гизместпром, 1956, с. 3—30. Авт.: И. Я. К)Ш
543. Крешков А. П., Мышляева Л. В.—«Труды МХТИ», вып. 15,'
сб. 1. М., Промстройиздат, 1949, с. 75—80.
544. Цент ер С. М. Фарфор, фаянс. [Информация ГИКИ]. Л.,- 1970,
№ 2(37), с. 8-9.
Ийук. Киев, 1971, f8 с. ₽ У ? Щ
546 Мамыкин П. С., Стрелов К- К. Технология огнеупоров. Свердо
ловск. «Металлургия», 1959, 450 с.
547. Химическая технология керамики и огнеупоров. Под ред. П. П. Буд-
никова и Д. И. Полубояринова. М., Стройиздат, 1972, 552 с. Авт.: Д. Н. Полуг
бояринов, В. Л. Балкевич, А. С. Бережной, И. А. Булавин, Г. В. Куколев и др.
548. К а й н а р с к и Й И. С. Процессы технологии огнеупоров. М., «Металлург
гия», 1969, 350 с.
549. Remm у F.—’’Amer. Ceram. Soc.’’, 1970, vol. 53, N 3, p. 206—210.
550- Mi chef man n H.-’’Keram. Zeit.”, 1967, Bd 19, II. 7, S. 426-431.
551. Розенберг P. И., Борщевский M. Б., Дугина И. В,—
«Труды ГИКИ», 1968, № 1(48), с. 52-58.
552. Розенберг Р. И., Юрчак И. Я.—«Стекло и керамика», 1965;
554. Городецкий В. С., Кузякина Е. Б.— «Стекло и керамика»
1970, № 10, с. 33-35.
555. Изготовление карбидкремниевых капселей методом литья,—«Стекло г
керамика», 1971, № 1, с. 37—39. Авт.: Р. Г. Розенберг, Т. М. Марголина
С. М. Центер и др.
556. D’Eye R. W., Shonnon I. V—„Interceram", 1970, v. 19, N 4
р. 300—303.
557. Fleischmann W. I.—„Interceram.”, 1971, v. 20, N 1, p. 80-83.
совых изделий. M., «Легкая индустрия», 1973, 248 с.
559. З.а й о н ц Р. М., П а и к р а т о в а Г. Ф.— «Стекло и керамика», 1962
560. Горяй-вов К;. Э. Электрическая сварка и резка бетонных, керами
ческих и каменных материалов. М., Стройиздат, 1973, 144 с.
561. Мор од И. И., Саркисов Г. Г.—«Стекло и керамика», 1968, № С
662. Гузман И. Я. Высокоогнеупорная пористая керамика. М.,
лургиздат, 1971, 208 с.
563. Каплан А. Силицированный графит.—«Наука и жизнь», 1973, № 2,
564. Тужиков А,—«Электротехническая промышленность», 1970, вып. 5,
Электротехническая промышленность.—В кн.: Электротехнические материалы.
Изд. Электропром., 1970, № 4, с. 8—13.
566. Технология электротехнического производства. М., Изд. Информэлек-
тро, 1970, № 19, с. 26—28. Авт.: В. В. Кортнев, Н. Ф. Зорин, И. Г. Дуде-
ров и др.
567. Технология электротехнического производства. М., Изд. Информэлек-
тро, 1970, № 14, с. 19—23. Авт.: Н. Ф. Кочеткова, И. Г. Дудеров, Г. Н. Маслен-
никова, В. В. Кортнев.
«Стекло и керамика», 1970, № 7, с. 36—39.
569. Maslennikowa G. N —,,Sillikattechnik“, 1973, Bd 24, Н.
8/9,
572. Ann ев А. А. Химия стекла. Изд. '2-е. Л., «Химия», 1974, 345 с.
573. Павлушкин Н. М. Основы технологии ситаллов. М, Стройиздат,
Стройиздат, %66, 215 с.
Стройиздат, 1969, 250 с.
1970, 220 с.
577. Кортнев В. В., Александров Б. Д,— «Стекло и керамика»^
1974, № 3, с. 27—29.
578. Ogorodnikow W. W.— Physics of Sintering. Ed. by M. Ristic,
Herceg. Novi. Sept., 1973, p. 143—152.
kow A. I.—Physics of Sintering. Ed. by M. Ristic. Herceg. Nov. Sept., 1973,
p. 273—278.
580. Нахамкин M. А., Эн тел и с Ф. С.—«Стекло и керамика», 1971,
5811. Птички н П. Н. Справочник по фарфоровым изоляторам,—«Энер-
гия», 1966, ПО с.
N 8, p. 313—318.
S. 285—310.
584. Тонкая микроструктура и свойства ликвирующих глазурей для майолики.
«Стекло и керамика», 1974, № 7, с. 25—27. Авт.: Ю. Г. Штейнберг, Э. Ю. Тюрн,
В. А. Березовская, Г. И. Ковалев.
585. Михалевич Г. П., Сайко Э. В,— Изв. Отд. общ. наук АН Тадж..
ССР, 1970, т. 2 (60), с. 73-79.
586. Механизация изготовления заготовок для фарфоровых изоляторов.—
«Стекло и керамика», 1974, № 5, с. 27—28.. Авт.: В. Н, Глущенко, Н. Г. Дбнчик,
И. М. Сова и др.
587. А в г у с т и н и к А. И., Клейнер М. Б.— «Стекло и керамика», 1974,
№ 9, с. 26-29.
588. Влияние дисперсности глинозема на свойства высоковольтного фарфора.—
«Стекло и керамика». 1974, № 7, с. 24—25. Авт.: С. М. Розенцвейг, Ю. Ф. Ле-
вицкая, Н. И. Холодок и др.
589. Ковельман Г. Н., Баренбойм А. М.—«Стекло и керамика», 1974.
№ 3, с. 32—33.
Приложение Таблица перевода единиц, встречающихся в книге, в систему СИ
. “ -во ни» Л Коэффициенту приведения |
напряжение тс/см2 дин/см2 Н/м2 1 кгс/м2 = 9,80665 Н/м4 И 1 тс/см2 = 98066500 Н/м2 Ji? 1 дин/см2 = 1 • 10-1 Н/м2 |
Давление мм рт. ст. мм вод. ст. Па (Н/м2) кПа Па (Н/м2) 1 мм рт. ст. = 133,332 Па (Н/м2); 1 мм вод. ст.=980665 Па (Н/мО 1 ат= 98,066 кПа 1 1 бар = 105 Па (Н/м2) <3
Вязкость Пз (Н-с)/ма 1 Пз = 0,1 (Нс)/м2
стимость л м3 1 л = 1,000028- 10~3мЗ |
Мощность Вт 1 л. с. = 735,499 Вт „{Л
Угловая скорость об/мин рад/с 1 об/мин = л/30 рад/с <
Температура °C К / = (Г — 273,15)°С Я
Пл“™"от™ало' ккал/м», ч Вт/м2 1 ккал/м2 - ч — 1,1630 Btf/мЙ
Коэффициент теплопроводности ккал/(м-ч-°С) ВтДм-К) 1 ккал/(м-ч-°С) = ..*5» = 1,1630 Вт/(м- К)
584 Дж 1 ккал = 4,1868-103Дж /:$j 1 кал = 4,1868 Дж Я|
584
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Аллофаны — 52 Альбит—101 Апробирование — 126 Андалузит — 348 Анортит —103 Апатит — 377 Аргиллиты — 55 Архитектурная керамика—129 Архитектурная^ майолика — 125, 355 Аттапульгит — 49 Аэрографическое крытье — 490 Б Выгорающие добавки — см. добавки (стеновая керамика) Вюстит— 191 Г Галлуазит —37 Ганит — 125 Генезис каолинов—см. каолин Герцинит—191 Гид*раргиллит — 50 Гидромусковит — 12 Гидроокисные минералы —49, 51 Гидроокись алюминия —51 Гидропарагонит — 12 Гидрослюды - 15, 34 Гидротермально-метасоматический процесс — 13 Гидрофобность —см. глины Г идроциклонное обогащение — см.
Бейделлит — 6 Белизна — 356 Бемит — 50 Бентонитовые глины — 93 Бериллия окись — 378 керамические —124 лицевые — 124 на основе керамзита - 126 Гипс — 59 Гипсовые формы —см. формы Глазури: глухие —453 полупроводящие — 513 Глазурованная стеновая керамика —
В Глауконит — 6 Глинистая субстанция — 54
Веджвудский каменный товар —222 Взвар —193 Вибрация —162 Виллемит — 125 Витание частиц—151 Витерит — 61 Витриес-чайна — 348 Влага адсорбционная—179 Внутренняя диффузия —178 Вода пор —177 Волластонит —121, 272 Вспучивание глины —см. глины вспучивание—126 выцветы — 60 генезис — 55 голландские — 224 для труб канализационных — 270 добыча — 139 назначение — 73 органические вещества в гли-
обработка — 142 пластичность — 84 транспортирование—139, 141 формуемость — 157 Г химический состав — 62 импульсные — 201 Гумбрин — 93 дубровский — 29 техническая характеристика — флотация — 31 Каолинизация — 56 Карбонаты — 117 Карборундовые массы —557 Кварц—112 Керамзит — 126 Кианит — 19, 348
д Декорирование — 487 Деколь, линия нанесения — 490 Диаспор — 50 Диатомиты — 117 Диккит — 6 Диспергирование — 79 Дисперсность глин — 67 Добавки — 138, 379 Кизельгур — 117 . | Кирпич: клинкерный — 223 механическое оборудование для производства— 152—157 морозостойкость—130 окраска при обжиге — 128 пористость — 129 посадочный автомат-грейфер — строительный легковесный — 124 сырье—136
Е Емкость поглощения (поглощающий Классификация:
3 Загустеваемость шликера — 84 Закал — 193 Заряд на глинистых частицах —78 Зеркало испарения — 178 глин — 55, 137 глинистых минералов — 6 Клинкер — 225 Клиноэнстатит — 98 Коллоидный помол — 388 Конвейер фирмы «Липперт» —311 1
И Изоляторы: глазурование —513, 534 обжиг — 536 общие сведения — 496 приготовление массы —517 свойства — 505 сырье — 502 формование — 521 Изостатическое прессование — 313, Иллит — 34 Имоголит — 53 Интервал спекания — 72 Конвейерные линии: производства труб — 267 Кордиеритовый фарфор —см. фар- Корунд —51, 373 Коэффициент: кислотности — 439 линейного расширения — 439 Краски керамические — 487 Кристобалит в глинах — 192 Кристобалита образование и влияние на свойства фарфора — 427 Л
К Каолин: гидроциклонное обогащение — 31 Лестиварит —111” Линейные изоляторы — 498 Люстр — 489
586
м Магнезиальный фаянс — 353 , «Магнитная» вода — 77 Майолика — 355 ( Метакаолинит — см. перестройка ме- такаолинита Мельница С л адкова — 147 Микронизация — 388 Минерализаторы — 25 Молекулярная формула: фаянса — 354 Мономинеральные глины — 54 Монотермит — 87 Морозостойкость — 130 Муллит —21 Муллитообразование — 23 «Мультикон»^— 530 Н Набухание глины — 75 Накрит — 6, 57 Нан-кан — 341 Нонтронит — 6 Нефелин — 104 Нефелин-сиенит — 107 О Обжиг; восстановительное действие га- длительность — 194 реакции — 189 фарфора и фаянса —417 Обмен катионов — 79 ' Пелитовая фракция — 53 Перестройка метакаолинита — 11 Перлиты — ПО, 379 Петалит — 242 Печать через сетку (линия для нане- сения) — 490 для обжига керамических изде- лий — 460 кипящего слоя — 150 модульные — 340 с выкатным подом —257, 544 туннельные для кирпича и бло- ков— 196, 202 Пирит — 59 Пирофиллит — 98 Пластичность — 84 Плитки для пола: завод-автомат — 230 общие сведения —227 П прессование, сушка, обжиг—235 Полевые штаты— 100, 374 Политипизм — 9 Политой обжиг — 417 Полупроводящая глазурь —513 Полуфарфор — 347 Посуда жаростойкая — 250 шликерный способ — 144, 391 Приточно-вытяжная вентиляция пе- Просвечиваемость — 357 Прочность—131
Опорные изоляторы — 498 Определяющий размер изделия—183 Органические вещества в глинах —61 Ортофиры — 109 Отводка (линия для нанесения) — 490 Отощители — см. добавки «Очисть»— 139 П Пегматиты — 106 — заменители — 107 Разжижение тонкодисперсных мате- риалов — 82 Разрушение —131 Распылительное сушило—147 Растворимые соли —60, 82, 138 Регулятор плотности — 232 Режимы обжига: витриес-чайна — 437 фарфора — 433 фаянса — 435 Ротамиксер — 184 Рутил — 26, 34, 59, 73 С Садка—473 Сашггарно-техническая керамика — 587
Свиль—167 Связанная вода — 77 Серицит — 56 Силлиманит — 348 Си-штоф —117 Скоростные режимы обжига — 323 Созревание шликера — 84 Соляная глазурь — 223 Спекание — 428 «Спирелекс» — 500, 530 Сподумен — 242, 379 Стекло —379 Р* Р фарфор Стеновая керамика: выбор площадки — 138 добавки — 138 изделия — 123—129 сырье— 136 Сульфат кальция — 59, 60 С — натрия — 60 Сушила: ГИКИ-410 кареточные СУ-2—309 конвейерные — 408, 409, 411, 413 радиационно-конвективные — 532 туннельные — 184 «Тюрингия» — 408 — и обжиг на печных вагонет- ках—188 контроль — 186 периоды — 177 режимы—182 скорость — 180 общие сведения — 258 схемы производства — 260, 2( сырье — 259 формование — 264 У Уравнение Шведова—Бингэма— 158 Уралит — 350 Универсальное кареточное сушйлд^ Утельный обжи/— 417 Ф Фарфор: бериллиевый —351 высоковольтный — 496 костяной — 367 литийсодержащий — 351 мягкий — 345 сподуменовый — 279, 515 .?;$« твердый — 342 цирконовый — 351, 379, 515 Фасадная керамика —217 Фаялит — 191 баритовый — 353 магнезиальный — 353 молекулярная формула —354 “л мягкий — 353 общие сведения —352 твердый — 353
Т Флинтклей — 54
Тальк — 95, 379 Теплота смачивания — 67 Термограммы глинообразующих ми- Термостойкость — 250, 361 Терра-сигиллята — 356 Тиксотропное упрочнение —86 Триоктаэдрическое размещение — 5 Тройников изготовление — 265 Трубы дренажные: обжиг —212 общие сведения— 127, 208 формование —210 Трубы канализационные: автоматизация приготовления массы — 262 Рмягкого фарфора —345 твердого фарфора —342 Формы: гипсовые — 545 негнпсовые — 549 Форстерит —98 Фриттованный фарфор — 347 X Химическая устойчивость — 242 Й Химическое обогащение — 23 Хлориты — 48
-588
ц Циркон — 379, 515 - Циркония окись — 379 щ Щёлочеустойчив'ость — 244 Э
Ч Экология производства— 231 •
Черепица —127, 213 Электропробой — 505 Эндогенные и экзогенные процессы —
Ш Энстатит — 97
Шелкографический метод.—289 Эруптив — 56
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 3. Техническая характеристика некоторых каолинов................
Глава 4. Обогащение ин|ни:чн1,1.\ Щ1О.1ШЩВ............................
Глава 8. Вермикулит и хлорит..........................................
Глава 9. Палыгорскит (аттапульгит), сепиолит и гидроокисные'мине-
Г ралы в глине................................................... . .
Глава 13. Тальк и* пирофиллит . . . Р.................................
Глава 14. Полевые шпаты, пегматиты и заменители.......................
Глава 18. Волластонит PJ .*.................•.........................
26
30
34
37
46
49
53
100
112
117
119
121
123
123'
130
136
139
142
152
167
177
189
208
270
271
Глава 2. Прочностные свойства керамических изделий.................
Глава 4. Добыча и транспортирование сырья..........................
Глава 5. Обработка глинистой массы.................................
Глава 6. Технологические характеристики механического оборудования .
Глава 9. Механизмы для передачи изделий в сушило
Глава 10. Сушка и сушила......................
Глава 11. Обжиг...............................
Глава 13. Дренажные трубы . .Р................
Глава 14. Черепица............................
Глава 15. Фасадная керамика...................
А. Изделия с водопоглощением черепа менее 7% .
Глава 1. Общие сведения об изделиях...........
Глава 2. -Клинкерный кирпич . •...............
Б. Изделия с водопоглощением черепа более 7% .
Глава 6. Плитки керамические облицовочные . . .
Глава 7. Литые плитки «мозаика»...............
Глава 8. Санитарно-техническая керамика . . .
Глава 9.- Обжиг изделий строительной керамики
здел IV. Фарфор, фаянс, майолика . . . .
.. ...................................... ... 341
Глава 2. Основные свойства тонкой керамики.........................356
Глава 3. Составы тонкокерамических масс . . . *. . ........363
Глава 6. Формование ... ₽ ... ”....................................391
Глава 7. Сушка изделий тонкой керамики............................ . 40?
Глава 8. Заборка, установка капселей, рассортировка изделий после пер-
Глава 10. Глазури и^глазурование...................................438
Глава 11. Печи для обжига керамических изделий.....................460
Глава 12. Керамические краски и декорирование. Сортировка . . . .487
Раздел V Электротехнический фарфор.................................496
Глава 1. Общие сведения............................................496
Глава 2. Сырье и свойства электротехнического фарфора . . . . . . . 502
Глава 6. Обжиг изоляторов . . . . ..........................536
Раздел VI. Формы и огне
Глава 2. Огнеупорный припас
11 риложение...................
Аркадий Иванович АВГУСТИНИК
Керамика
Технический редакто^Г.^С. С’ д’аудита Л с
Корректоры И. Г. Баранова и И. И. КУДревнч
‘У* г- Подписано Д."™™ 1»/И1 1976 г. M-2S459. Формат 60X90'/»
Заказ ₽й?а 2 р№662'кУСЛ' печ' * 37А у,' "’д' »• 4|'03- Изд- № ,538л- Тираж 9000 зкз
Стройиздат, Ленинградское отделение 19/011, Ленинград, пл. Островского; fi.
Минас™.'С°»з™лиграфпрома „р„ Государственном комн
етЖна5™с™«скДи у".. li 'гад№Ра*"“ » “'»»!«>« торсондн. 100120.