Способ подготовки сырьевых пластифицированных минеральных композиций для приготовления керамических масс

 

Сущность изобретения: в способе, включающем пластичную подготовку сырьевой минеральной композиции, ее промин и формирование в формующем устройстве, имеющем винтообразный шнек, дезинтегрирование на отдельные жгуты правильного геометрического сечения через перфорированную калибровочную насадку с последующей сушкой жгутов, их дроблением и рассевом, сырьевую пластифицированную минеральную композицию перед поступлением в формующее устройство сушат при температуре 150 - 200^oС до влажности 8 - 18% а отформованные жгуты при температуре 70 - 150^oC до влажности не более 6%, причем дезинтегрирование массы на жгуты и их дробление перед рассевом ведут в устройствах одного и того же конструктивного выполнения, имеющих винтообразный шнек с жестко закрепленным на нем ножом, контактирующим с поверхностью перфорированной калибровочной насадки, с эффективными диаметрами ячеек соответственно 2 - 7 мм и 2 - 15 мм.

Изобретение относится к технике подготовки глинистых и других сырых керамических материалов и может быть использовано в керамической, абразивной, электротехнической, фарфоро-фаянсовой промышленности, а также в производстве огнеупорных и строительных материалов.

Известен способ измельчения или гранулирования глинистых материалов, принятый за прототип, который рекомендует для сухого и полусухого способов приготовления массы измельчать глинистые компоненты на глинорезке или ящичном пластинчатом питателе, работающих в замкнутом цикле с сушильным барабаном, дезинтегратором тонкого помола, молотковой мельницей или бегунами и виброситом с сеткой N 09 (отв/см²). Сушку глинистых материалов рекомендуется производить дымовыми газами с температурой при входе 700^oC, при выходе не выше 105^oC.

Известны аналогичный способы измельчения глинистых материалов, где сушку глинистых материалов проводят при температуре 800 860^oC в течение 40 - 45 минут до влажности 0,7 0,8% Однако известный способ измельчения или гранулирования глинистых материалов имеет следующие недостатки, а именно: процесс требует трудоемкой и энергоемкой операции глубокой сушки, для обеспечения которой необходимы сложные и громоздкие сушильные барабаны с малым коэффициентом полезного действия, ввиду наличия в них значительного количества огнеупоров и больших потерь тепла; при сушке глины при температуре 700 860^oC последняя теряет кроме свободной еще и конституционную (связанную воду), ввиду чего пластические свойства вновь увлажненной высушенной глины не восстанавливаются до первоначальной природной величины.

Вследствие вышеизложенного для получения необходимых пластических свойств требуется в шихту керамических масс вводить большое количество сухой глины или же обеспечивать необходимые ее пластические свойства введением органического или другого пластификатора. Это в конечном итоге или снижает качество керамических изделий, или же увеличивает их стоимость; наконец, глубокая сушка или термообработка глинистых материалов при температурах выше 400^oC значительно снижает способность последней к агрегации. Вследствие этого фактора при последующей после сушки операции дезинтегрирования и дробления глины образуется большое количество тонких дезагрегированных частиц. Это производит к значительным потерям и запыленности на участках подготовки глинистых материалов, а, следовательно, и ухудшению экономической обстановки на данном участке керамического производства.

Все вышеизложенное может быть также отнесено и к процессам измельчения или гранулирования сырых керамических материалов или их смесей, в состав которых входит или же не входит глина, например, обычных керамических масс, используемых при производстве керамических изделий, огнеупоров или хозяйственного фарфора.

Целью данного изобретения является снижение трудоемкости, энергоемкости и стоимости процесса измельчения или гранулирования глинистых и других аналогичных материалов, а также улучшение реологических свойств глины и снижение выхода пыли при ее обработке.

Поставленная цель достигается тем, что глину или сырые керамические материалы, содержащие глину, перед окончательным рассевом на ситах подвергают двухстадийной сушке, дроблению, промину или гранулированию, причем все перечисленные операции, кроме сушки, на каждой стадии процесса производят в одном однотипном агрегате, имеющем конструкцию мясорубки, причем предлагаемый способ позволяет производить как измельчение, так и гранулирование материалов.

Для обеспечения рациональных параметров процесса измельчения, например, глинистых материалов, на первой стадии обрабатываемые материалы сушат при температуре 150 200^oC до конечной влажности 8,0 18,0% с последующим промином, дроблением или гранулированием на отрезки жгутов в агрегате типа мясорубки с эффективным диаметром ячеек выходной решетки 2,0 7,0 мм, а на второй стадии обрабатываемые материалы сушат при температуре 70 150^oC до конечной влажности не более 6,0% с последующим дроблением или гранулированием жгутов также в агрегате, имеющем конструкцию мясорубки с эффективным диаметром ячеек выходной решетки 2,0 15,0 мм.

Реализация предлагаемого способа подготовки глинистых и сырых керамических материалов для приготовления массы иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1. Куски веселовской глины после глинорезки поступают в конвейерный сушильный агрегат с температурой рабочего тела 190 200^oC так как при этой температуре из глины еще выделяется свободная вода. По выходе из данного агрегата куски глины с конечной влажностью 8,0 10,0% поступают на шнек агрегата, имеющий конструкцию мясорубки. При этом шнек проминает и разбивает куски глины на жгуты, которые транспортируются через продольные пазы корпуса мясорубки к ножу, жестко закрепленному на шнеке и скользящему своими плоскостями при вращении по поверхности решетки с эффективным диаметром отверстий 7,0 мм.

На границе ножа и решетки происходит разрыхление жгутов за счет их резки, в результате чего жгут разделяется на прерывистые части, которые придавливаются (тарируются) по диаметру ячейками решетки. Разрыхленные или же разделенные после первой стадии обработки жгуты поступают на транспортер другого конвейерного сушила. Ввиду большой поверхности жгутов, последние подвергаются достаточно эффективной сушке уже при температуре 70 80^oC до конечной влажности не более 6,0% В дальнейшем частицы глины или же прерывистые высушенные жгуты вновь дробили и рассеивали в агрегате также типа мясорубки с тем же принципом действия, что описан ниже, но уже с просевом через отверстия решетки с эффективным диаметром ячеек 2,0 мм. Затем измельченная глина, в основном менее 2,5 мм, поступает на окончательный рассев на вибросито с сеткой N 09 (64 отв/см ²). При этом глина менее 64 отв/см ² поступает для приготовления керамических масс, используемых для прессования изделий, а более 64 отв/см ² для приготовления керамических масс, используемых для пластического формования изделий или же шликерного литья.

Пример 2. Керамическая пластичная масса, имеющая в своем составе технический глинозем тонкого помола (65,0%) и нормальный электрокорунд (35,0%) фракции 0,1 0,04 мм, пластифицированная раствором крахмала и поливинилацетатной эмулльсии (суммарное количество по сухому весу сверх 100% сухой композиции 5,5% ), после смешения поступает в конвейерный сушильный агрегат с температурой рабочего тела 150 160^oC и подвергается сушке до конечной влажности 17,0 18,0% По выходе из данного агрегата куски массы поступают на шнек агрегата, имеющего конструкцию мясорубки. При этом шнек проминает массу с целью усреднения и разбивает ее на жгуты, которые транспортируются через продольные пазы корпуса мясорубки к ножу, закрепленному на шнеке и скользящему своими плоскостями при вращении по поверхности выходной решетки с эффективным диаметром отверстий 2,0 мм. На границе ножа и решетки происходит разрыхление жгутов за счет их резки, в результате чего жгут разделяется на прерывистые части, которые придавливаются (тарируются) по диаметру ячейками решетки. Разрыхленные или же разделенные после первой стадии обработки жгуты поступают на транспортер другого конвейерного сушила. Ввиду большой поверхности частиц жгутов, последние подвергаются достаточно эффективной сушке уже при температуре 140 150^oCC до конечной влажности 4,5% В дальнейшем жгуты массы правильного сечения или же прерывистые жгуты дробили и рассеивали вновь в агрегате также типа мясорубки с тем же принципом действия, что описан выше, но уже с просевом через отверстия решетки с эффективным диаметром ячеек 4,0 мм. Образующийся гранулят правильного сечения рассеивают на фракции: более 1,5 мм и 0,50 1,5 мм, образовавшаяся пыль (менее 0,65 мм), количество которой содержится примерно 55,0% вновь увлажняли в смесителе отдельно или же в смеси с новой порцией композиции гранул и подвергали повторной обработке в той же последовательности для получения новой порции гранулята нужных фракций.

Пример 3. Керамическую массу, имеющую в своем составе карбид кремния менее 50 мкм (45,0% ), технический глинозем (35,0%) и веселовскую глину (20,0% ), пластифицированную раствором лигносульфоната натрия (2,0% сверх 100% сухой композиции массы) подвергали обработке в той же последовательности, что указана в примере 2.

Основные параметры процесса следующие: температура рабочего тела на первой стадии сушки 160 170^oC; конечная влажность 14,0 15,0% диаметр отверстий выходной решетки, профилирующей жгуты, 5,5 мм; температура сушки жгутов 120 130^oC;
конечная влажность жгутов перед дроблением 4,5 5,5%
эффективный диаметр отверстий решетки, тарирующей гранулы, 15,0 мм.

Образовавшийся гранулят правильного сечения рассеивали на фракции 0,62 - 2,5 мм и более 5,0 мм. Образовавшуюся пыль (менее 0,63 мм), количество которой также примерно 45,0 48,0% увлажняли в смесителе отдельно или же в смеси с новой порцией гранул и подвергали повторной обработке в той же последовательности для получения новой порции гранулята нужных фракций.

Предлагаемый способ подготовки глинистых материалов имеет следующие преимущества перед прототипом:
исключает высокотемпературную сушку (термообработку глины), что обеспечивает сохранность реологических свойств (пластичности) глинистого материала, так как не подвергается удалению конституционная вода, входящая в состав структуры глины, и уменьшает выделение количества пыли при ее последующей обработке;
уменьшение температуры сушки снижает энергоемкость и трудоемкость процесса измельчения глинистых материалов и других сырых керамических материалов, а следовательно, снижает стоимость всего процесса;
из процесса исключаются также энергоемкие операции, также как обработка в дезинтеграторе, молотковой мельнице или бегунах, требующие применения громоздкого и дорогостоящего оборудования. Вместо этих агрегатов использован один однотипный агрегат мясорубка с разным диаметром ячеек выходной решетки;
при измельчении получается более широкий фракционный состав глины, а также гранулы материала правильного сечения, которые можно дифференцированно и рационально использовать для изготовления керамических изделий, формуемых разными способами.

Например, после обработки глины, показанной в примере 1, глина имеет в своем фракционном составе частиц менее 0,9 мм (64 от/см ²) до 70% менее 0,63 мм до 55,0% и более 0,63 мм 45,0% Это дает возможность использовать гранулят менее 0,9 мм в обычной технологии изготовления огнеупорных и других керамических изделий, изготовленный методом полусухого прессования. При этом в связи с большим выходом частиц менее 0,63 мм есть возможность для использования в технологии изготовления этих изделий более высококачественного мелкодисперсного гранулята.

Гранулы более 0,63 мм легко поддаются распаду в воде и потому с успехом могут быть использованы в технологии изготовления керамических изделий, получаемых методом литья или же пластичным способом. Характерно еще и то, что в грануляте могут содержаться и пластифицирующие добавки (например те, что указаны были выше), которые способствуют в дальнейшем гомогенному распределению их в массе формуемых керамических изделий.

Способ также позволяет объединить все исполнительные агрегаты в достаточно компактную линию, которая обеспечит в 1,5 2,0 раза большую производительность, чем у прототипа, и при минимальных потерях глинистого материала на пределах, что весьма важно для обеспечения удовлетворительной экологической обстановки на участках подготовки глинистых и других дисперсных материалов керамического производства.

Предлагаемое изобретение соответствует критерию "новизна", так как при измельчении глинистых материалов использован двухстадийный процесс сушки и дробления с использованием агрегата типа мясорубки, что неизвестно.

Анализ известных технических решений в исследуемой отрасли промышленности, а также в смежных отраслях и сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод об отсутствии в нем сходных признаков.

Представленные в техническом решении параметры процесса измельчения глинистых материалов проверены на практике и обоснованы следующим образом:
Величина температуры сушки глины на первой стадии ее обработки 150 - 200^oC обоснована экспериментально, с одной стороны, реализацией выделения при сушке только свободной воды, с другой достижением рациональной энергоемкости процесса, когда влажность 8,0 18,0% должна быть достигнута при минимальных энергетических затратах.

При превышении влажности сырца свыше 18,0% последний прилипает к поверхности внутренних пазов агрегата типа мясорубки, что приводит к заклиниванию шнека. При уменьшении влажности менее 6,0% значительно увеличивается нагрузка на шнек и уменьшается производительность агрегата, так как поступающие после глигорезки и сушки куски сырца имеют значительную величину и сопротивление раздавливанию.

По той же причине величина эффективного диаметра ячеек выходной решетки выбрана равной 2,0 7,0 мм и является оптимальной, так как при меньших отверстиях шнек заклинивает, а при больших размерах величина выходных жгутов не обеспечивает эффективной их сушки на второй ее стадии при температуре 70 - 150^oC на второй стадии измельчения глины выбрана t также исходя из достижения рациональной энергоемкости процесса при достижении рабочей влажности сырца материала не более 6,0% так как при превышении этой влажности происходит не дробление материала, а его экструзия при заданном эффективном диаметре ячеек выходной решетки 2,0 15,0 мм. Величина диаметра ячеек выходной решетки выбрана экспериментально с целью обеспечения широкого грансостава гранулята.

Аналогично обосновываются также и параметры гранулирования глинистого материала или другого керамического материала или их смесей, содержащих глину, так например, при гранулировании на первой стадии обработки материала последний поступает в мясорубку в пластичном состоянии с повышенной влажностью, которая должна быть не более 18,0% иначе шнек будет скользить по массе на границе с корпусом мясорубки, а промин и экструдирование через решетку массы не будут обеспечены. С другой стороны при снижении влажности менее 8,0% масса, поступающая в шнек мясорубки, имеет высокую вязкость, а следовательно, значительное сопротивление промину и экструдированию через решетки.

Параметры сушки жгутов на второй стадии процесса обоснованы аналогично процессу дробления глины. Особенность гранулирования (дробления) заключается лишь в том, что высушенные жгуты подвергаются гранулированию (дроблению) в решетке, имеющей эффективный диаметр отверстий 2,0 15,0 мм.

Нижний предел размера ячейки выходной решетки обусловлен необходимостью выполнения процесса в основном гранулирования, а не дробления, а верхний предел пределами размера частиц до такой величины, когда эти частицы можно еще отнести к категории гранул с правильным сечением, а не изделий неправильной формы.

В качестве базового объекта выбран способ измельчения глинистых материалов используемый при изготовлении огнеприпаса, например, на Дулевском фарфоровом заводе, который приведен в прототипе.

При сравнении заявляемого технического решения с базовым объектом установлено, что энергоемкость процесса резко уменьшается (в 2,5 3,0 раза), трудоемкость на 25 30, а потери в 2,5 8,0 раз.

При этом отмечены следующие преимущества заявляемого способа перед известным: 1.

1. Образующийся глинистый гранулят представляет собой высокодисперсную смесь частиц сырой глины, не потерявших своих пластических свойств, после рассева смесь может быть использована дифференцированно для изготовления изделий, получаемых разными способами формования;
2. Благодаря высокой пластичности количество глины в полусухих массах может быть сокращено на 1/3 без дополнительного увеличения давления прессования;
3. Гранулы глины сравнительно крупные (более 2,5 мм) или же ее частицы хорошо распадаются в воде и потому могут быть использованы при приготовлении как пластичных масс, так и суспензий;
4. В процессе гранулирования глины в состав гранул могут быть введены пластифицирующие добавки, которые способствуют в дальнейшем однородному распределению этих добавок по всему объему формуемого изделия.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения предлагаемого изобретения составит в год на одну линию 600 700 тыс. рублей. Заявляемое техническое решение прошло испытания в керамическом производстве предприятия ВТПО "АНИМА".

Показано, что смонтированная опробованная технологическая цепочка-линия измельчения глинистых материалов успешно функционировала с эффективностью значительно большей, чем у прототипа, с обеспечением всех требований экологии по нормам запыленности на участке подготовки глинистых материалов.

Формула изобретения

Способ подготовки сырьевых пластифицированных минеральных композиций для приготовления керамических масс, включающий пластичную подготовку сырьевой минеральной композиции, ее промин и формование в формующем устройстве, имеющем винтообразный шнек, дезинтегрирование на отдельные жгуты правильного геометрического сечения через перфорированную калибровочную насадку с последующей сушкой жгутов, их дроблением и рассевом, отличающийся тем, что сырьевую пластифицированную минеральную композицию перед поступлением в формующее устройство сушат при температуре 150 200^oС до влажности 8 - 18% а отформованные жгуты при температуре 70 150^oС до влажности не более 6% причем дезинтегрирование массы на жгуты и их дробление перед рассевом ведут в устройствах одного и того же конструктивного выполнения, имеющих винтообразный шнек с жестко закрепленным на нем ножом, контактирующим с поверхностью перфорированной калибровочной насадки, с эффективными диаметрами ячеек соответственно 2 7 и 2 15 мм.