CC BY
11Ceramic building materials
УДК 666.03
В.А. КЛЕВАКИН, инженер (nanokeramika2012@mail.ru), исполнительный директор, Е.В. КЛЕВАКИНА, инженер, главный технолог
ООО «НАНО КЕРАМИКА» (623103, Свердловская обл., г. Первоуральск, ул. 50 лет СССР, 18а-25)
Эффективное решение снижения себестоимости керамических изделий, произведенных методом полусухого прессования
Обоснована необходимость введения связующего компонента в шихту для производства клинкерного кирпича методом полусухого прессования. Описана технологическая связка «КОМПАС-БР», которая представляет собой коллоидную смесь жидкого стекла и органических активаторов. Приведены результаты лабораторных исследований эффективности применения связки, проведенных на ОАО «Сухоложский огнеупорный завод». Показано, что при введении связующего «КОМПАС-БР» в количестве 6% прочность образцов увеличилась на 93%.
Ключевые слова: энергосбережение, ресурсосбережение, снижение себестоимости, адгезия, смачивание, кирпич керамический, связующий компонент, жидкое стекло, лигносульфонаты технические, твердофазное спекание.
V.A. KLEVAKIN, Engineer (nanokeramika2012@mail.ru), Executive Director, E.V. KLEVAKINA, Engineer, Chief Technologist «NANO KERAMIKA» OOO (18a-25, 50 Let SSSR Street, Sverdlovsk Region, Pervouralsk, 623103, Russian Federation)
Efficient Solution of Self-Cost Reduction of Ceramic Products Manufactured by Semi-Dry Pressing Method
The necessity of introducing a binder to the charge for producing the clinker brick by the method of semi-dry compression is substantiated. The technological bond «KOMPAS-BR» which is a colloid mix of liquid glass and organic activators is described. Results of the laboratory study of the bond application efficiency conducted at OAO «Sukholozhsky ogneuporny zavod» are presented. It is shown that the introduction of the binder «KOMPAS-BR» in a quantity of 6% makes it possible to improve the strength of samples by 93%. Keywords: energy saving, resource saving, self-cost reduction, adhesion, wetting, ceramic brick, binder, liquid glass, technical lignosulphonates, solid-phase sintering.
В существующей технологии производства керамических изделий методом полусухого прессования происходит постоянное увеличение себестоимости готовой продукции. Это связанно с ростом стоимости энергоносителей и сырьевых компонентов.
Одним из решений задачи снижения себестоимости продукции может стать применение нового связующего, с помощью которого можно достичь снижения потребления энергии или расхода глинистого сырья. В качестве связующих веществ можно использовать самые различные компоненты, обладающие «склеивающим» (адгезивным) действием и способные затвердевать при нормальных условиях или при изменении условий (нагревание, охлаждение, изменение рН-среды и т. д.). В промышленности к связующим предъявляется ряд дополнительных требований: они должны быть нетоксичны, недефицитны, достаточно дешевы, устойчивы к атмосферным воздействиям.
Явления адгезии напрямую связаны с процессами смачивания, которые определяются интенсивностью взаимодействия между молекулами контактирующих веществ. В нашем случае рассматриваются взаимодействия молекул жидкости, нанесенной на поверхность твердого тела, с молекулами этого твердого тела. Известно, что если молекулы жидкости взаимодействуют с молекулами твердого тела сильнее, чем между собой, то жидкость будет растекаться по поверхности, смачивать ее. Если же молекулы жидкости взаимодействуют друг с другом сильнее, чем с молекулами твердого тела, растекания не произойдет. Между этими двумя крайними случаями, в зависимости от соотношения интенсивности молекулярных сил, действующих, с одной стороны, между молекулами жидкости и с другой — между молекулами жидкости и твердого тела, наблюдаются переходные случаи неполного смачивания, когда капля образует с поверхностью тела определенный равновесный угол, называемый краевым углом, или углом смачивания. Соответственно
наилучшее смачивание происходит при краевом угле, стремящемся к нулю.
Связующие материалы делятся на органические и неорганические. Наиболее распространенными неорганическими связующими являются: жидкое (растворимое) стекло, известь, цемент [1]. Среди них широко применяется жидкое стекло. Оно удовлетворяет практически всем необходимым параметрам. Однако из-за довольно высокого угла смачивания (краевой угол стремится к 90о), т. е. низкой адгезионной способности, вводить такое связующее приходится в больших количествах (до 15%). В настоящее время в кирпичной промышленности в качестве связующих предпочитают использовать органические вещества, такие как лигносульфонаты технические (ЛСТ) [2—4]. ЛСТ является временным технологическим связующим компонентом. Это отходы целлюлозно-бумажной промышленности, состав и свойства которого во многом случайны и определяются основным процессом [1]. ЛСТ имеет низкий угол смачивания (краевой угол стремится к 0о) и, следовательно, высокую адгезионную способность. Но в то же время ЛСТ в два раза дороже жидкого стекла. На определенном этапе развития промышленности ЛСТ удовлетворяли требованиям к технологическим связующим. Однако в настоящее время требования существенно изменились, представляют интерес связующие материалы с высокой формовочной способностью. Она обеспечивает улучшение однородности микроструктуры кирпича за счет эффективности распределения мелких частиц и заполнителей.
Специалистами ООО «НАНО КЕРАМИКА» разработано новое связующее на органоминеральной основе «КОМПАС-БР», которое представляет собой коллоидную смесь жидкого стекла и органических активаторов. Благодаря им краевой угол смачивания жидкого стекла снижается, смачивание твердых частиц улучшается. В то же время такое связующее конкурентоспособно с чистым жидким стеклом, так как органические активаторы вводятся в небольших количествах.
r'j научно-технический и производственный журнал
¡'"il ® апрель 2016
Керамические строительные материалы
Результаты лабораторных исследований, проведенных на ОАО «Сухоложский огнеупорный завод»
Добавка, мас. % Влажность, % Плотность, г/см3 Прочность, МПа
нет 7,5 1,7 4,5
4 7 1,7 4,2
5 5,6 1,75 4,6
6 5,4 1,77 8,7
Лабораторные исследования, проведенные на ОАО «Сухоложский огнеупорный завод», показали предварительную эффективность использования связующего «КОМПАС-БР» в производстве клинкерного кирпича. Лабораторные образцы на 80% состояли из огнеупорной глины марки НУПК Челябинского рудоуправления. Формования проводили полусухим прессованием на ручном лабораторном прессе. Давление прессования составило 20 МПа. После формования образцы подвергали естественной сушке в течение 24 ч в нормальных условиях. После сушки образцы помещали в обжиговую печь туннельного типа. Температура обжига — 1380оС. В ходе исследований замеряли следующие параметры образцов: количество вводимой добавки, влажность образцов, кажущуюся плотность и механическую прочность при сжатии. Усредненные результаты лабораторных исследований представлены в таблице.
Результаты исследований показали, что ввод связующего «КОМПАС-БР» позволяет снизить формовочную влажность на 30%, не изменяя способность массы к формованию. Это обусловлено тем, что органический активатор связывает часть воды, находящейся в керамической массе. В то же время активатор оказывает пластифицирующее действие и уплотняет структуру изделия, уменьшая расстояние между частицами и улучшая реологические свойства.
Прочность образцов с введением связующего «КОМПАС-БР» в количестве 6% увеличилась на 93%. Это обусловлено тем, что компоненты связующего обеспечивают низкотемпературную прочность керамическим изделиям. Известно, что спекание двух взаимно нерастворимых тел протекает по законам гетеродиффузии. Частицы вещества с большей поверхностной энергией, большей температурой плавления, более твердые покрываются веществами с меньшей поверхностной энергией, более легкоплавкими.
Перенос массы вещества при твердофазовом спекании осуществляется в основном диффузионным путем. Поверхностная диффузия характеризуется небольшой энергией активации и протекает при сравнительно низкой температуре, в то время как объемная диффузия интенсивно протекает при высокой температуре. При вводе в керамическую массу связующего «КОМПАС-БР» происходит переход спекания от объемной диффузии к поверхностной. Благодаря образованию жидкой фазы за счет легкоплавкого силиката натрия и более плотной структуры полуфабриката происходит интенсивное спекание изделий при более низкой температуре.
Таким образом, введение связующего «КОМПАС-БР» в технологии производства клинкерного кирпича методом полусухого прессования позволяет снизить себестоимость готовой продукции. Ввод связующего «КОМПАС-БР» способствует снижению температуры обжига изделий. Это обусловливает экономию энергоресурсов за счет снижения расхода газа, затрачиваемого на обжиг изделий. В настоящее время планиру-
ется проведение полупромышленных испытаний влияния связующего «КОМПАС-БР» на свойства клинкерного кирпича, произведенного методом полусухого прессования.
Список литературы
Дерябин В.А., Клевакина Е.В. Изучение возможности использования неорганических связующих для брикетирования порошкообразных материалов // Новые огнеупоры. 2015. № 3. С. 39-40. Кийк А.А., Маркова С.В., Кормина И.В., Маркова Ж.С. Применение полимеров в производстве металлургических брикетов // Новые огнеупоры. 2013. № 3. С. 29-30.
Земляной К.Г. Временные технологические связующие в промышленности // Новые огнеупоры. 2013. № 3. С. 15-17.
Эббрехт Т., Вейерсхаузен Б., фон Раймон Липин-ски Т., Шторм Х. Новая высокоэффективная связка для огнеупоров // Новые огнеупоры. 2009. № 7. С. 37-39.
3.
4.
References
Deryabin V.A., Klevakina E.V. Explore the use of inorganic binders for briquetting of powder materials. Novye ogneupory. 2015. No. 3, pp. 39—40. (In Russian). Kiik A.A., Markova S.V., Kormina I.V., Markova Zh.S. The use of polymers in the production of metallurgical briquettes. Novye ogneupory. 2013. No. 3, pp. 29—30. (In Russian). Zemlyanoi K.G. Temporary bonding technology in the industry. Novye ogneupory. 2013. No. 3, pp. 15—17. (In Russian).
Ebbrekht T., Veierskhauzen B., Fon Raimon Lipinski T., Shtorm Kh. New high-performance bundle for refractories. Novye ogneupory. 2009. No. 7, pp. 37—39. (In Russian).
научно-технический и производственный журнал
32
апрель 2016
4
1.
