При напівсухому пресуванні формувальних будівельних сумішей засипка прес-форм є складним технологічним процесом, що полягає в загальному випадку в закінченні дискретного сипкого середовища і заповнення нею замкнутого простору у вигляді прес-форми. Зв'язок засипки прес-форм з якістю одержаних при формуванні виробів виявляється в наступному. По-перше, при пресуванні до заданого тиску (наприклад, на гідравлічних пресах з гідравлічним обмежувачем тиску) зміна кількості формувальної суміші в прес-формі приводить до зміни висоти (товщина) виробу. По-друге, при пресуванні до заданої товщини виробу (наприклад, на механічних пресах) різниця в кількості формувальної суміші в прес-формі веде до неоднакового тиску пресування. Крім того, при значному тиску (вище заданих) і нестабільності процесу засипки знижується надійність устаткування. По-третє, при пресуванні в багатомісних (багатокубел) прес-формах має місце нерівномірність розподілу формувальної суміші по окремих прес-формах. По-четверте, при однаковій висоті засипки прес-форм, але різній кількості формувальної суміші в них, вироби одержують однакову товщину в стислому стані, але різну після випресовки через неоднакову густину і пружну деформацію напівфабрикату (пресування).
Отже, засипку прес-форм формувальною сумішшю можна віднести до об'ємного дозування і до процесу закінчення сипкого матеріалу з отвору відповідного пристрою [24, 44, 79]. Процес засипки - це наповнення прес-форм формувальною сумішшю з максимальною густиною і рівномірністю і мінімальною погрішністю. Пристрої, що забезпечують процес засипки прес-форм формувальною сумішшю, одержали назву засипних (наповнювальних) пристроїв, прес-мішалок, наповнювачів, завантажувальних пристроїв і т.п. [15, 24, 79].
Засипку прес-форм при напівсухому пресуванні формувальних сумішей (мас) можна представити у вигляді блок-схеми (мал.9.5).
Кожна з приведених в блок-схемі технологічних операцій має певне значення і характеризується оптимальними параметрами.
До суміші в бункерах пред'являються вимоги як по формуванню певного запасу, так і по стабілізації її властивостей. Засипка (дозування) формувальної суміші з порушеними властивостями приводить до виробництва неякісних виробів. При засипці як мірна місткість використовуються прес-форми, змонтовані в столі преса. Переміщення, заповнення і розподіл формувальної суміші за об'ємом прес-форми на практиці здійснюється уручну або частіше за допомогою механічних засобів. Основна вимога при переміщенні прес-форми з першої позиції на другу полягає в недопущенні перерозподілу суміші в об'ємі прес-форми. Загальна тривалість технологічних операцій 
при виробництві пресованих будівельних виробів повинна бути менше часу циклу пресування (tnp ). Тому швидкодії процесу засипки і засипних пристроїв винне уділятися особлива увага [24, 44, 79].
Мал.9.5. Блок-схема засипки прес-форм при напівсухому пресуванні
Основи теорії засипки прес-форм і засипних пристроїв висловлені в роботах Р.А. Андрієвського, В.Е. Берниковського, Е.В. Задорожного, А.С. Ільіна, С.С. Кипарісова, Е.Е. Кольма-на-Іванова, Д.В. Кондрашова, І.Д. Радомисельського, І.М. Фе-дорченко, А.А. Соловьева, Р.Я. Попильского і інших.
Кількість формувальної суміші, яка повинна бути засипано в прес-форму перед пресуванням, в масовому або об'ємному виразах визначається по формулах [15, 24, 79]:
(9.12)
(9.13)
(9.14)
де ρм - густина безпористого матеріалу виробу; VИ - об'їм вироби; ПІ - пористість виробу; K 1 - коефіцієнт, що враховує втрати формувальної суміші при пресуванні, К1 = 1,005-1,01; К2 - коефіцієнт, що враховує втрати маси виробу (напівфабрикату) при термічній обробці, К2= 1,01-1,03; Fn ф - площа прес-форми; h см - товщина суміші в прес-формі (глибина, висота засипки прес-форми); ρ3 - густина засипки.
Висоту (товщину) формувальної суміші в прес-формі при заданих параметрах готового виробу і густини засипки можна розрахувати по формулі
(9.15)
де hПP - висота пресування (напівфабрикату); ρПР - густина пресування (напівфабрикату).
В окремих випадках використовується коефіцієнт засипки (К3), визначуваний по формулі [15, 24, 79]
(9.16)
Якщо задані параметри пресування, розміри готового виробу і їх відхилення, то можна розрахувати висоту пресування (напівфабрикату) і висоту засипки прес-форми перед пресуванням.
Відносні погрішності засипки, що допускаються, можуть бути визначені по формулах
(9.17)
(9.18)
(9.19)
Недоліком приведених аналітичних виразів є чисто теоретичне уявлення про процес засипки без урахування фізико-механічних і технологічних властивостей формувальних сумішей, тривалості засипки, конструкції і параметрів засипних пристроїв.
Для вивчення процесу засипки прес-форм формувальною сумішшю в МГСУ розроблений лабораторний стенд (мал.9.6).
Стенд включає раму, на якій встановлений змінний поворотний стіл із знімними прес-формами, що мають регульовані по висоті днища і що спираються в процесі засипки на вібраційне струшуюче пристрій. Над столом змонтований приймально-витратний бункер, засипний пристрій із змінними робочими органами і привід. В знімному днищі засипного пристрою є засипні вікна і калібрувальний отвір, який використовується при випробуваннях гравітаційного закінчення суміші (маси).
Змінні столи з прес-формами і різні робочі органи засипного пристрою, а також регульовані за об'ємом прес-форми дозволяють розширити лабораторні випробування при вивченні процесу засипки прес-форм [24, 79].
Останніми роками при вивченні процесу засипки прес-форм широко використовується кібернетичний підхід. Математичною моделлю служить функція відгуку, що зв'язує параметри оптимізації із змінними параметрами, які варіюються в ході експериментальних досліджень [15].
Мал.9.6. Стенд для випробування засипки прес-форм: 1 - рама; 2 - поворотний стіл; 3 - прес-форма; 4 - днище; 5 - вібраційний пристрій; 6 - електродвигун приводу поворотного столу; 7,20 - редуктор; 8, 21 - приводной вал; 9, 22 - кільцевий токосъемник; 10, 11 - зубчатая передача; 12, 17 - вертикальний вал; 13 - гальмо; 14 - наповнювальний орган; 15 - засипний пристрій; 16 - приймально-витратний бункер; 18 - конічна передача; 19 - електродвигун засипного пристрою; 23 - засипне вікно.
Наприклад, вивчався вплив тривалості засипки прес-форм формувальною сумішшю і кількості порожниностворювачів на показники засипки. Як показали експериментальні дослідження (мал.9.7), збільшення тривалості засипки прес-форм сумішшю більше 3 с практично не приводить до помітного зростання густини засипки. Це відповідає максимальній тривалості циклу пресування (4 с). Залежність має лінійний характер і виявляється при будь-якій кількості пустоутворювачів в прес-формі.
Наявність пустоутворювачів в прес-формі знижує густину засипки. Залежність має нелінійний характер і виявляється однаково при різній тривалості засипки. Очевидно, що істотну роль тут грають вогкість і модуль крупної суміші. Тому для підвищення густини засипки рекомендується застосовувати або примусову подачу суміші в прес-форму, або активізувати роботу засипного пристрою шляхом дії робочого органу на формувальну суміш [15, 24, 79].
Мал.9.7. Графіки залежності густини засипки від тривалості заповнення прес-форм сумішшю і кількості пустоутворювачів в прес-формі.
Мал.9.8. Графіки залежності коефіцієнта рівноплотности від висоти (глибини) засипки непарних і парних прес-форм.
Емпірична залежність густини засипки (ρз) від тривалості (t ), кількості пустоутворювачів (ZП) і вогкості суміші (Wсм ) можуть бути представлені у вигляді наступних рівнянь регресій:
(9.20)
(9.21)
Поліноміальна модель має вигляд:
(9.23)
де 
- модуль крупної суміші; П - порожнистість.
З рівняння (9.22) виходить, що збільшення модуля крупної (Мкр) і вогкості (Wсм) суміші, а також кількості пустоутворювачів (ZП) знижують густину засипки прес-форм.
Якість засипки декількох прес-форм одночасно може бути оцінене коефіцієнтом рівноплотности (Кр 3 ), рівним відношенню, наприклад, густина засипки непарної прес-форми до густини засипки парної прес-форми (Кр 3 = рзн/рзч).
Чим вище за значення коефіцієнта рівноплотності, тим менше різниця густини засипки кожної з прес-форм і тим менше розкид міцності виробів. З метою визначення значень висоти засипки кожної з прес-форм, відповідних коефіцієнту рівноплотності, рівному одиниці (Кр3 = 1), методом планування експерименту другого порядку було одержано наступне рівняння регресії
де X1 і Х2 - відповідно, висота засипки непарної і парної прес-форми.
Після канонічного перетворення рівняння (9.23) і побудови контурних кривих (табл.9.3) можна вибирати значення висоти засипки прес-форм, при яких досягається равноплотная засипка (Кр3 = 1).
Таблиця 9.3
Результати розрахунку для побудови контурних кривих поверхні відгуку Кр 3.
| Кρ3 | Кρ3 - Кρ3S | Напівосі | Канонічне рівняння | |
| а | b | |||
| 0,970 | 0,660 | 0,6040 | 0,6638 | 
|
| 0,980 | 0,0166 | 0,958 | 1,055 | 
|
| 0,990 | 0,0266 | 1,210 | 1,330 | 
|
| 1,000 | 0,0366 | 1,425 | 1,565 | 
|
| 1,010 | 0,0466 | 1.605 | 1,765 | 
|
На мал.9.9 показана поверхня відгуку коефіцієнта рівноплотності КРз.
Мал.9.9. Поверхня відгуку в задачі оптимізації рівноплотної засипки прес-форм
Експериментальні дослідження [24, 79] показали, що найбільші значення густини засипки спостерігаються в нижніх і потім верхніх шарах по висоті прес-форми. В середній частині прес-форми густина засипки мінімальна. Різниця в густині засипки досягає 16% (мал.9.10).
Утворення мінімальної густини засипки в середині висоти прес-форми пояснюється зменшенням впливу швидкості частинок і сил підпресування за рахунок загального опору.
Рис.9.10. Схеми позначень шарів (а), об'ємів (б) і хвилі ущільнення (в) формувальної суміші в прес-формі при засипці
Якісні показники засипки прес-форм приведені в табл.9.4.
Істотна нерівномірність засипки спостерігається і за об'ємом прес-форми. З найбільшою густиною заповнюються умовні відсіки прес-форми 4, 5 і 6. Відсіки 1, 2 і 3 на 10% заповнюються сумішшю гірше за перші. Пояснюється це орієнтуванням прес-форм, наприклад, в поворотному столі преса і їх переміщенням щодо засипного пристрою (прес-мішалки), тобто напрямом повороту столу преса.
В загальному випадку аналітичний зв'язок між ефективністю засипки і параметрами пресування може бути представлена в наступному вигляді
(9.24)
де ρПР - густина пресування (напівфабрикату); ρз - густина засипки прес-форм; ρ'ПР - густина пресування від дії пресуючого механізму (питомого зусилля пресування).
Таблиця 9.4
Якісні показники засипки
| Номер слоя, объема | Показники засипки | |||||
| ρ3*103 кг/м3 | Rpс,% | Δρ3,% | ρ3*103 кг/м3 | Rpс,% | Δρ3,% | |
| по слоям (1-5) | по об’ємам (1-6) | |||||
| 1 2 3 | 1,01 0,87 0,86 | 16,3 | 16,0 | 0,90 0,82 0,82 | 16,9 | 10,2 |
| 4 5 6 | 0,89 0,99 | 16,3 | 16,0 | 0,94 0,93 0,97 | 16,9 | 10,2 |
Практично зв'язок значно складніше і залежить від великого числа чинників.
Теоретичні основи і експериментальні дослідження процесу засипки прес-форм при напівсухому пресуванні є основою для вибору типу, конструктивно-технологічних і енергетичних параметрів і методики розрахунку і проектування засипних пристроїв при виробництві стінних будівельних матеріалів (цеглини, каменя, плит, плиток і ін.).
Розділ 4. Грануляція
Загальні відомості
Грануляція - одна з обширних груп агломераційних процесів, включаюча такі з них, при яких з порошкоподібних матеріалів унаслідок добавки рідкої зв'язки в процесі обертального руху суміші утворюються гранули.
Іншими словами, грануляція - це агломерація порошків шляхом обливання. В ПСМ грануляцію знайшло вживання при підготовці скляних і портландцементних сировинних шихт, виробництві легких заповнювачів, переробці фосфогіпсу і ін.
Мал.10.1. Схема перекочування гранули через дрібне зерно матеріалу.
Порівняно малоенергоємний спосіб обливання забезпечує передачу на порошок значних зусиль. У момент перекочування гранули радіусом R (мал.10.1) через дрібне зерно п виникає поштовх, направлений до центру гранули. Якщо прийняти швидкість поступального руху гранули Якщо прийняти швидкість поступального руху гранули 
, кутову швидкість ω, то відповідно до мал.10.1, а = t = k ω t = Rtga.
Початкова швидкість перекочування пер, виникаюча при зустрічі із зерном, рівна
(10.1)
Вертикальна компоненту цієї швидкості 
, а вертикальна складова прискорення
(10.2)
Нормальна до поверхні гранули складова прискорення буде рівна:
(10.3)
Якщо замінити ав його виразом з (10.2), а cos а згодне (мал.10.1) його значенням, рівним R/ (R+d), то
(10.4)
або, позначивши d=R/b, одержимо
(10.5)
Зусилля поштовху в напрямі, перпендикулярному поверхні гранули, рівне:
(10.6)
де т - маса гранули, рівна 
звідси
(10.7)
Зусилля, передаване гранулою, що перекочується, на одиничне зерно, може досягати десятків МПа. Правда, для досягнення такого тиску необхідно, щоб гранула при русі спиралася завжди тільки на одну частинку, а поверхня гранулятора була з нееластичного матеріалу. Насправді гранула спирається на більше число частинок і водна плівка на поверхні сприяє більш рівномірному розподілу тиску. Проте, навантаження, сприймані тонкодисперсными частинками в промислових грануляторах, достатньо високі. На поверхні гранули, що перекочується, виникає не тільки поштовх, але і зризувальне зусилля. Частина нерівностей не витримує цих напруг і руйнується, а міцно прилиплі зерна вдавлюються всередину. Це забезпечує придбання гранулами кулястої форми. Ущільнення агломерату при обливанні можливе лише, якщо він достатньо пластичний. Необхідну пластичність йому додає наявність технологічної зв'язки, як правило, води, з другого боку, під дією сил поверхневого натягнення води розвивається великий капілярний тиск в порах гранули, направлений від її поверхні до центру. Чим вище дисперсність матеріалу і чим тонше капіляри, тим більше капілярний тиск. В поєднанні з компресійними навантаженнями при обливанні капілярний тиск грає значну роль в зміцненні гранул.
Як правило, тривалість насичення гранул вологою значно більше, ніж час, необхідний для обливання. Тому для отримання гранул необхідного розміру матеріал бажано зволожувати поступово з урахуванням кінетики вологопоглинання. Швидкість розповсюдження вологи в тонкодисперсному матеріалі знижується у міру підвищення тонкості помелу. При агломерації обливанням швидкість розповсюдження рідкої фази є лімітуючою стадією процесу, а рівномірність її розподілу визначає якість агломератів.
Більшість дослідників вважає, що гранульованість порошків визначається їх пластичністю. Гранулюємось порошків, що переробляються в ПСМ, можна в широких межах регулювати, або виключаючи з складу шихт непластичні компоненти, або вводячи пластичні добавки.
Особливо складний характер носить вплив на процес агломерації температури. Є зведення, що подача на грануляцію гарячих порошків гальмує процес. Це пояснюють зниженням поверхневого натягнення води. В той же час нагрів матеріалів непластичних, гранульованих, як правило, з добавкою електролітів забезпечує їх пластификацию.
Дата: 2019-05-29, просмотров: 222.
