Ceramică
Ceramica de alumină este un tip de material ceramic rezistent la uzură, la coroziune și de înaltă rezistență. Este utilizată pe scară largă și este în prezent cea mai utilizată categorie de ceramică structurală pentru temperaturi înalte. Pentru a realiza producția în masă și a îndeplini cerințele de aspect uniform al produsului, cantitate mică de măcinare și măcinare fină ușoară, este foarte necesar să se aleagă metoda de formare prin presare uscată. Turnarea prin compresie necesită ca semifabricatul să fie o pulbere cu o anumită gradație, cu mai puțină umiditate și liant. Prin urmare, suspensia amestecului după măcinarea cu bile și zdrobirea fină trebuie uscată și granulată pentru a obține pulberea cu o fluiditate mai bună și o densitate vrac mai mare. Granularea prin pulverizare a devenit metoda de bază pentru producerea ceramicii de construcție și a ceramicii noi. Pulberea preparată prin acest proces are o fluiditate bună, o anumită proporție de particule mari și mici și o densitate vrac bună. Prin urmare, uscarea prin pulverizare este cea mai eficientă metodă de preparare a pulberii presate uscate.
Uscarea prin pulverizare este un proces în care materialele lichide (inclusiv suspensia) sunt atomizate și apoi transformate în materiale pulverulente uscate într-un mediu de uscare fierbinte. Materialele sunt atomizate în picături sferice extrem de fine, deoarece picăturile sunt foarte fine și raportul dintre suprafață și volum este foarte mare, umiditatea se evaporă rapid, iar procesele de uscare și granulare se finalizează instantaneu. Dimensiunea particulelor, conținutul de umiditate și densitatea volumetrică a materialelor pot fi controlate prin ajustarea parametrilor operațiunii de uscare. Pulberea sferică cu o calitate uniformă și o repetabilitate bună poate fi produsă prin adoptarea tehnologiei de uscare prin pulverizare, scurtând astfel procesul de producție a pulberii, facilitând producția automată și continuă și fiind o metodă eficientă pentru prepararea la scară largă a materialelor ceramice pulverulente uscate de alumină fină.
2.1.1 Prepararea suspensiei
Alumina industrială de primă clasă, cu o puritate de 99%, este adăugată cu aproximativ 5% aditivi pentru a prepara un material de porțelan 95%, iar măcinarea cu bile se efectuează în funcție de raportul material: bilă:apă = 1:2:1, și se adaugă liant, defloculant și o cantitate corespunzătoare de apă pentru a prepara o suspensie stabilă. Vâscozitatea relativă se măsoară cu un debitmetru simplu pentru a determina conținutul adecvat de solid al nămolului, tipul și dozajul defloculant.
2.1.2 Procesul de uscare prin pulverizare
Principalii parametri ai procesului de control în procesul de uscare prin pulverizare sunt: a). Temperatura de ieșire a uscătorului. În general, controlată la 110 ℃. b). Diametrul interior al duzei. Se utilizează o placă cu orificiu de 0,16 mm sau 0,8 mm. c). Diferența de presiune a separatorului ciclonic, controlată la 220 Pa.
2.1.3 Inspecția performanței pulberii după uscarea prin pulverizare
Determinarea umidității se va efectua conform metodelor comune de determinare a umidității ceramice. ParticulaMorfologia și dimensiunea particulelor au fost observate la microscop. Fluiditatea și densitatea în vrac a pulberii sunt testate conform standardelor experimentale ASTM pentru fluiditatea și densitatea în vrac a pulberii metalice. Metoda este următoarea: în condiții de absență a vibrațiilor, 50 g de pulbere (cu o precizie de 0,01 g) trec printr-un gât de pâlnie de sticlă cu un diametru de 6 mm și o lungime de 3 mm pentru fluiditatea sa; în condiții de absență a vibrațiilor, pulberea trece prin aceeași pâlnie de sticlă și cade într-un recipient cu o înălțime de 25 mm din aceeași pâlnie de sticlă. Densitatea nevibrante este densitatea de compactare liberă.
3.1.1 Prepararea suspensiei
Folosind procesul de granulare prin uscare prin pulverizare, prepararea suspensiei este o cheie crucială. Conținutul de solide, finețea și fluiditatea nămolului vor afecta direct producția și dimensiunea particulelor de pulbere uscată.
Deoarece pulberea acestui tip de porțelan de alumină este sterilă, este necesar să se adauge o cantitate adecvată de liant pentru a îmbunătăți performanța de formare a semifabricatului. Substanțe organice utilizate în mod obișnuit, cum ar fi dextrina, alcoolul polivinilic, carboximetilceluloza, polistirenul etc. În acest experiment a fost selectat alcoolul polivinilic (PVA), un liant solubil în apă. Acesta este mai sensibil la umiditatea mediului, iar schimbarea umidității ambientale va afecta semnificativ proprietățile pulberii uscate.
Alcoolul polivinilic are multe tipuri diferite, grade diferite de hidroliză și grade de polimerizare, ceea ce va afecta procesul de uscare prin pulverizare. Gradul său general de hidroliză și gradul de polimerizare vor afecta procesul de uscare prin pulverizare. Dozajul său este de obicei 0,14 - 0,15% în greutate. Adăugarea unei cantități prea mari va face ca pulberea de granulare pulverizată să formeze particule de pulbere uscată și tare, pentru a preveni deformarea particulelor în timpul presării. Dacă caracteristicile particulelor nu pot fi eliminate în timpul presării, aceste defecte vor fi stocate în corpul crud și nu pot fi eliminate după ardere, ceea ce va afecta calitatea produsului final. O cantitate prea mică de liant adăugată la un nivel verde va crește pierderile operaționale. Experimentul arată că atunci când se adaugă o cantitate adecvată de liant, secțiunea țaglei verzi este observată la microscop. Se poate observa că atunci când presiunea este crescută de la 3 MPa la 6 MPa, secțiunea crește uniform și există un număr mic de particule sferice. Când presiunea este de 9Mpa, secțiunea este netedă și practic nu există particule sferice, dar presiunea ridicată va duce la stratificarea țaglei verzi. PVA este deschis la aproximativ 200 ℃
Începeți arderea și scurgeți la aproximativ 360 ℃. Pentru a dizolva liantul organic și a umezi particulele de țaglă, formați stratul intermediar lichid între particule, îmbunătățiți plasticitatea țaglei, reduceți frecarea dintre particule și frecarea dintre materiale și matriță, promovați creșterea densității țaglei presate și omogenizarea distribuției presiunii și adăugați, de asemenea, cantitatea corespunzătoare de plastifiant, utilizați în mod obișnuit ca glicerină, acid etil oxalic etc.
Deoarece liantul este un polimer macromolecular organic, metoda de adăugare a liantului în suspensie este, de asemenea, foarte importantă. Cel mai bine este să adăugați liantul preparat în nămolul uniform cu conținutul necesar de solide. În acest fel, se poate evita ca materiile organice nedizolvate și nedispersate să fie aduse în suspensie, iar posibilele defecte după ardere pot fi reduse. Când se adaugă liantul, suspensia este ușor generată prin măcinare cu bile sau agitare. Aerul înfășurat în picătură se află în pulberea uscată, ceea ce face ca particulele uscate să devină goale și reduce densitatea volumică. Pentru a rezolva această problemă, se pot adăuga antispumanți.
Din cauza cerințelor economice și tehnice, este necesar un conținut ridicat de solide. Deoarece capacitatea de producție a uscătorului se referă la apa evaporată pe oră, suspensia cu conținut ridicat de solide va crește semnificativ producția de pulbere uscată. Când conținutul de solide crește de la 50% la 75%, producția uscătorului va crește de două ori.
Conținutul scăzut de solide este principalul motiv pentru formarea particulelor goale. În procesul de uscare, apa migrează la suprafața picăturii și transportă particule solide, ceea ce face ca partea interioară a picăturii să fie goală; dacă în jurul picăturii se formează o peliculă elastică cu permeabilitate scăzută, din cauza vitezei reduse de evaporare, temperatura picăturii crește, iar apa se evaporă din partea interioară, ceea ce face ca picătura să se umfle. În ambele cazuri, forma sferică a particulelor va fi distrusă și se vor produce particule goale, inelare, în formă de măr sau pară, ceea ce va reduce fluiditatea și densitatea în vrac a pulberii uscate. În plus, suspensia cu conținut ridicat de solide poate reduce...
În procesul de uscare scurt, reducerea timpului de uscare poate reduce cantitatea de adeziv transferată pe suprafața particulelor împreună cu apa, astfel încât să se evite ca concentrația liantului pe suprafața particulelor să fie mai mare decât cea centrală, astfel încât particulele să aibă o suprafață dură și particulele să nu se deformeze și să nu se zdrobească în procesul de presare și formare, reducând astfel masa corporală a țaglei. Prin urmare, pentru a obține o pulbere uscată de înaltă calitate, conținutul de solide al suspensiei trebuie crescut.
Suspensia utilizată pentru uscarea prin pulverizare trebuie să aibă suficientă fluiditate și cât mai puțină umiditate posibil. Dacă vâscozitatea suspensiei este redusă prin introducerea unei cantități mai mari de apă, nu numai că consumul de energie al uscării este crescut, dar și densitatea în vrac a produsului este redusă. Prin urmare, este necesar să se reducă vâscozitatea suspensiei cu ajutorul unui coagulant. Suspensia uscată este compusă din particule de câțiva microni sau mai mici, care pot fi considerate un sistem de dispersie coloidală. Teoria stabilității coloidale arată că există două forțe care acționează asupra particulelor de suspensie: forța van der Waals (forța Coulomb) și forța de repulsie electrostatică. Dacă forța este în principal gravitațională, vor avea loc aglomerarea și flocularea. Energia potențială totală (VT) a interacțiunii dintre particule este legată de distanța dintre ele, timp în care VT la un moment dat este suma energiei gravitaționale VA și a energiei repulsive VR. Când VT dintre particule prezintă energia potențială pozitivă maximă, acesta este sistemul de depolimerizare. Pentru o suspensie dată, VA este sigură, deci stabilitatea sistemului este reprezentată de acele funcții care controlează VR: sarcina superficială a particulelor și grosimea straturilor electrice duble. Grosimea stratului dublu este invers proporțională cu rădăcina pătrată a legăturii de valență și cu concentrația ionului de echilibru. Compresia stratului dublu poate reduce bariera de potențial a floculării, deci legătura de valență și concentrația ionilor de echilibru din soluție trebuie să fie scăzute. Demulgatorii utilizați în mod obișnuit sunt HCI, HNO3, NaOH, (CH)3noh (amină cuaternară), GA etc.
Deoarece suspensia pe bază de apă din pulberea ceramică de alumină 95 este neutră și alcalină, mulți coagulanți care au un efect bun de diluare asupra altor suspensii ceramice își pierd funcția. Prin urmare, este foarte dificil să se prepare suspensia cu un conținut ridicat de solide și o fluiditate bună. Suspensia sterilă de alumină, care aparține oxidului amfoteric, are procese de disociere diferite în medii acide sau alcaline și formează stări de disociere cu compoziții și structuri micelare diferite. Valoarea pH-ului suspensiei va afecta direct gradul de disociere și adsorbție, rezultând schimbarea potențialului ζ și flocularea sau disocierea corespunzătoare.
Suspensia de alumină are valori maxime ale potențialului ζ pozitiv și negativ în mediu acid sau alcalin. În acest moment, vâscozitatea suspensiei este la cea mai scăzută valoare în starea de decoagulare, în timp ce atunci când suspensia este în stare neutră, vâscozitatea acesteia crește și are loc flocularea. Se constată că fluiditatea suspensiei este mult îmbunătățită și vâscozitatea suspensiei este redusă prin adăugarea unui deemulgator adecvat, astfel încât valoarea vâscozității acesteia este apropiată de cea a apei. Fluiditatea apei măsurată cu un viscozimetru simplu este de 3 secunde / 100 ml, iar fluiditatea suspensiei este de 4 secunde / 100 ml. Vâscozitatea suspensiei este redusă, astfel încât conținutul de solide din suspensie poate fi crescut la 60% și se poate forma o umplutură stabilă. Deoarece capacitatea de producție a uscătorului se referă la evaporarea apei pe oră, la fel se întâmplă și cu suspensia.
3.1.2 Controlul principalilor parametri în procesul de uscare prin pulverizare
Modelul fluxului de aer din turnul de uscare afectează timpul de uscare, timpul de retenție, apa reziduală și aderența picăturilor la perete. În acest experiment, procesul de amestecare a aerului cu picături este un flux mixt, adică gazul fierbinte intră în turnul de uscare de sus, iar duza de atomizare este instalată în partea de jos a turnului de uscare, formând o pulverizare de tip fântână, iar picătura este parabolică, astfel încât amestecarea picăturii cu aerul este în contracurent, iar când picătura ajunge în partea superioară a cursei, devine un flux în aval și pulverizează în formă conică. De îndată ce picătura intră în turnul de uscare, va atinge în curând viteza maximă de uscare și va intra în etapa de uscare la viteză constantă. Durata etapei de uscare la viteză constantă depinde de conținutul de umiditate al picăturii, vâscozitatea nămolului, temperatura și umiditatea aerului uscat. Punctul de limită C dintre etapa de uscare la viteză constantă și etapa de uscare rapidă se numește punct critic. În acest moment, suprafața picăturii nu mai poate menține starea de saturație din cauza migrației apei. Odată cu scăderea ratei de evaporare, temperatura picăturilor crește, iar suprafața picăturilor din punctul D este saturată, formând un strat de înveliș dur. Evaporarea se deplasează spre interior, iar rata de uscare continuă să scadă. Eliminarea ulterioară a apei este legată de permeabilitatea la umiditate a învelișului dur. Prin urmare, este necesar să se controleze parametrii de funcționare rezonabili.
Conținutul de umiditate al pulberii uscate este determinat în principal de temperatura de ieșire a uscătorului prin pulverizare. Conținutul de umiditate afectează densitatea în vrac și fluiditatea pulberii uscate și determină calitatea semifabricatului presat. PVA este sensibil la umiditate. În diferite condiții de conținut de umiditate, aceeași cantitate de PVA poate provoca durități diferite ale stratului superficial al particulelor de pulbere uscată, ceea ce face ca determinarea presiunii să fluctueze și calitatea producției să fie instabilă în timpul procesului de presare. Prin urmare, temperatura de ieșire trebuie controlată strict pentru a asigura conținutul de umiditate al pulberii uscate. În general, temperatura de ieșire trebuie controlată la 110 ℃, iar temperatura de intrare trebuie ajustată în mod corespunzător. Temperatura de intrare nu este mai mare de 400 ℃, în general controlată la aproximativ 380 ℃. Dacă temperatura de intrare este prea mare, temperatura aerului cald din partea superioară a turnului se va supraîncălzi. Când picăturile de ceață ajung la cel mai înalt punct și întâlnesc aer supraîncălzit, pentru pulberea ceramică ce conține liant, efectul liantului va fi redus și, în final, performanța de presare a pulberii uscate va fi afectată. În al doilea rând, dacă temperatura de intrare este prea mare, durata de viață a încălzitorului va fi, de asemenea, afectată, iar pelicula încălzitorului va cădea și va intra în turnul de uscare cu aer cald, poluând pulberea uscată. În condițiile în care temperatura de intrare și temperatura de ieșire sunt determinate în principiu, temperatura de ieșire poate fi, de asemenea, ajustată prin presiunea pompei de alimentare, diferența de presiune a separatorului ciclonic, conținutul de solide al suspensiei și alți factori.
Diferența de presiune a separatorului ciclonic. Diferența de presiune a separatorului ciclonic este mare, ceea ce va crește temperatura de ieșire, va crește colectarea particulelor fine și va reduce randamentul uscătorului.
3.1.3 Proprietățile pulberii uscate prin pulverizare
Fluiditatea și densitatea de compactare a pulberii ceramice de alumină preparate prin metoda de uscare prin pulverizare sunt în general mai bune decât cele preparate prin procedeul obișnuit. Pulberea de granulare manuală nu poate curge prin dispozitivul de detectare fără vibrații, în timp ce pulberea de granulare prin pulverizare poate face acest lucru complet. Referindu-ne la standardul ASTM pentru testarea fluidității și densității în vrac a pulberii metalice, au fost măsurate densitatea în vrac și fluiditatea particulelor obținute prin uscare prin pulverizare în diferite condiții de conținut de apă. Vezi Tabelul 1.
Tabelul 1 densitatea și fluiditatea pulberii uscate prin pulverizare
Tabelul 1 Densitatea și debitul pulberii
| Conținut de umiditate (%) | 1.0 | 1.6 | 2.0 | 2.2 | 4.0 |
| Densitatea de etanșeitate (g/cm3) | 1.15 | 1.14 | 1.16 | 1.18 | 1.15 |
| Lichiditate (lichidități) | 5.3 | 4.7 | 4.6 | 4.9 | 4.5 |
Conținutul de umiditate al pulberii uscate prin pulverizare este în general controlat la 1 - 3%. În acest moment, fluiditatea pulberii este bună, ceea ce poate îndeplini cerințele de turnare prin presare.
DG1 este densitatea pulberii de granulare fabricate manual, iar DG2 este densitatea pulberii pentru granularea prin pulverizare.
Pulberea granulată manual se prepară prin măcinare cu bile, uscare, cernere și granulare.
Tabelul 2 densitatea pulberilor presate formate prin granulare manuală și granulare prin pulverizare
Tabelul 2 Densitatea corpului verde
| Presiune (MPA) | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 |
| DG1 (g/cm3) | 2.32 | 2.32 | 2.32 | 2.33 | 2.36 | 2.4 |
| DG2 (g/cm3) | 2.36 | 2.46 | 2,53 | 2,56 | 2,59 | 2,59 |
Dimensiunea particulelor și morfologia pulberii au fost observate la microscop. Se poate observa că particulele sunt practic solide, sferice, cu o interfață clară și o suprafață netedă. Unele particule au formă de măr, pară sau punți, reprezentând 3% din total. Distribuția dimensiunii particulelor este următoarea: dimensiunea maximă a particulelor este de 200 μm (< 1%), dimensiunea minimă a particulelor este de 20 μm (individual), majoritatea particulelor au aproximativ 100 μm (50%), iar majoritatea particulelor au aproximativ 50 μm (20%). Pulberea produsă prin uscare prin pulverizare este sinterizată la 1650 de grade, iar densitatea este de 3170 g/cm3.3.
(1) Suspensia de alumină 95 cu un conținut de solide de 60% poate fi obținută utilizând PVA ca liant, adăugând coagulant și lubrifiant adecvat.
(2) un control rezonabil al parametrilor operațiunii de uscare prin pulverizare poate obține o pulbere uscată ideală.
(3) Prin adoptarea procesului de uscare prin pulverizare, se poate produce pulbere de alumină 95, potrivită pentru procesul de presare uscată în vrac. Densitatea sa liberă este de aproximativ 1,1 g/cm3.3iar densitatea de sinterizare este de 3170 g/cm3.
