Определение линейной воздушной и огневой усадки
Определение воздушной, огневой и полной усадок необходимо в керамической и в огнеупорной промышленности для расчета размеров мундштуков и пресс- форм с целью получения изделий с точно заданными размерами. Усадку измеряют по изменению расстояния между метками, нанесенными штангенциркулем на поверхность свежесформованного образца после его сушки и обжига. Определение ведется следующим образом: из глины, просеянной через сито с сеткой 1 мм, готовят тесто нормальной рабочей влажности (не прилипающее к тыльной части руки). Оно прорабатывается вручную или пробивается деревянным молотком до устранения более сухих комков и пузырьков воздуха. Полезно выдержать тесто под влажной мешковиной в течение 12−24 ч. Это способствует более равномерному распределению в нем влаги. Затем из теста вручную или на прессе в форме с выталкивателем формуют образцы размером 60х30х10 (или 50х50х10) мм в количестве 10−15 шт. На них наносят порядковый номер образца, шифр сырья, из которого они приготовлены, номер группы и инициалы студента. Сразу после формования по диагонали образцов острыми концами штангенциркуля, разведенного на 50 мм, ставят метки на глубине 2−3 мм. Затем образцы высушивают до воздушносухого состояния и тем же штангенциркулем замеряют расстояние между метками. Высушенные образцы обжигают при одной или при нескольких температурах, задаваемых преподавателем. При каждой температуре обжигают не менее трех образцов. Расстояние между метками каждый раз измеряют аналогично тому, как это делалось после сушки. Измерение ведут с точностью до 0,1 мм
Расчет усадки производится по следующим формулам:
, %;
, %;
, %;
где 
– расстояние между метками на свежесформованном образце; 
– расстояние между метками на воздушно-сухом образце; 
– расстояние между метками на обожженном образце.
На практике огневую усадку отдельно не рассчитывают, а определяют ее по разности между полной и воздушной усадкой. За окончательную величину любого вида усадки принимают среднее арифметическое из величины усадки всех образцов, высушенных или обожженных на ту или иную температуру.
Экспериментальная часть
4.1. Характеристика исходных материалов.
В качестве основного сырья в работе была использована санитарно-фаянсовая масса для керамических изделий старооскольского завода ООО «ОСМиБТ».
Химический состав глины приведен в табл. 1
Таблица 1.
| SiO2 | Al2O3 | K2O | Na2O | TiO2 | F2O3 | CaO | MgO | п.п.п. | ∑, % |
| 59.82 | 28.31 | 1.73 | 1.08 | 0.64 | 0.48 | 0.43 | 0.41 | 7,04 |
На первом этапе работы был изучен минералогический состав исходной глины. На рис. 1 приведены данные рентгенофазового анализа.
Рис.1. Пиктограмма ренгенофазового анализа
Как следует из рис. 1 основным глинистым минералом исследованной глины является каолинит. В качестве основного примесного минерала в глине присутствует кварц.
4. 2. Опрдеделение влажности керамических шликеров
Влажности шликера рассчитывают исходя из следующей формулы:
, %
= 40,4 %
4.3. Исходная влажность массы
Вычисления производят по формуле:
W = 
,
где g0 – масса влажной пробы, г; g1 – масса высушенной пробы, г.
= 21 %
4.4. Разжижение глин при помощи электролитов
Для разжижения шликера были использованы электролиты: NaHCO3 (кальцинированная сода), Na2SiO3 (жидкое стекло), реотан.
Испытания разжижения шликера электролитами приведены в табл.
Таблица .
| № испытания | Общее количество добавляемого электролита | Время истечения 100мл шликера, с | |||
| Содержание в % | На 100 г сухого вещ-ва, мл | Стекло | Сода | Реотан | |
| 0,1 | 0,1 | - | - | - | |
| 0,2 | 0,2 | ||||
| 0,3 | 0,3 | ||||
| 0,4 | 0,4 | ||||
| 0,5 | 0,5 |
Данные таблицы отображают на графике
Рис. . Зависимость истечения времени от количества добавляемого электролита
За оптимальное количество добавки электролита принимают величину, соответствующую количеству добавки, при которой скорость истечения шликера составляет τ =12 с. Из данных графика следует, что минимальной вязкостью обладает жидкое стекло, т.к. время истечения и количество вводимого электролита соответствует оптимальным показателям.
4.5. Определение коэффициента загустеваемости шликеров
Рассчитывают коэффициент загустеваемости по формуле:
Kз = Т2 / Т1,
где Т1- время истечения шликера после 30 с выстаивания, Т2 - время истечения шликера после 30 мин выстаивания.
Стекло:
Kз = 28 / 13 = 22 с
Сода:
Kз = 16 / 12 =1,3 с
Реотан:
Kз = 36/ 14 = 2,6 с
Результаты испытаний приведены в таблице 3.
Таблица 3.
| Электролит | Температура опыта,  | Скорость (время) истечения шликера после выстаивания а приборе в течение | ||
| τ1=30 сек | τ2=30 мин | Число загус-теваемости | ||
| Стекло | 2,2 | |||
| Сода | 1,3 | |||
| Реотан | 2,6 |
По данным таблицы оптимальным электролитом является стекло, т.к для высококачественных шликеров, применяемых в тонкой керамике, коэффициент загустеваемости находится в пределах 1,8–2,2
4.6. Определение скорости набора черепка
Массу набранного на гипсовый стержень слоя g (в г) определяют по формуле:
G = (m – mo) (100 – wшл) / 100,
где mo – масса высушенного гипсового стержня, г; m – масса стержня с набранным слоем, г; wшл – относительная влажность шликера, %.
1. Стекло
G = (20,9 – 13,84) (100 – 40) / 100 = 4,24 г
G = (39 – 30,39) (100 – 40) / 100 = 5,17 г
G = (43,5 – 31,5) (100 – 40) / 100 = 7,47
Сода:
G = (20 – 14,1) (100 – 40) / 100 = 3,54 г
G = (36,9 – 30,3) (100 – 40) / 100 = 3,96 г
G = (41,1 – 32,2) (100 – 40) / 100 = 5,34 г
Реотан:
G = (19,2– 13,8) (100 – 40) / 100 = 3,24 г
G = (36,1 – 30,4) (100 – 40) / 100 = 3,42 г
G = (39,7 – 31,2) (100 – 40) / 100 = 5,1 г
Поверхность гипсового стержня, сопрекасаемого со шликером:
,
где d – диаметр стержня, см; h – глубина погружения стержня в шликер, см.
= 19 
=18,3
= 19
Скорость набора массы Vн , 
, находят по формуле :
Vн = G / (S 
τ) ,
где τ – продолжительность набора массы, мин; S – поверхность гипса, соприкасающаяся со шликером, см2 .
Стекло:
V 
= 4,24 / (19 3) = 0,07
V 
= 5,17 / (18,3 5) = 0,06 
V 
= 7,47 / (19 7) = 0,06
Сода:
V = 3,54 / (19 3) = 0,06
V = 3,42 / (18,3 5) = 0,04
V = 5,34 / (19 7) = 0,04
Реотан:
V = 3,24 / (19 3) = 0,06
V = 3,42 / (18,3 5) = 0,04
V = 5,1 / (19 7) = 0,04
Результаты исследований приведены в таблице 4.
Таблица 4.
| Электролит | Номер стержня | Диаметр стержня d, мм | Высота погружаемой части, h мм | Поверхность гипсо-вого тела S, см3 | Время набора массы τ, мин | Масса стержня, г | Скорость набора массы Vн, г/ см2 мин) | ||||
| Высушенного, mo | с набранным сло- ем, m | ||||||||||
| Стекло | 16,16 | 34,29 | 19,0 | 13,84 | 20,90 | 0,07 | |||||
| 14,75 | 34,83 | 18,3 | 30,39 | 37,00 | 0,04 | ||||||
| 15,88 | 34,01 | 19,0 | 31,05 | 43,50 | 0,06 | ||||||
| Сода | 16,16 | 34,29 | 19,0 | 14,10 | 20,00 | 0,06 | |||||
| 14,75 | 34,83 | 18,3 | 30,30 | 34,90 | 0,03 | ||||||
| 15,88 | 34,01 | 19,0 | 32,20 | 41,10 | 0,04 | ||||||
| 16,16 | 34,29 | 19,0 | 13,80 | 19,20 | 0,06 | ||||||
| Реотан | 14,75 | 34,83 | 18,3 | 30,40 | 33,10 | 0,02 | |||||
| 15,88 | 34,01 | 19,0 | 31,20 | 39,70 | 0,04 | ||||||
Рис. 4. Зависимость скорости набора массы от времени набора
Из данных, представленных в таблице и на графике, следует, что жидкое стекло является более подходящим электролитом для качественного набора массы шликера, т.к. скорость набора массы происходит интенсивнее, чем у остальных разжижителей.
4.7. Определение линейной воздушной и огневой усадки
Расчет усадки производится по следующим формулам:
, %;
, %;
, %;
где – расстояние между метками на свежесформованном образце; – расстояние между метками на воздушно-сухом образце; – расстояние между метками на обожженном образце.
= 3,05%;
= 8,5%;
= 11,3 %;
Результаты исследования приведены в таблице
Таблица
| № обр. | Температура обжига, | Расстояние между метками, мм | Усадка, % | ||||
| после | Воз-душная | Ог-невая | Пол-ная | ||||
| формо-вания | сушки | обжига | |||||
| 65,5 | 63,0 | 58,2 | 8,5 | 11,3 | |||
| 65,5 | 63,9 | 58,1 | |||||
| 65,5 | 63,5 | 58,0 | |||||
| 65,0 | 63,1 | 57,6 | |||||
| 65,0 | 63,2 | 57,5 |