способ обжига керамических изделий

Формула изобретения

Способ обжига керамических изделий из шихты на основе глины с добавкой силикатосодержащих отходов путем нагрева, частичного охлаждения, последующего нагрева до максимальной температуры с изотермической выдержкой при ней и охлаждения, отличающийся тем, что нагрев с последующим частичным охлаждением ведут циклическим путем, причем в каждом цикле температуру повышают на 100 - 300^oС со скоростью 50 200 град./мин, при охлаждении снижение температуры осуществляют на 10 30^oС, а выдержку производят при достижении максимальной температуры в течение 2 3 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству керамических материалов и может быть использовано при изготовлении керамических плиток и изделий технической керамики.

Известен способ обжига керамических изделий (О.Тихи "Обжиг керамики" М. Стройиздат, 1988, с.23), при котором обжиг проводят в печи с разными зонами нагрева путем ступенчатого повышения температуры изделий в каждой зоне. При достижении максимальной температуры осуществляют изотермическую выдержку и охлаждают.

К недостатком такого способа можно отнести повышенное время обжига в связи с необходимостью поддержания невысоких скоростей нагрева и небольших интервалов повышения температуры с целью снижения брака особенно при обжиге материалов с доблавлением силикатосодержащих отходов (шлаков, зол и т.д.).

Наиболее близким по сущности к заявляемому изобретению является способ обжига керамических плиток из шихты на основе глины с добавкой силикатосодержащих отходов (А.С. СССР N 1560522 С 04 В 33/22, 1990), включающий нагрев до 760-800^oС со скоростью 34^oС/минуту, частичное снижение температуры на 10-20^oС, промежуточную выдержку в течение 6-8 минут, последующий нагрев со скоростью 34^oС/минуту до максимальной температуры с изотермической выдержкой при ней в течение 7 минут и охлаждение.

При таком способе обжига керамических изделий повышение скорости нагрева в начальной стадии приводит к увеличению разности температур между поверхностью и сердцевиной изделий и, в результате, к увеличению внутренних напряжений, приводящих к деформации изделий. Кроме того, постоянное направление теплового потока от поверхности изделий к сердцевине препятствует выходу паров воды и других летучих соединений, что также оказывает влияние на качество изделий и вызывает необходимость увеличения времени обработки.

Целью предлагаемого изобретения является сокращение времени обжига.

Указанная цель достигается тем, что в способе обжига керамических изделий из шихты на основе глины с добавкой силикатосодержащих отходов, включающем нагрев, частичное охлажение, дальнейший нагрев до максимальной температуры с изотермической выдержкой при ней и последующее охлаждение, согласно предлагаемому решению нагрев с последующим частичным охлаждением ведут циклическим путем, причем в каждом цикле температуру повышают на 100-300^oС со скоростью 50-200^oС в минуту, при охлаждении снижение температуры осуществляют на 10-30^oС, а выдержку производят при достижении максимальной температуры в течение 2-3 минут.

Заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что обжиг ведут циклическим путем, чередуя нагрев с частичным охлаждением с предлагаемыми режимом обжига и выдержки, что способствует более равномерному прогреву, уменьшению разности температур между поверхностьтю изделий и их сердцевиной, снижению внутренних механических напряжений, приводящих к деформации изделий.

Способ обжига с использованием циклического нагрева в литературных источниках аналогичного назначения не обнаружен и результат, заключающийся в сокращении времени обжига, получаемый за счет оптимизации процессов тепло- и массообмена, для специалиста не является очевидным.

Увеличение скорости нагрева в отличие от прототипа до 50-200^oС в минуту ведет к сокращению времени обжига. Однако повышение скорости нагрева приводит к увеличению давления паров воды во внутренних областях обжигаемого тела, а при тонкопористом строении сырца резкое увеличение давления может привести к частичному или полному (подобному взрыву) разрушению изделий. Кроме того, если при быстром нагреве процессы дегидротации, а также выгорание остатков органических примесей не успевают завершаться до того как наступит интенсивное спекание материала, то выделение газообразных веществ в системе закрытых пор ведет к его вспучиванию. Для устранения этих явлений согласно предлагаемому решению периодически осуществляют перемещение изделий в зону охлаждения. что способствует возникновению обратного теплового потока "от изделия" и повышает интенсивность удаления паров воды и других летучих соединений. Интенсивное испарение с поверхности изделий ведет к частичному снижению его температуры. Время нахождения изделий в зоне охлаждения выбирают из условия снижения температуры на 10-30^oС. При снижении температуры менее чем на 10-С значительно снижается интенсивность удаления летучих соединений и не происходит выравнивание температуры по поверхности и в центре изделий. Снижение температуры при охлаждении более чем на 30^oС ведет к увеличению цикла на охлаждение и в результате к увеличению общего времени обжига, что нецелесообразно.

Увеличение скорости нагрева более чем на 200^oС в минуту, а также повышение температуры за 1 цикл более чем на 300^oС приводит к повышению количества бракованных изделий при обжиге.

При циклическом нагреве изделий при достижении максимальной температуры время изотермической выдержки при ней составляет 2-3 минуты, в отличие от 7 минут в базовом способе. Выбранного времени достаточно для завершения процесса спекания, одновременно происходящем в центре и на поверхности изделий вследствие выравнивания температур.

Пример осуществления способа.

Керамические плитки, толщиной 10 мм, полученные прессованием при влажности 6% керамической массы из шихты на основе глины (50%) с добавлением шлаков от сжигания твердого топлива (48,5%) и алюмината натрия (1,5%) обжигают следующим образом.

Обжиг проводят в щелевой электрической печи радиационного нагрева. Изделия помещают в начальную зону нагрева, обеспечивающую повышение температуры со скоростью 100^oС в минуту. После повышения температуры на 100^oС изделия перемещают в зону охлаждения, где происходит их "остывание" на 15^oС. При каждом последующем нагреве температуру повышают на 100^oС со скоростью 100^oС в минуту с последующим охлаждением на 15^oС. При достижении максимальной температуры (1075^oС) выдерживают 3 минуты и охлаждают. Максимальная температура обжига зависит от исходной смеси и для выбранного его состава соответствует 1075^oС.

Примеры осуществления предлагаемого способа при различных режимах сведены в таблицу, из которой следует, что при скорости нагрева 50-200^oС в минуту в цикле, время обжига составляет 17-32 минут, в отличие от 47 минут в прототипе.

При увеличении скорости нагрева более 200^oС в минуту (225^oС/мин) наблюдается образование трещин и деформации, однако время термообработки практически не уменьшается из-за необходимости увеличения времени на охлаждение в начальной фазе обжига отрицательный пример.

В начальных циклах происходит интенсивное удаление паров воды с поверхности изделий и происходит выравнивание температур внутренних и наружных областей изделий.

В конечной фазе обжига цикл охлаждения благоприятствует одновременному спеканию частиц на поверхности и в средней части изделий.

Таким образом, при проведении обжига по предлагаемому способу циклическим путем с чередованием нагрева со скоростью 50-200^oС в минуту и охлаждения на 5-30^oС достигается сокращение времени обжига при некотором повышении или сохранении качества изделий (см.таблицу).