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浅析水在挤出成型过程中的作用【麟工窑炉】
时间:2019年05月20日    点击:次    来源:隧道窑

水,是生产烧结砖坯过程中不可或缺的物质,其在这一过程中主要有以下两种作用。

一是激发泥料的塑性:不管塑性多好的粉料,干粉都是“没有塑性的,黏不到一块,也不可能成行。”一旦加入适量的水,并搅拌均匀,它就有了塑性能互相黏接,挤出成型了。这些水和粉料颗粒结合紧密,是粉料颗粒中的塑性充分发挥出来,可以称之为内在水或结合水。

一个土块儿沾上水,只有其表层沾了水的部分有塑性,其余部分并没有塑性,所以我们把制砖原料进行粉碎,使水分更容易深入内部而充分发挥其全部塑性。

为达到这一目的,我们除把原料粉碎的细一点以外,还常采用搅拌、挤压(对辊机、轮碾机、捏合机、挤出机等)以把水份挤压进颗粒内部,激发其全部塑性以外还可以采用充分陈化,是水份与足够的内在水,就宣告“满足”不再吸水了。一般称这种水量为原料的“塑限含水率”。

这就和面粉一样,干的时候没有粘性,加上适量的水,充分柔和、静置、水分充分渗透均匀就可以做面条、包子了。

不同泥料的塑限含水率是不一样的,不能“一视同仁”。当泥料中的含水量超过到其塑限含水率时,再加入的水已不能被泥料所吸收,就只能包裹(附着)在泥料颗粒的表面,可称之为“附着水”或表皮水在挤出成型的过程中这种附着水也同样必不可少。这就是水在挤出成型过程中第二个主要作用——润滑作用。

和所有物体一样,运动中都会有“摩擦阻力”,泥料在挤出机里移动时也一样要产生摩擦阻力,它包括泥料颗粒之间的摩擦阻力——内摩擦力和泥料与泥缸、机头、机口、芯具和螺旋铰刀表面的摩擦阻力——外摩擦阻力。这时就离不开这些附着水在泥料颗粒表面的“附着水”了。正是这些附着水,使泥料在行进中不是完全直接接触而是隔着一层“水膜”接触,从而大幅减小了他们之间的摩擦阻力。

这就和我们走路一样,天晴路面干燥,脚与路面直接接触,摩擦力较大,不会滑到,而下雨天路面有水,脚和路面之间隔了一层“水膜”而水的流动性好、摩擦阻力较小,就容易滑到了。

在实际生产中很难把泥料中的结合水和附着水截然分开,只能以它们的总量——成型含水率或成型水份为计算和判断是否恰如其分。

砖坯的成型含水率和下列情况有关:

1.和原料的硬度有关:硬质页岩或煤矸石本身不太吸水其结合水较少,成型含水率也较低。

2.和原料的塑性指数有关:一般说来,原料的塑性指数越高,砖坯的成型含水率也较高。如黏土的成型含水率就比页岩、煤矸石和高掺量煤灰的成型含水率高。

3.和原料的颗粒级配有关:一般说来较细的原料需要较高的成型含水率。

4.和原料颗粒的形状有关:圆球形的颗粒容易流动,挤出成型的内摩擦系数和外摩擦系数都较小,不需要太多的附加润滑,也能挤出成型,其成型含水率较低如粉煤灰多为球形较容易流动。但球形外表使颗粒间的接触面极小(理论上是“点接触”)颗粒间的粘结力也较弱,砖坯的强度常较低。不规则外形的颗粒,在挤出成型时尽管其摩擦阻力较大,需要较多的附加水来润滑,但挤出成型后颗粒的棱角互相咬住,砖坯的强度高多了。

5.和挤出机的基础压力有关:挤出机的挤出压力小需要泥料有较高的含水量,加强润滑,减小挤出时的摩擦阻力,其砖坯的成型含水率均较高。

上个世纪五十年代,多用黏土生产普通实心砖,当时挤出机的挤出压力只有1.5~2MPa,现在硬塑挤出时挤出机的挤出压力多为3.5~4MPa,砖坯的密实度就好多了,成品砖的强度也高多了。

6.和制品的外形有关:生产普通实心砖坯外形简单、阻力小需要润滑用的附着水也较少,砖坯的成型含水率可较低,生产多孔砖、空心砖坯时机口里多了一套芯具,泥料必须克服大、小刀片、芯杆、芯头的许多阻力,才能从“夹缝”中挤出来,挤出阻力大增。就需要适当提高砖坯的成型含水率1~2个百分点。

实践证明:当以上条件充分具备时,砖坯的成型含水率只略高于其泥料的塑限含水率。否则就必须适当增加砖坯的成型含水率。

在实际生产中不可能经常检测砖坯的成型含水率,可以采用以下方法现场评估:

一是,在给挤出机供料的皮带上信手抓一把泥料,用力捏紧约数秒钟,平伸手臂,掌心向下,张开手掌,泥料自然落下,跌落为几个大块为合适,如跌落成一盘散沙,则是水量少了,或泥料塑性太差:如跌落成一块泥饼,则是水量太多均应调整。

二是,刚切出来的砖坯,对多孔砖坯和空心砖孔洞朝天,放在平地上,踏上一只脚,另一只脚悬空,砖坯不坏;如是空心砖坯其条面(240mm*53mm)朝天,同样脚踩,砖坯不坏,均为合格。

上述方法不能高于高掺量粉煤灰砖坯。

砖厂的人大多有这样的经验,挤出成型时泥料中的说多一点,泥条就跑的快一点,砖坯的产量就高一点,砖坯就软一点;反之则泥条就出得慢一点,砖坯的产量就少一点但砖坯就硬一点(坯体强度高一点),于是认为“增加砖坯的成型含水率是挤出成型增产的有效措施”,这至少是不全面的,因为我们要的是砖,而砖坯只是“半成品”。

应该注意的是:水在挤出成型阶段,固然是一种比不可少的物质,而在其以后的干燥、焙烧阶段又是一种必须首先彻底清除掉的东西,切不可顾此失彼,给后面的生产增加麻烦。

我们先算一笔账,如果挤出砖坯时的成型含水率只增加一个百分点(这在生产中很难直观发现的)一块标准普通实心砖砖坯中就只多出0.033kg水,实在微不足道。问题是砖的产量是以万块计算的,一万块这样的砖坯就多出了0.03kg /块×10000=300kg水。

统计表明,在人工干燥室里每蒸发1kg水要1200大卡的热量,1kg标准煤的发热量才7000大卡,这就是说要蒸发1Kg水需要0.171kg标准煤,则这增加出的1%300kg水就需要51.3kg标准煤,实际上,如果300kg水放在锅里100kg标准煤也不一定能把它们烘干。

不仅如此,蒸发出来的水蒸气自己是不会走的,全靠“风”把它们带出去,而空气带走水汽的能力十分有限,1标准立方米的空气在100℃时能带走800.99g水,而在0℃时只能带走4.84g水!人工干燥室的排气温度低于50℃时,1标准立方米的空气最多也只能带走98.13g水!

空气带走水汽是一点也不可能超载的,而且大气中的相对湿度常为50%左右,所以实际上窑炉吸入空气中的“剩余座位”不多,实践表明在人工干燥室里需要排出1kg水蒸汽约需20m³的风量,则这1%300kg水就要6000 m³的风量。一天生产10万块砖的小厂为了排出这增加了1%的成型水份,风机要化约1个小时,一年下来,就为这多出来的1%的成型含水率多耗多少煤?多少电?

再有蒸发、排出这些多余出来的1%的水,需要时间,表面上看,制坯产量可能略有增加,而全厂的成品砖的产量会不升反降。

更为重要的是,砖坯的成型含水率高了,其干燥敏感系数也高了,其在干燥过程中产生的干燥裂纹也多了,干燥废品也要增加了。

砖坯的成型含水率越高,坯体的密室就越差,成品砖的抗压强度也会下降,甚至成品率也随这下滑,作为砖厂整体损失的就更大了。

以一个年折标产量仅5000万块的小厂来说,如果成品率增加一个百分点,就意味着不增加任何投入可以多收货50万块砖;而如果成品率下降一个百分点,不仅这50万块砖没有了,还要花费人力资源资金把数以千吨计的废砖处理掉,一进一出这一年几十万块钱就飞了!

因此,笔者以为,在保证质量的基础上,砖坯的成型含水率低一点更好!

 注:在烧结砖厂大多知道水在挤出成型的重要性,而能知道成型时过量用水给干燥焙烧带来多少麻烦,对产品的质量、产量有多大的负面影响和给企业带来多大的不可挽回的经济损失的人,实在不多。故撰此文,以为烧结砖生产企业的有关人士温馨提示!作者:曹世璞

 




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