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砖厂实验室测定原料塑性应注意的几个因素【麟工窑炉】
时间:2020年11月11日    点击:次    来源:隧道窑

1.引言

内燃烧结砖制品相对外燃烧结产品来说,原料来 源丰富,适用性也强。实际生产中,不仅可以采用传 统页岩、煤矸石,而且也可以采用建筑渣土、河道淤 泥、工业污泥,甚至采用低塑性的粉煤灰、石粉、工业 炉渣为原料烧制出合格产品。在生产过程中,原料的 可塑性是决定原料能否烧制合格产品的重要因素,可 塑性又往往是通过原料塑限、液限、塑性指数及含水 率来衡量的。

 砖厂一般都会设立实验室,目的是为砖厂提供生 产服务,及时在源头发现原料的差异性,采取针对性 预防措施;生产过程中的数据可以用来反映生产班组 的质量控制,评定生产水平,若出现明显问题可为采 取纠偏措施提供数据支持;成品出现质量问题则可通 过追溯相关数据及对成品的相关实验找到原因及时 止损。砖厂实验室对塑性的测定是指导破碎原料粒 径大小、陈化时间长短和成型含水率高低的重要手 段。但是,砖厂实验室与专业实验室又有区别,它并 不单纯追求数据的可靠性与准确性,其测得结果的快捷性同样备受关注。目前,砖厂实验室测定塑性指数 时主要参考黏土塑性测定方法,因此在本文论述中黏 土的概念泛指砖厂生产所用原料。

2有关塑性的基本概念

可塑性是指具有一定细度和分散度的黏土,加适 量水调和均匀,成为含水率一定的塑性泥料,在外力 作用下能塑造各种形状而不发生开裂,外力撤除后保 持原形不变的性能。原料塑限指黏土由固体状态进 入塑性状态时的含水率,换句话说在此状态下的黏土 再失去一点水分就变为了半固体状态。液限指黏土 由塑性状态进入流动状态时的含水率,也就是说在此 状态下达到液限的黏土再增加一点水分就变为了流 动状态。从黏土与水的相对关系来看,塑限表示黏土 被水湿润后,形成水化膜,使黏土颗粒能相对滑动而 岀现可塑性的含水率。所谓塑限高,说明黏土颗粒的 水化膜厚,工作水分高,但干燥收缩也大。液限反映 黏土颗粒与水分子亲和力的大小。液限高的黏土颗 粒很细,在水中分散度大,不易干燥,湿坯强度低。

塑性指数是一个差值,是黏土液限及塑限的相减后得到的结果,它表示黏土能形成可塑泥团的水分变 化范围。指数大则成型水分范围大,成型时不易受周 围环境湿度及模具的影响,即成型性能好。但要注意 相应的含水率,若相应的含水率大,即工作水分多,干 燥过程易变形、干裂。黏土颗粒越细,有机质含量越 高,可塑性越好;黏土颗粒吸附的阳离子(Ca2H) 浓度高、半径小、价电高,因吸附水膜较厚,可塑性好。

3影响实验室测定塑性的因素

3.1原料细度的影响

201961日正式实施的《烧结砖瓦原料物理 性能试验方法》(GB/36495-2018)对原料塑性指数的 测定实验进行了详细的规定,为实验室人员测定原料 塑性指数提供了依据和判断标准 通常认为塑性指数大于7的原料可以成型砖坯, 通过对塑限、液限、塑性指数等概念的解释发现,只用 塑性指数判断该原料塑性是否适宜生产烧结砖产品 是不严谨的。同一种原料在细度及颗粒级配不同的 情况下,测得的塑性指数可能存在较大差异,有实验 已经证明同一种煤矸石在相同的实验条件下,粒径在 0.105mm-0.149mm范围的塑性指数比粒径在 0.42mm-0.50mm范围的塑性指数相比高出超过25% 所以,实验室人员有必要结合《烧结砖瓦原料物理性 能试验方法(GB/36495-2018)》中对原料的颗粒级配 测试方法,表述在该细度分布下测定的塑性指数,从 而更准确反映原料真实的物理性能。    

在实际生产中,新建成的生产线砖坯成型环节往 往是最忙碌的。笔者参与过几条新建成生产线的调 试工作,调试期间从砖机出来的大量泥条要么水分控 制不好,或太干或太湿;要么原料塑性太差进入切坯 之前就已断裂成数块,带给操作人员极大的劳动强 度。砖厂实验室测定原料塑性指数指导生产时,通常 的做法是从陈化库多点取料,混合均匀后直接使用塑 性测定仪测得数据,而实验结果往往与前期可研阶段 试验结果相差较大,有的生产线实验室测得的数据只 4-5,而前期可研阶段试验测得数据是可以达到7 以上的,究其原因,除人为误差外,原料处理方式的不 同是最主要原因。专业机构实验室要求原料烘干破 碎后均过1mm孔径的筛子,而生产线陈化库的原料不 经后续破碎是很难达到这样细度的。举例说明,某厂 破碎车间原料颗粒级配数据见表1-4

从以上数据得出,实际生产中细度相对较小原料 也不能做到粒径均过1mm筛,这也是造成两个数据差距较大的主要原因。为使生产线实验室更准确地指 导生产需要统一标准,若按照国标则需要增加取料后 的破碎环节,使原料均过lmm筛;若按照企业生产制 度,可以直接从陈化库取料进行测定,但是结论的参 考数据应来自生产线自身通过长期时间累计获得的 数据库。该数据库应该揭示自身生产线中塑性指数 大小、颗粒细度及级配与坯体成型性能制品质量的 关联性。

3.2陈化时间的影响

同种原料在其他工况相同情况下,因陈化时间不 同所测得的塑性指数也会存在差异。

生产过程中陈化有如下作用:陈化提供了加入原 料中拌和水进入紧密团聚在一起的粒团间隙所需足 够的扩散时间;同时,陈化过程使原料疏解,就是使所 有塑性组分都得以膨胀,使团聚紧密的原料团粒疏 松,使原料充分疏解是减小成型、干燥和焙烧过程中 的应力,消除各种缺陷的前提:另外,在陈化过程中的 生物化学作用也有助于原料的疏解和塑化,大多数煤 千石都含有有机物质(例如生物残余物等),它们在陈 化过程中形成有机胶体物质,能增加原料的塑性。通 常,陈化使泥料颗粒细化、可塑性提高,坯体和产品强 度增加,尤其显著的是改善成型性能,提高坯体在干燥过程中的抗裂性能。 同样,有试验证明陈化时间的增长能够提高原料 的可塑性,增大塑性指数。塑性指数虽然不会随着陈 化时间的加长一直呈线性增长,但是前期的陈化效果 显著,实际生产过程中一般选择3d的陈化时间较为合适。

国标对测定塑性指数实验要求陈化时间是24h 同样砖厂实验室应当控制取料的陈化时间,做到 致,进而消除陈化时间带来的影响误差。按照国标则 需要有在破碎环节后24h的加水陈化时间,生产实践 中应选择统一取料陈化时间,比如取陈化48h72h 的原料作为实验对象。

3.3含水率的影响

有实验数据表明,原料陈化过程中含水率与塑性 指数是呈正相关的,在一定范围内随含水率的提高原 料塑性指数会持续增加。但实际生产需要选择合适 的拌和水量,通常除化库中原料的含水率略低于成型 含水率,而专业实验室陈化含水率通常又会高于实际 生产线成型含水率,单从含水率分析,专业实验室测 得的原料塑性指数也会高于砖厂实验室直接从陈化 库取料测得的塑性指数 砖厂实验室若遵循国标要求,应在陈化阶段控制 好统一含水率,并记录实际含水率;若直接取用陈化 库原料为实验对象,同样应记录实际含水率,并将含 水率因素纳入判断塑性指数的考虑范畴。

3.4实验仪器和实验方法影响实验室指导生产

对黏土塑性指数测定用实验仪器主要有可以同 时测得塑限及液限的液塑限联合测定仪,单测液限的 蝶式液限仪及锥式液限仪,另外还有利用毛玻璃单测 塑限的搓滚塑限法。采用以上仪器和方法,按照实验 要求均能测得真实有效的数据。

根据砖厂生产特点,《烧结砖瓦原料物理性能试 验方法(GB/36495-2018)》中测得液限所选用的仪器 锥式液限仪是比较适宜的,一是由于实验对原料细度 要求不高(原料细度要求小于1mm,其他仪器对原 细度要求小于0.5mm);二是相对于需要在坐标纸描线 取值来说,操作和计算难度更小。而对于标准中采用 的塑限测定方法搓滚塑限法,虽然需要一定的经 验积累,但是一旦掌握了操作技巧还是比较容易上手 的,砖厂生产原料种类较稳定也有利于实验人员的操 作。在长期生产实践中发现,采用搓滚法测量塑限数 据对操作人员的熟练程度要求不高,只要经过培训都可以胜任此工作,从而也证明该方法在砖厂实验室的可行性。

砖厂实验室设立 目的,是考虑快捷准确指导自身企业生产。为达到这样的目的,健全实验管理制度,规范操作流程,建立符合自身工艺特点的数据库,提高操作人员技能都是可行性措施。尤其是建立数据库的工作,需要有责任心的实验人员付上代价,但是一旦完成该工作,数据库对砖厂来说就是无价之宝。

4.结论

砖厂实验室设立的目的是为各工作环节提供技术标准,只要能够有利于维持正常生产降低生产成本、提高产品合格率,实验研究的意义是形成符合自身企业特点的实验制度,尤其是原料塑性指数的测定指导砖坯成型性能方面。《烧结砖瓦原料物理性能试验方法(GB/T36495- 2018)》中塑性指数的测定方法对于指导砖厂实验室有重要意义,砖厂实验室可以结合标准根据自身生产线工艺特点,制定适合本企业的实验制度。最重要的要求实验过程中控制原料细度、颗粒级配、含水率陈化时间等,这样才有可能在不失去快捷性的前提下提高数据的准确性。摘至《砖瓦》作者:陈刚、沙兴民 汝莉莉



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