Ceramika

3.1.1 Przygotowanie zawiesiny

Przy użyciu procesu granulacji suszenia rozpyłowego przygotowanie zawiesiny jest kluczowym elementem. Zawartość substancji stałych, drobnoziarnistość i płynność mułu będą miały bezpośredni wpływ na wydajność i wielkość cząstek suchego proszku.

Ponieważ proszek tego rodzaju porcelany glinowej jest jałowy, konieczne jest dodanie odpowiedniej ilości spoiwa w celu poprawy właściwości formowania półfabrykatu. Powszechnie stosowane substancje organiczne, takie jak dekstryna, alkohol poliwinylowy, karboksymetyloceluloza, polistyren itp. W tym eksperymencie wybrano alkohol poliwinylowy (PVA), spoiwo rozpuszczalne w wodzie. Jest on bardziej wrażliwy na wilgotność otoczenia, a zmiany wilgotności otoczenia znacząco wpływają na właściwości suchego proszku.

Alkohol poliwinylowy ma wiele różnych rodzajów, różne stopnie hydrolizy i polimeryzacji, które wpływają na proces suszenia rozpyłowego. Jego ogólny stopień hydrolizy i stopień polimeryzacji wpływają na proces suszenia rozpyłowego. Jego dawka wynosi zwykle 0,14 - 0,15%. Dodanie zbyt dużej ilości spowoduje, że proszek granulacji rozpyłowej utworzy twarde cząstki suchego proszku, aby zapobiec odkształcaniu się cząstek podczas prasowania. Jeśli nie można wyeliminować cech cząstek podczas prasowania, wady te zostaną zmagazynowane w zielonym korpusie i nie można ich wyeliminować po wypaleniu, co wpłynie na jakość produktu końcowego. Dodanie spoiwa zbyt małej wytrzymałości na zielono zwiększy straty operacyjne. Eksperyment pokazuje, że po dodaniu odpowiedniej ilości spoiwa przekrój zielonego kęsa jest obserwowany pod mikroskopem. Można zauważyć, że po zwiększeniu ciśnienia z 3Mpa do 6Mpa przekrój zwiększa się płynnie, a występuje niewielka liczba kulistych cząstek. Gdy ciśnienie wynosi 9Mpa, sekcja jest gładka i nie ma w niej praktycznie żadnych kulistych cząstek, ale wysokie ciśnienie doprowadzi do rozwarstwienia zielonego kęsa. PVA otwiera się w temperaturze około 200 ℃

Rozpocznij spalanie i odcedź w temperaturze około 360 ℃. Aby rozpuścić spoiwo organiczne i zwilżyć cząstki kęsa, utwórz ciekłą warstwę pośrednią między cząstkami, poprawij plastyczność kęsa, zmniejsz tarcie między cząstkami i tarcie między materiałami a formą, wspomóż zwiększenie gęstości prasowanego kęsa i ujednorodnienie rozkładu ciśnienia, a także dodaj odpowiednią ilość plastyfikatora, powszechnie stosowanymi są gliceryna, kwas szczawiowy etylowy itp.

Ponieważ spoiwo jest organicznym polimerem makrocząsteczkowym, metoda dodawania spoiwa do zawiesiny jest również bardzo ważna. Najlepiej jest dodać przygotowane spoiwo do jednolitego szlamu o wymaganej zawartości części stałych. W ten sposób można uniknąć przedostania się nierozpuszczonych i nierozproszonych substancji organicznych do zawiesiny, a możliwe wady po wypaleniu można zmniejszyć. Po dodaniu spoiwa zawiesina jest łatwo generowana przez mielenie kulowe lub mieszanie. Powietrze owinięte w kroplę znajduje się w suchym proszku, co sprawia, że ​​suche cząstki stają się puste i zmniejszają gęstość objętościową. Aby rozwiązać ten problem, można dodać środki przeciwpieniące.

Ze względu na wymagania ekonomiczne i techniczne wymagana jest wysoka zawartość substancji stałych. Ponieważ wydajność suszarki odnosi się do ilości wody odparowującej na godzinę, zawiesina o wysokiej zawartości substancji stałych znacznie zwiększy wydajność suchego proszku. Gdy zawartość substancji stałych wzrośnie z 50% do 75%, wydajność suszarki wzrośnie dwukrotnie.

Niska zawartość substancji stałych jest główną przyczyną powstawania pustych cząstek. W procesie suszenia woda migruje do powierzchni kropli i przenosi cząstki stałe, co powoduje, że wewnętrzna część kropli staje się pusta; jeśli wokół kropli utworzy się elastyczna warstwa o niskiej przepuszczalności, ze względu na niską prędkość parowania, temperatura kropli wzrasta, a woda odparowuje z wewnętrznej części, co powoduje wybrzuszenie kropli. W obu przypadkach kulisty kształt cząstek zostanie zniszczony, a powstaną puste cząstki pierścieniowe, w kształcie jabłka lub gruszki, co zmniejszy płynność i gęstość nasypową suchego proszku. Ponadto zawiesina o wysokiej zawartości substancji stałych może zmniejszyć

W procesie krótkiego suszenia, redukcja procesu suszenia może zmniejszyć ilość kleju przenoszonego na powierzchnię cząstki wraz z wodą, aby uniknąć, że stężenie spoiwa na powierzchni cząstki jest większe niż w środku, tak aby cząstki miały twardą powierzchnię, a cząstki nie odkształcały się i nie kruszyły w procesie prasowania i formowania, aby zmniejszyć masę bryły. Dlatego, aby uzyskać wysokiej jakości suchy proszek, należy zwiększyć zawartość substancji stałych w zawiesinie.

Zawiesina stosowana do suszenia rozpyłowego powinna mieć wystarczającą płynność i zawierać jak najmniej wilgoci. Jeśli lepkość zawiesiny zostanie zmniejszona przez wprowadzenie większej ilości wody, nie tylko wzrasta zużycie energii podczas suszenia, ale również zmniejsza się gęstość objętościowa produktu. Dlatego konieczne jest zmniejszenie lepkości zawiesiny za pomocą koagulantu. Wysuszona zawiesina składa się z kilku mikronów lub mniejszych cząstek, które można uważać za układ dyspersyjny koloidalny. Teoria stabilności koloidalnej pokazuje, że na cząstki zawiesiny działają dwie siły: siła van der Waalsa (siła Coulomba) i siła odpychania elektrostatycznego. Jeśli siłą jest głównie grawitacja, nastąpi aglomeracja i flokulacja. Całkowita energia potencjalna (VT) interakcji między cząsteczkami jest związana z ich odległością, podczas której VT w pewnym momencie jest sumą energii grawitacyjnej VA i energii odpychania VR. Gdy VT między cząsteczkami prezentuje maksymalną dodatnią energię potencjalną, jest to układ depolimeryzacji. Dla danej zawiesiny VA jest pewne, więc stabilność układu to te funkcje, które kontrolują VR: ładunek powierzchniowy cząstek i grubość podwójnych warstw elektrycznych. Grubość podwójnej warstwy jest odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego wiązania walencyjnego i stężenia jonu równowagowego. Kompresja podwójnej warstwy może zmniejszyć barierę potencjału flokulacji, więc wiązanie walencyjne i stężenie jonów równowagowych w roztworze muszą być niskie. Powszechnie stosowanymi demulgatorami są HCl, HNO3, NaOH, (CH)3noh (amina czwartorzędowa), GA itp.

Ponieważ zawiesina wodna 95-tlenku glinu w proszku ceramicznym jest neutralna i alkaliczna, wiele koagulantów, które mają dobry efekt rozcieńczania innych zawiesin ceramicznych, traci swoją funkcję. Dlatego bardzo trudno jest przygotować zawiesinę o wysokiej zawartości części stałych i dobrej płynności. Jałowa zawiesina tlenku glinu, która należy do tlenku amfoterycznego, ma różne procesy dysocjacji w środowisku kwaśnym lub zasadowym i tworzy stan dysocjacji o różnym składzie i strukturze miceli. Wartość pH zawiesiny będzie miała bezpośredni wpływ na stopień dysocjacji i adsorpcji, co spowoduje zmianę potencjału ζ i odpowiadającą flokulację lub dysocjację

Szlam glinowy ma maksymalną wartość dodatniego i ujemnego potencjału ζ w środowisku kwaśnym lub zasadowym. W tym czasie lepkość szlamu jest najniższą wartością stanu dekoagulacji, podczas gdy gdy szlam jest w stanie obojętnym, jego lepkość wzrasta i występuje flokulacja. Stwierdzono, że płynność szlamu jest znacznie poprawiona, a lepkość szlamu jest zmniejszona przez dodanie odpowiedniego demulgatora, tak że jej wartość lepkości jest zbliżona do wartości lepkości wody. Płynność wody mierzona prostym wiskozymetrem wynosi 3 sekundy / 100 ml, a płynność szlamu wynosi 4 sekundy / 100 ml. Lepkość szlamu jest zmniejszona, tak że zawartość ciał stałych w szlamie może zostać zwiększona do 60% i może zostać utworzone stabilne wypełnienie. Ponieważ wydajność produkcyjna suszarki odnosi się do odparowania wody na godzinę, tak samo zawiesina.

3.1.2 Kontrola głównych parametrów procesu suszenia rozpyłowego

Wzór przepływu powietrza w wieży suszącej wpływa na czas suszenia, czas retencji, pozostałą wodę i przywieranie kropelek do ścianek. W tym eksperymencie proces mieszania kropelek z powietrzem to przepływ mieszany, to znaczy, że gorący gaz wchodzi do wieży suszącej od góry, a dysza rozpylająca jest zainstalowana na dole wieży suszącej, tworząc strumień fontannowy, a kropla jest parabolą, więc kropla miesza się z powietrzem w przeciwprądzie, a gdy kropla osiągnie szczyt skoku, staje się przepływem w dół i rozpyla się w kształcie stożka. Gdy tylko kropla wejdzie do wieży suszącej, wkrótce osiągnie maksymalną prędkość suszenia i wejdzie w etap suszenia ze stałą prędkością. Długość etapu suszenia ze stałą prędkością zależy od zawartości wilgoci w kropli, lepkości błota, temperatury i wilgotności suchego powietrza. Punkt graniczny C od etapu suszenia ze stałą prędkością do etapu szybkiego suszenia nazywany jest punktem krytycznym. W tym momencie powierzchnia kropli nie może już utrzymać stanu nasycenia poprzez migrację wody. Wraz ze spadkiem szybkości parowania temperatura kropel wzrasta, a powierzchnia kropel w punkcie D jest nasycona, tworząc warstwę twardej skorupy. Parowanie przenosi się do wnętrza, a szybkość suszenia nadal spada. Dalsza eliminacja wody jest związana z przepuszczalnością wilgoci przez twardą skorupę. Dlatego konieczne jest kontrolowanie rozsądnych parametrów działania.

Zawartość wilgoci w suchym proszku jest głównie określana przez temperaturę wylotową suszarki rozpyłowej. Zawartość wilgoci wpływa na gęstość nasypową i płynność suchego proszku oraz określa jakość prasowanego półfabrykatu. PVA jest wrażliwy na wilgoć. W różnych warunkach zawartości wilgoci ta sama ilość PVA może powodować różną twardość warstwy powierzchniowej cząstek suchego proszku, co powoduje wahania ciśnienia i niestabilność jakości produkcji podczas procesu prasowania. Dlatego temperatura wylotowa powinna być ściśle kontrolowana, aby zapewnić zawartość wilgoci w suchym proszku. Zasadniczo temperatura wylotowa powinna być kontrolowana na poziomie 110 ℃, a temperatura wlotowa powinna być odpowiednio dostosowywana. Temperatura wlotowa nie przekracza 400 ℃, ogólnie kontrolowana na poziomie około 380 ℃. Jeśli temperatura wlotowa jest zbyt wysoka, temperatura gorącego powietrza na szczycie wieży ulegnie przegrzaniu. Gdy krople mgły unoszą się do najwyższego punktu i napotykają przegrzane powietrze, w przypadku spoiwa zawierającego proszek ceramiczny, działanie spoiwa zostanie zmniejszone, a ostatecznie wydajność prasowania suchego proszku zostanie naruszona. Po drugie, jeśli temperatura wlotowa jest zbyt wysoka, żywotność grzejnika również zostanie naruszona, a powłoka grzejnika odpadnie i wejdzie do wieży suszącej z gorącym powietrzem, zanieczyszczając suchy proszek. Pod warunkiem, że temperatura wlotowa i temperatura wylotowa są zasadniczo określone, temperaturę wylotową można również regulować za pomocą ciśnienia pompy zasilającej, różnicy ciśnień separatora cyklonowego, zawartości ciał stałych w zawiesinie i innych czynników.

Różnica ciśnień w separatorze cyklonowym. Różnica ciśnień w separatorze cyklonowym jest duża, co powoduje wzrost temperatury na wylocie, zwiększenie gromadzenia drobnych cząstek i zmniejszenie wydajności suszarki.

3.1.3 Właściwości proszku suszonego rozpyłowo

Płynność i gęstość upakowania proszku ceramicznego z tlenku glinu przygotowanego metodą suszenia rozpyłowego są na ogół lepsze niż te przygotowane w zwykłym procesie. Proszek z granulacji ręcznej nie może przepływać przez urządzenie wykrywające bez wibracji, a proszek z granulacji rozpyłowej może to zrobić całkowicie. Odnosząc się do normy ASTM dotyczącej testowania płynności i gęstości nasypowej proszku metalowego, zmierzono gęstość nasypową i płynność cząstek uzyskanych przez suszenie rozpyłowe w różnych warunkach zawartości wody. Zobacz tabelę 1.