炼铝制材料(烧结砖瓦之成型)

Posted 2023-06-01

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炼铝制材料(烧结砖瓦之成型)

成型

塑性成型原理

粘土与水混合时，形成粘滞性的物料。这种物料可以被模制成所需要的任何形状，也就是说是可塑的。许多物质，如砂、遂石等，即使经过细粉碎，也没有这种性质。在粘土中加入足量水分，会形成悬

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浮液（或泥浆）:当除去其中某一部分水时，会形成腻子状或浆糊状物料。粘土的这种性质是由于它的胶体性质决定的。

粘土物料中含有的各类粘土矿物，因层间化学键较弱，晶格变形大，晶体生长速度极小，很少有大的结晶体，常成为粒度小于2.微米的分散矿物。因此粘土矿物具有很大比表面（如高岭石约10~20米2/克，蒙脱石约1002/克以上）,表现出各种表面化学性质，也可称之为胶体矿物。

所谓粘土胶体不是指干燥粘土，而是加水后的粘土一水两相体系。

粘土粒子是带电的。基于粘土矿物的粒度、形状以及特别是结构上的原因造成的表面带电，这三方面的原因使得粘土和极性的水形成了具特殊性质的胶体系统。从宏观上看，所谓粘土一水系统包括两类物质：泥浆（水占绝大部分）和泥团（粘土占绝大部分）。亦可以说，前者是粘土分散在水中的产物，后者是水分散在粘土中的产物。砖瓦工业中，主要涉及水分散在粘土中，形成可塑泥团的问题。粘土颗粒表面上的交换性阳离子在有水存在时将发生水化。在粘土中所形成的结合水对于塑性成型特别重要。

通常按粘土中的水分的状态分类如下：

1.结晶水及化学结合水；

2.固态水（冰）;

3.气态水（水蒸汽）;

吸着水（强结合水）;

4.结和水

弱结合水（薄膜水）;

扩散层水

极弱结合水；

5.自由水。

结晶水存在于矿物结晶格子中，但仍保持水分子的形态。化学结合水存在于矿物的水化物中。化学结合水同矿物晶格内其它原子紧密结合，必须在远高于100℃的温度下，才能从矿物中把化学结合水排除出去。结晶水是可以在较低的温度下排除出去的。

温度下降时，土中的水一部分或全部成为固体状态的水（冰）,以夹层、透镜体或粒状结晶的形式存在于土中。

水蒸汽常存在于土的孔隙中。土中水蒸汽的移动，总是从蒸汽压较高处移向蒸汽压较低处：或者当土中孔隙全部处于饱和蒸汽压状态时，则从高温处移向低温处。

粘土的可塑性：把粘土与适当比例的水混合均匀制成泥团。当该泥团受到高于某一个数值剪应力的作用后，泥团可以塑造成任何形状，当去除应力后，泥团能永远保持其形状，这种生质称为可塑性。

影响可塑性的因素：矿物组成，因粘土矿物组成不同，故颗粒间相互作用力也不相同。粘土颗粒细度和形状：颗粒愈细，比表面积愈大，成型水量愈高；颗粒愈细，毛细管半径愈小，毛细管力增加，因此塑性增高。板状和短柱状颗粒的比表面积比等轴状的要大得多，因此移动阻力和毛细管力增高，可塑性高于等轴状颗粒的。

含水量的影响：粘土只在相当狭窄的水含量范围内才能显示可塑性。水量超过一定限度，粘土变成泥浆；水量过少，不能形成连续水膜，粘土不呈可塑性。达到最大塑性的含水率，根据粘土本性而异，塑性好的粘土，需水量也多。

水含量同陈化也有关。达到最大塑性，陈化过的粘土较未经陈化的需水量低。

介质表面张力：粘土与水相互作用的复杂情况与表面张力有很大关系。水是粘土的最好的液体介质，因为水与其他液态物质比较，它有巨大的表面张力，水对片状粘土的作用如同水在两片玻璃薄片之间的作用一样，水膜使两薄片吸紧，它们彼此只能发生相对位移，而不会脱离。表面张力小的介质使粘土的屈服值也降低。

原料的成型性能指标：为了衡量原料对砖瓦成型工艺的适应性，鉴别其性能的优劣，就需要一系列评价尺度。它们分别反映泥料的塑性、泥料的粘附性（同金属间的粘附力）、泥料的内摩擦性能及其内聚力等。此外，还有反映泥料被挤泥机挤出后产生纹理程度的指标。表3为某砖瓦研究所测得的180种制砖瓦泥料的拌和水率。由表看出，从制实心砖的泥料直至制楼板砖的泥料，拌和水需要量逐渐增加，整个拌和水率的范围是13~43%(干基）。

螺旋挤泥机

砖坯的塑性成型是利用螺旋挤泥机，使无定型的松散泥料，经过挤压成为致密的、具有一定断面形状的连续泥条，经切割成坯体来实现的。螺旋挤泥机也是挤出瓦的主要成型设备。

螺旋挤泥机的构造见图2所示。经过加工处理（粉碎、湿化、混合）的泥料加入受料斗1,由于打泥板2或压泥辊的作用，使泥料进入挤泥机泥缸3中，被旋转着的螺旋绞刀4推动前进，并受螺旋绞刀的压力作用和稍许拌合，使泥料通过机头5时被挤压密实，而由机口6挤出成为符合规定尺寸和形状的连续的矩形泥条。泥条由专门设备(人工或机械）切割成一定长度，最后由切割机械切成单块坯体。为了减少泥料与机口四壁之间的摩擦力，机口的四个角与四壁要镶上鳞片或薄铁皮，注入清水使其产生润滑作用。机口的尺寸与形状要适应当地粘土的性质，使其除符合所需断面尺寸外，还要考虑干燥、培烧的收缩率。

螺旋挤泥机成型的泥条，其尺寸大小主要由挤泥机的泥缸直径来决定。为达到正常地压紧泥料，就必须使成型泥条的最大外型尺寸小于泥缸的直径。因此，在实际生产中挤出机泥缸直径的变动范围在320~600毫米。为了使挤泥机正常运转，达到优质高产目的，需做好下列

几项工作：

(1)挤泥机应具有挤出组织紧密的泥条的足够挤压力；

(2)保证送入经充分加工处理、充分混合润湿的泥料；

(3)正确地选择挤泥机主轴转速、螺旋绞刀的角度、导程；

(4)机口构造、尺寸正确（长度在120~240毫米，倾角为3°~7°);

(5)及时更换已磨损的绞刀叶片，准确地使螺旋绞刀的主轴中心与机口中心对正；

(6)适时而准确地调整机口所需用的润滑水量；

(7)选择适宜的机头尺寸（长度、倾角等）。

真空螺旋挤泥机的工作过程见图3,泥料从加料口加入后，首先受到单轴搅拌机的搅泥刀的破碎、揉练、混合并在锥形泥缸内受到挤压。由于缸简是锥形的，泥料流通面积逐渐减少，起到密封真空室的作用。泥料被推进真空室时，切割成泥条或泥片并靠自重落到室底。此时，泥料夹杂的和吸附的气体被真空泵吸出排走。经脱气后的松散泥料又靠螺旋的作用，被推向前端并逐渐加压。最后在挤压螺旋的强力推动下，泥料被挤向机头，经机口挤出。

挤泥机处理的泥料既不是刚性体，也不是液体，而是微小固体物

料颗粒混合物和一定的水（有时还有一点添加料）所组成的弹塑性体。它的主要固体特征是可塑性，有一定的形状和体积；它的主要液体特征是有一定的体积但抵抗变形的能力很低，为固体的1/1500以下，几乎近于有流动性。泥料在螺旋挤泥机内受到破碎、剪刀、混合、输送和挤压等作用，所有这些作用均来源于泥料在其内的流动。塑性泥料在螺旋挤泥机泥缸内流动的同时，由于受到压力的结果使泥料变得致密起来。

成型

空心砖的成型空心制品尤其是薄壁空心制品对原料的工艺性能有很高的要求，因此制备必须精细。原料一般都要采用热制备，往往还需经真空处理。

生产空心砖的挤泥机，同普通粘土砖的一样，只是对工艺参数根据土质情况适当调整并安装相应模具即可。

生产实心砖的挤泥机若改产空心砖，主轴的转速应按下式调整：F空nk

n空=-F实

式中n空一一成型空心制品时主轴转速（转/分）;

F空——成型空心制品时机口的有效断面积（毫米）:

n 实成型实心砖时绞刀轴转速（转/分）:

F实——成型实心砖坯时机口有效断面积（毫米）;

K——系数，一般为1.2~1.5

泥料能否沿整个机口截面积均匀地挤出，是空心砖成型的关键。

如有挤出不均匀的现象，就会造成质量问题。必须在实践中正确地掌握泥料在挤泥机中的运动规律，设计合理的模具，才能解决挤出不均匀问题。泥料的运动规律与粘土的性质、泥料的加工程度、采用蒸汽搅拌或真空处理与否、掺加料的性质和掺量、成型水分的波动以及挤泥机工作性能等因素有关。此外，模具的设计还应注意孔形及其排列的影响。模具由机口、芯头和用以支撑芯杆、芯头的叉尾横担（刀架）所组成。空心砖成型时出泥的均匀性与机头、泥缸也有直接关系，在设计选型时都应注意。

瓦的成型粘土瓦的成型工艺有塑性成型、半干压成型及硬挤出成型三种。塑性成型有手工成型、模压成型和挤出成型三种。手工成型是古老的制瓦方法，有些农村小型生产时仍有采用。模压成型生产的平瓦叫模压瓦或压制瓦。挤出成型是近几年来才发展起来的制瓦新工艺，用它制成的平瓦叫挤出瓦。

平瓦的塑性成型是我国普遍采用的生产工艺。其特点是将所用泥料经加工处理后，使其含水率达到18~22%的成型要求，再制成瓦坯。塑性成型与半干压成型相比较，前者生产效率高，动力消耗小；但由于成型含水率高，增加了干燥工序的工作量。半干压工艺只在少数厂使用，并正在逐步改进中。

挤出瓦和模压瓦是同类产品，在使用时对于瓦型、规格、外观质量、物理性能和验收方法，要求是相同或基本相同的。挤出成型优点较多。首先是简化了制瓦工序，它去掉了模压成型时必须将泥料首先挤成泥片再压制成型的工序，而是将制备好的泥料直接挤出成型。其次，减轻了劳动强度，取消了手工拉模，使制瓦工人从笨重的体力劳动中解放出来。第三，劳动生产率较高，因而相应降低了产品成本。

目前，挤出瓦瓦型是根据挤出成型的特点，参照模压瓦瓦型来进行设计（图4)。挤出瓦的外形尺寸一般为400×240毫米，有效尺寸为330×200毫米（图5)。这种规格比较合理，十五片平瓦恰好铺设一平方米屋面，能适应现行建筑模数，有利于建筑标准化。

挤出瓦有四个爪。前爪的外形与大小需保证挂瓦后与瓦槽搭接吻合，后爪的有效高度不小于6毫米。瓦槽深度不小于10毫米，瓦脊比瓦平面低4毫米。外槽在瓦的左侧，以便于铺设操作。一般用单边筋，边筋高度不低于4毫米。瓦的厚度在14~16毫米。

挤出瓦的成型设备是真空或非真空螺旋挤泥机。它和粘土砖挤泥机一样，是用连续挤压的方法，使松散的泥料挤压成紧密而具有一定断面形状，再经切割和切爪而成为湿瓦坯体。

挤出瓦所用的螺旋挤泥机有单机头的，也有双机头的，有的是单层机口，有的是双层机口，但基本结构是一样的。

图6及图7,分别为单机头单层真空螺旋挤泥机和瓦的单机头双层挤出的示意图。

在生产挤出瓦时，要抓好绞刀头、机头、机口等几个部位的操作。

瓦模粘土瓦的形状，决定于瓦模。瓦的规格、质量也与瓦模有关。因此，对瓦模有一定的技术要求。

瓦模工作面的轮廓尺寸要求准确，细小的凸出部分和凹部的精度应在±1毫米内，表面其他部分应在±2毫米之内。

瓦模的工作面应清洁、光滑，没有砂眼、粗糙部分应进行修整。

瓦模的上下模要吻合，不得摆动，这是保证瓦坯厚度的重要条件。瓦模的上、下模棒口的表面，在放在一起时，其棒口表面之间的间隙不能大于1毫米。

瓦模的背面应创光，使上下一套瓦模彼此结合时，背面互相平行，以保证瓦模安装的准确度。

瓦模一般用铸铁制成。它经久耐用，一套瓦模可生产一百万片瓦坯，但其缺点是重量大（一百公斤左右）,操作工人劳动强度大。目前多数单位已改制铝质瓦模，这种瓦模比铸铁的要轻40%,但缺点是易磨损。

切条泥条切割机。由螺旋挤泥机机口挤出的紧密而连续的矩形泥条，先要切割成一定长度的坯条。泥条的切割基本分人工、机械两种方法。

目前采用的泥条切割机分为转动泥条切割机、锯式泥条切割机和自动泥条切割机，前两种设备结构简单，操作灵活，还能节省人力。转动泥条切割机（图8)是依靠泥条从机口挤出后与泥条台架上的绒辊间产生摩擦力：这种摩擦力推动直径较大的主动辊1转动，装在同一轴上的链轮2也做相同方向的转动，带动链条和链轮、齿轮3、4,同时链轮5与装在同一轴上的齿轮6随之转动，链轮、齿轮5、6带动切弓链轮7转动，切弓链轮7带动切弓8做回转运动，而切断泥条。泥条长度的控制，系主动辊1的周长与泥条长度成整倍数，这样当泥条与主动辊1摩擦转动后，切弓就开始工作，切断泥条。

这种泥条切割设备结构简单，操作灵便，节省动力；缺点是切割后的泥条两端呈弧形，切坯后废泥多。

锯式泥条切割机（图9)的主要结构是由输送泥条部分和切割泥条部分两部分组成。

1.输送泥条部分是由电动机，经两级皮带轮1、2、3、4变速传递到中间轴9,再经伞齿轮5、6变速带动传递带主辊筒连续转动，与尾轮8配合构成传送带，从而实现输送泥条的动作。

2.切割泥条部分由中间轴9传来的正齿轮10与11相啮合，带动离合器外套连续转动，待制动销子旋转时与离合器内套12相配合成联动状态，使轴13转动，经偏心轮14,拉杆15带动摇杆16摆动，从而使轴上的锯形切刀17进行切割动作。它的控制是利用泥条自重和泥条同托辊18之间的摩擦力使托辊18转动并带动同轴链轮20随着转动，因而带动链轮20与同体偏心轮连续转动，后经杠杆21使圆形拨叉22上下动作，启闭离合器销子，控制离合器的离合，完成切割泥条的动作。

切坯机由螺旋挤泥机机口挤出的、具有一定形状的紧密而连续的泥条，经泥条切割机按要求切割成一定长度后，被转送到切坯台上，由切坯机切成厚度相同的坯体。目前砖瓦工业较普遍采用的是半自动切坯机切坯，有的砖瓦厂利用光电控制，效果较好。它除能将运动的泥条切割成厚度相等的坯体外，还可保证有垂直于泥条运动方向的切割面。

半自动切坯机（图10)的工作原理如下：电动机起动后，经过三角皮带带动减速器运转，经过减速器的两对正齿轮减速，使最后一个齿轮1以每分钟约三、四十转的速度连续运转。齿轮1上固定有钢制三孔盘2。钢键3受弹簧4和压板5的作用压入三孔盘的一个孔内，此时，离合器轴6随同转动。当键3转至一定方向，制动器7的斜坡将键从三孔盘的孔内拉出，这时，离合器轴就停止转动，并借助棘轮8和棘爪9止住离合器轴的回动。操作时，踏下脚踏板（或手柄）10,带动连接脚踏板（或手柄）上的制动器7,使键3立即进入三孔盘的任何一个孔内，离合器轴就随齿轮转动。

每操作一次脚踏板（或手柄）就使离合器轴旋转一周，固定于轴上的小摇臂11也旋转一周。由于连杆12的带动，使固定于切坯机轴上的大摇

臂13作前后摆动一次，切坯机借助于这一运动的循环进行来切割坯体。塑性成型的缺陷及消除

泥料在成型时，超过正常的含水率，将增加收缩和裂纹，也能降低制品强度。同时也给坯体形成螺旋纹和S形裂纹提供了条件。

坯体的螺旋挤出成型，最严重的缺陷是它的螺旋纹。由于泥料从机口不均匀挤出，形成螺旋纹和同心圆形裂隙。湿润了的泥料在泥缸中，由于泥料本身的粘性流动形成了同心层，它们力求以不同的速度运动，与挤泥机机头和机口相接触的那些层速度最小，而在泥条的中心则具有最大速度。当泥料以这种不同速度运动时，在层与层之间形成了剪切平面，而水和空气则集中在这种剪切平面所造成的孔隙中，因此这些区域收缩最大，也提高了干燥敏感性，再经干燥，-培烧就会

形成螺旋形裂纹。

S形裂纹是由于泥料在挤泥机泥缸中受到螺旋轴的作用形成的。

但是这些裂纹有同样的特性，也象螺旋纹一样是坯体的薄弱区域，泥料的塑性和成型含水率越高，摩擦力越小，层的运动速度差越大，水和空气在这些区域集中越多，S形裂纹越严重。

要消除坯体螺旋纹和S形裂纹，可采取下列措施：

1.在高塑性的粘土中，掺入粗颗粒的舟化料，借以降低塑性和孔洞率，增加层之间的摩擦，减少各层彼此相对运动速度。、

2.保持绞刀叶片和挤泥机泥缸衬套之间不超过3毫米的间隙；赋予绞刀叶片以一定粗糙程度，以消除泥料各段间的光滑表面；降低绞刀转速；在挤泥机泥缸和机头之间安装中间环或插棒等。

3.适当降低成型含水率，减少收缩，降低泥料各层运动速度，增加层之间的摩擦。

4.采用真空成型，排除泥料各层中的空气，减少收缩。

5.生产空心制品或泥料蒸气润湿，都对克服螺旋纹及S形裂纹

很有作用。