Keramika

3.1.1 Priprema gnojnice

Korištenjem postupka granulacije sušenjem raspršivanjem, priprema suspenzije je ključna. Sadržaj čvrstih tvari, finoća i fluidnost suspenzije izravno će utjecati na prinos i veličinu čestica suhog praha.

Budući da je prah ove vrste aluminijevog porculana neplodan, potrebno je dodati odgovarajuću količinu veziva kako bi se poboljšale karakteristike oblikovanja blanka. Uobičajeno korištene organske tvari poput dekstrina, polivinil alkohola, karboksimetilceluloze, polistirena itd. U ovom eksperimentu odabran je polivinil alkohol (PVA), vezivo topljivo u vodi. Osjetljiviji je na vlažnost okoline, a promjena vlažnosti okoline značajno će utjecati na svojstva suhog praha.

Polivinil alkohol ima mnogo različitih vrsta, različitih stupnjeva hidrolize i stupnja polimerizacije, što će utjecati na proces sušenja raspršivanjem. Njegov opći stupanj hidrolize i stupanj polimerizacije utjecat će na proces sušenja raspršivanjem. Njegova doza obično je 0,14 - 0,15 tež.%. Dodavanje previše uzrokovat će da prah za granulaciju raspršivanjem formira tvrde suhe čestice praha kako bi se spriječilo deformiranje čestica tijekom prešanja. Ako se karakteristike čestica ne mogu ukloniti tijekom prešanja, ti će se nedostaci pohraniti u sirovom tijelu i neće se moći ukloniti nakon pečenja, što će utjecati na kvalitetu konačnog proizvoda. Dodavanje premale količine veziva povećat će gubitke u radu. Eksperiment pokazuje da se, kada se doda odgovarajuća količina veziva, presjek sirovog komada promatra pod mikroskopom. Može se vidjeti da kada se tlak poveća s 3 MPa na 6 MPa, presjek se glatko povećava i postoji mali broj sferičnih čestica. Kada je tlak 9 MPa, presjek je gladak i u osnovi nema sferičnih čestica, ali visoki tlak će dovesti do stratifikacije zelenog komada. PVA se otvara na oko 200 ℃.

Počinje gorjeti i cijediti na oko 360 ℃. Kako bi se otopilo organsko vezivo i navlažile čestice gredice, formira se tekući međusloj između čestica, poboljšala plastičnost gredice, smanjilo trenje između čestica i trenje između materijala i kalupa, potaknulo povećanje gustoće prešane gredice i homogenizirala raspodjela tlaka, a također se dodaje odgovarajuća količina plastifikatora, a najčešće se koriste glicerin, etil oksalna kiselina itd.

Budući da je vezivo organski makromolekularni polimer, metoda dodavanja veziva u suspenziju također je vrlo važna. Najbolje je pripremljeno vezivo dodati u jednoličnu suspenziju s potrebnim udjelom krutih tvari. Na taj se način može izbjeći unošenje neotopljenih i nedisperznih organskih tvari u suspenziju, a mogu se smanjiti i mogući nedostaci nakon pečenja. Kada se doda vezivo, suspenzija se lako stvara kugličnim mljevenjem ili miješanjem. Zrak umotan u kapljicu nalazi se u suhom prahu, što suhe čestice čini šupljima i smanjuje volumensku gustoću. Kako bi se riješio ovaj problem, mogu se dodati sredstva protiv pjenjenja.

Zbog ekonomskih i tehničkih zahtjeva, potreban je visok udio krutih tvari. Budući da se proizvodni kapacitet sušilice odnosi na isparavanje vode po satu, suspenzija s visokim udjelom krutih tvari značajno će povećati prinos suhog praha. Kada se udio krutih tvari poveća s 50% na 75%, prinos sušilice će se povećati za dva puta.

Nizak udio krutih tvari glavni je razlog stvaranja šupljih čestica. Tijekom sušenja, voda migrira na površinu kapljice i nosi krute čestice, što čini unutarnji dio kapljice šupljim; ako se oko kapljice formira elastični film niske propusnosti, zbog niske brzine isparavanja, temperatura kapljice raste, a voda isparava iz unutarnjeg dijela, što uzrokuje ispupčenje kapljice. U oba slučaja, oblik kugle čestica bit će uništen, a nastat će šuplje prstenaste ili čestice u obliku jabuke ili kruške, što će smanjiti fluidnost i gustoću suhog praha. Osim toga, suspenzija s visokim udjelom krutih tvari može smanjiti

U kratkom procesu sušenja, smanjenje procesa sušenja može smanjiti količinu ljepila koje se prenosi na površinu čestica zajedno s vodom, kako bi se izbjeglo da koncentracija veziva na površini čestica bude veća nego u središtu, tako da čestice imaju tvrdu površinu, a čestice se ne deformiraju i ne drobe tijekom prešanja i oblikovanja, čime se smanjuje masa obrađenog komada. Stoga, kako bi se dobio visokokvalitetni suhi prah, sadržaj krutih tvari u suspenziji mora se povećati.

Suspenzija koja se koristi za sušenje raspršivanjem treba imati dovoljnu fluidnost i što manje vlage. Ako se viskoznost suspenzije smanji uvođenjem više vode, ne samo da se povećava potrošnja energije sušenja, već se smanjuje i gustoća proizvoda. Stoga je potrebno smanjiti viskoznost suspenzije uz pomoć koagulanta. Osušena suspenzija sastoji se od nekoliko mikrona ili manjih čestica, što se može smatrati koloidnim disperznim sustavom. Teorija koloidne stabilnosti pokazuje da na čestice suspenzije djeluju dvije sile: van der Waalsova sila (Coulombova sila) i elektrostatska sila odbijanja. Ako je sila uglavnom gravitacija, doći će do aglomeracije i flokulacije. Ukupna potencijalna energija (VT) interakcije između čestica povezana je s njihovom udaljenošću, tijekom koje je VT u nekom trenutku zbroj gravitacijske energije VA i odbojne energije VR. Kada VT između čestica predstavlja maksimalnu pozitivnu potencijalnu energiju, to je sustav depolimerizacije. Za danu suspenziju VA je sigurna, pa je stabilnost sustava one funkcije koje kontroliraju VR: površinski naboj čestica i debljina dvostrukih električnih slojeva. Debljina dvosloja obrnuto je proporcionalna kvadratnom korijenu valentne veze i koncentraciji ravnotežnog iona. Kompresija dvostrukog sloja može smanjiti potencijalnu barijeru flokulacije, pa se zahtijeva da valentna veza i koncentracija ravnotežnih iona u otopini budu niske. Uobičajeno korišteni deemulgatori su HCI, HNO3, NaOH, (CH)3noh (kvaternarni amin), GA itd.

Budući da je suspenzija keramičkog praha aluminijevog oksida 95 na bazi vode neutralna i alkalna, mnogi koagulanti koji imaju dobar učinak razrjeđivanja drugih keramičkih suspenzija gube svoju funkciju. Stoga je vrlo teško pripremiti suspenziju s visokim udjelom krutih tvari i dobrom fluidnošću. Neplodna suspenzija aluminijevog oksida, koja pripada amfoternom oksidu, ima različite procese disocijacije u kiselim ili alkalnim medijima i formira status disocijacije različitog sastava i strukture micela. pH vrijednost suspenzije izravno će utjecati na stupanj disocijacije i adsorpcije, što rezultira promjenom ζ potencijala i odgovarajućom flokulacijom ili disocijacijom.

Aluminijeva suspenzija ima maksimalnu vrijednost pozitivnog i negativnog ζ potencijala u kiselom ili alkalnom mediju. U tom trenutku, viskoznost suspenzije je u najnižoj vrijednosti stanja dekoagulacije, dok kada je suspenzija u neutralnom stanju, njena viskoznost se povećava i dolazi do flokulacije. Utvrđeno je da se fluidnost suspenzije znatno poboljšava, a viskoznost suspenzije smanjuje dodavanjem odgovarajućeg deemulgatora, tako da je njena vrijednost viskoznosti blizu vrijednosti vode. Fluidnost vode mjerena jednostavnim viskozimetrom iznosi 3 sekunde / 100 ml, a fluidnost suspenzije je 4 sekunde / 100 ml. Viskoznost suspenzije se smanjuje, tako da se sadržaj krutih tvari u suspenziji može povećati na 60% i može se formirati stabilno pakiranje. Kako se proizvodni kapacitet sušilice odnosi na isparavanje vode na sat, tako se odnosi i na suspenziju.

3.1.2 Kontrola glavnih parametara u procesu sušenja raspršivanjem

Uzorak strujanja zraka u tornju za sušenje utječe na vrijeme sušenja, vrijeme zadržavanja, preostalu vodu i lijepljenje kapljica na stijenke. U ovom eksperimentu, proces miješanja kapljica sa zrakom je miješani tok, tj. vrući plin ulazi u toranj za sušenje s vrha, a mlaznica za raspršivanje postavljena je na dnu tornja za sušenje, stvarajući fontanasti mlaz, a kapljica je parabola, tako da se kapljica miješa sa zrakom u suprotnom smjeru, a kada kapljica dosegne vrh hoda, postaje nizvodni tok i raspršuje se u konusni oblik. Čim kapljica uđe u toranj za sušenje, ubrzo će dosegnuti maksimalnu brzinu sušenja i ući u fazu sušenja konstantnom brzinom. Trajanje faze sušenja konstantnom brzinom ovisi o sadržaju vlage u kapljici, viskoznosti blata, temperaturi i vlažnosti suhog zraka. Granična točka C od faze sušenja konstantnom brzinom do faze brzog sušenja naziva se kritična točka. U ovom trenutku, površina kapljice više ne može održavati zasićeno stanje migracijom vode. Smanjenjem brzine isparavanja, temperatura kapljica raste, a površina kapljica u točki D je zasićena, formirajući sloj tvrde ljuske. Isparavanje se pomiče u unutrašnjost, a brzina sušenja nastavlja opadati. Daljnje uklanjanje vode povezano je s propusnošću vlage tvrde ljuske. Stoga je potrebno kontrolirati razumne radne parametre.

Sadržaj vlage u suhom prahu uglavnom je određen izlaznom temperaturom raspršivača. Sadržaj vlage utječe na gustoću i fluidnost suhog praha te određuje kvalitetu prešanog poluproizvoda. PVA je osjetljiv na vlažnost. Pod različitim uvjetima sadržaja vlage, ista količina PVA može uzrokovati različitu tvrdoću površinskog sloja čestica suhog praha, što dovodi do fluktuacije određivanja tlaka i nestabilne kvalitete proizvodnje tijekom procesa prešanja. Stoga, izlaznu temperaturu treba strogo kontrolirati kako bi se osigurao sadržaj vlage u suhom prahu. Općenito, izlaznu temperaturu treba kontrolirati na 110 ℃, a ulaznu temperaturu treba prilagoditi u skladu s tim. Ulazna temperatura ne smije prelaziti 400 ℃, općenito se kontrolira na oko 380 ℃. Ako je ulazna temperatura previsoka, temperatura vrućeg zraka na vrhu tornja će se pregrijati. Kada se kapljice magle podignu do najviše točke i naiđu na pregrijani zrak, za keramički prah koji sadrži vezivo, učinak veziva će se smanjiti, a konačno će biti pogođena i performansa prešanja suhog praha. Drugo, ako je ulazna temperatura previsoka, to će također utjecati na vijek trajanja grijača, a obloga grijača će otpadnuti i ući u toranj za sušenje s vrućim zrakom, zagađujući suhi prah. Pod uvjetom da su ulazna i izlazna temperatura u osnovi određene, izlazna temperatura također se može podesiti tlakom pumpe za punjenje, razlikom tlaka ciklonskog separatora, sadržajem krutih tvari u suspenziji i drugim čimbenicima.

Razlika tlaka ciklonskog separatora. Razlika tlaka ciklonskog separatora je velika, što će povećati izlaznu temperaturu, povećati sakupljanje finih čestica i smanjiti prinos sušilice.

3.1.3 Svojstva praha sušenog raspršivanjem

Fluidnost i gustoća pakiranja aluminijevog keramičkog praha pripremljenog metodom sušenja raspršivanjem općenito su bolji od onih pripremljenih uobičajenim postupkom. Prah ručno granuliranog praha ne može teći kroz uređaj za detekciju bez vibracija, a prah granuliranog raspršivanjem to može u potpunosti. Prema ASTM standardu za ispitivanje fluidnosti i gustoće metalnog praha, izmjerene su gustoća i fluidnost čestica dobivenih sušenjem raspršivanjem pod različitim uvjetima sadržaja vode. Vidi Tablicu 1.