Дипломная работа: Исследование и разработка составов масс высоковольтного фарфора с повышенными электромеханическими характеристиками

По мере готовности глинистая суспензия перекачивается в шаровую мельницу с отощающими материалами [2].

Подготовка отощающих материалов

Полевой шпат доставляется на завод в виде больших кусков в промежуточный склад МЗЦ. Подготовка полевого шпата производится по непрерывной технологии, которая состоит из трех основных операций:

-  грубое дробление

-  среднее дробление

-  помол

Грубое дробление осуществляется при помощи щековой дробилки СМ-741 на куски 30-60мм.

Затем материал ленточным транспортером подается на среднее дробление. Среднее дробление осуществляется при помощи щековой дробилки С-182Б на куски, размером 20-30мм.

Раздробленный материал элеватором подается в бункер, откуда через вибротрубу поступает в коническую мельницу. Помол осуществляется по сухому способу с помощью фарфоровых мелющих тел. Мельница футерована фарфоровыми или кремниевыми плитами. Измельченный в мельнице материал элеватором подается в расходный бункер. Размер частиц после помола не должен превышать 2мм.

Фарфоровый бой – выбирается без выплавок железа, цемента, шамота и другой засорки.

Подготовка боя:

-  грубое дробление

-  среднее дробление

-  мелкое измельчение

-  рассев

После грубого дробления бой с помощью пластинчатого транспортера должен подаваться в щековую дробилку для среднего дробления до кусков, размером 30-60мм. Раздробленный материал элеватором подается в бункер.

Мелкое дробление и помол производится в конической мельнице.

Перед началом работы необходимо проверить чистоту оборудования [2].

Приготовление шликера

Тонкий помол и перемешивание всех сырьевых компонентов осуществляется в шаровых мельницах (барабанах).

Вначале в шаровых мельницах производится помол каменистых материалов до остатка на сите №004 2.5±0.5%.

Продолжительность помола осуществляется опытным путем Р=1.65±0.5г/см3.

По мере готовности каменистых, закачать глинистые материалы: одну глинистую мешалку на шаровую мельницу. Продолжать помол с глинистыми не менее 30мин. В результате помола в шаровой мельнице получается жидкая суспензия-шликер.

Готовый шликер сливается из шаровой мельницы в пропеллерную мешалку-усреднитель и туда же добавляются отходы полуфабрикатов (стружка после обточки, брак сушки изделий) в соотношении 1:1, т.е. 50% из шаровой мельницы и 50% отходы полуфабрикатов. В усреднителях шликер постоянно взмучивается вращающимися пропеллерными винтами во избежание оседания частиц минералов на дно емкости и расслоения шликера [2].

Приготовление массы

Чтобы получить тестообразную пластическую массу, пригодную для изготовления из нее изоляторов, необходимо из шликера удалить 30-35% воды. Это производится с помощью фильтрпрессов.

Фильтрпресс состоит из набора рам, соединенных между собой червячным винтом. Под прессом расположен лоток для сбора воды, вытекающей из рам. Рабочие поверхности рам имеют каналы для стекания воды. Каждая рама обертывается полотном из капроновой ткани, подвешенной на перекладине. Центральное отверстие в полотне совпадает с центральным отверстием в раме. Для стекания воды в нижней части рам имеются сточные отверстия.

Шликер поступает в фильтрпресс по центральному каналу под давлением, поднимающимся постепенно. Максимальное давление фильтрпрессования 12-15 атм. Все камеры заполняются шликером. Вода проходит через полотна и по рифленым каналам рам стекает вниз к сквозному отверстию в ободе каждой рамы. Частицы не пропускаются полотнами и оседают в камерах между рамами, образуя корж тестообразной массы, влажностью 19-21%. Толщина коржей 25-40 мм. Вода стекает в лоток под фильтрпрессом и поступает, по трубопроводу, в отстойники, т.к. в воде остается 2-4% частиц минералов.

В начале фильтрпрессования вода из рам вытекает интенсивно, затем ее количество уменьшается. Время прессования составляет 1.5-2.5 часа. Оно зависит от плотности шликера, от температуры, от чистоты полотен и режима фильтрпрессования.

Шликер должен подаваться без перебоев, чтобы не произошло расслоения массы, и не образовалась в коржах жидкая часть.

Для ускорения фильтрпрессования шликер подогревают до 40°С. При этом уменьшается его вязкость и возрастает подвижность его частиц, что обуславливает повышение фильтрационной способности шликера, а значит сокращает время прессования.

По окончании процесса фильтрпрессования насос отключают, спускают остаток шликера в усреднитель, а рамы пресса разбирают. Коржи массы вынимают, в них содержится 19-21% воды, но она распределена неравномерно. В центральной части коржа наблюдается наибольшая влажность, а у краев- наименьшая.

Внутри коржей могут быть пузырьки воздуха. Чтобы получить однородную по влажности массу без воздушных включений, коржи поступают для вакуумной переработки промина на вакуумпрессе.

Куски коржей подаются в приемник вакуумпресса, захватываются шнеком, проминаются и выдавливаются через перфорированную перегородку в виде струек 8-10 мм и попадают в вакуумкамеру. Воздух удаляется, а масса захватывается шнеком и в прессующем цилиндре образуется монолитная пластичная масса, имеющая форму бруса. Брус уплотняется за счет сужающегося конуса на выходе из вакуум пресса, масса выходит в виде монолитного стержня. Затем масса разрезается на куски заданной длины и поступает в массохранилище или на вытяжку заготовок изоляторов.

Приготовление глазурей

Поверхность неглазурованных изоляторов несколько шероховата и легко загрязняется, смачивается водой. Это значительно снижает электроизоляционные свойства изоляторов.

Для устранения этих недостатков, высушенные до остаточной влажности 0.2 – 1.0%, изделия покрывают глазурной суспензией, которая после высыхания прочно пристает к поверхности изоляторов, впитываясь в поры.

В процессе обжига глазурь плавится, образуя на поверхности изоляторов блестящее, стекловидное покрытие, толщиной до 1 мм.

Глазурь: – снижает загрязнение;

-  облегчает очистку поверхности;

-  повышает механическую прочность.

В производстве электрокерамических изделий применяются глазури белого и коричневого цветов. В состав цветных глазурей вводят красители (хромитовый железняк, марганцевая руда и др.).

Для приготовления глазурей применяют сырьевые материалы исключительно высокой чистоты [2].

Подбор состава масс и глазурей для фарфора. Пути повышения электротехнических характеристик

Микроскопическое исследование структуры электрофарфора показывает, что основная масса состоит из стекла – аморфная фаза 55 – 60%. Это стекло образовалось в результате расплавления частиц полевого шпата и, частично, кварца в процессе обжига электрофарфоровых изделий. В стекловидной массе наблюдаются нерасплавившиеся крупные частицы кварца (15%).

В массе стекла заметны небольшие образования черного цвета. Это закрытые поры (3–5%). Вся масса стекла пронизана продолговатыми кристаллами муллита – Al2O3*2SiO2. Кристаллы муллита образовались при разложении каолинита. Кристаллы муллита составляют основу – скелет электрофарфора. Он обеспечивает электрофарфору высокую механическую прочность, малый коэффициент теплового расширения и хорошие электроизоляционные свойства. Если содержание муллита значительно увеличить, фарфор становится рыхлым и механическая прочность его значительно снижается. В высококачественном электрофарфоре кристаллы муллита составляют 25 – 30%. Вместе с нерасплавившимися частицами кварца кристаллическая фаза составляет 40 – 45%.

Аморфная (стекловидная) – 60–55%. Наличие в фарфоре стекла обеспечивает негигроскопичность, хорошую электрическую прочность, но придает фарфору хрупкость, поэтому значительно увеличивать количество стекла тоже нельзя.

Испытания фарфора

Для испытания механических, электрических и др. характеристик электрофарфора изготовляют стандартные образцы соответствующих размеров и формы.

Электрофарфор изготовляют из масс, в состав которых входят:

-  42-48% пластичных материалов (глина, каолины);

-  26-33% кварцевый песок;

-  18-20% полевой шпат и пегматит.

В массы вводят молотый фарфоровый бой (измельченные бракованные изделия, обожженные), тогда содержание других каменистых материалов (непластичных) соответственно уменьшается.

Составы электрофарфоровых масс зависят от состава и структуры применяемых сырьевых материалов. Большинство электрофарфоровых изделий изготовляют из пластичной массы. Электроустановочные изделия малых размеров изготовляют из порошковых масс.

Поверхность изделий из электрофарфора покрывают стекловидным слоем глазури. Глазурное покрытие надежно соединяется с поверхностью фарфора в процессе обжига изделий, образуя гладкий стекловидный слой. Глазурь повышает механическую прочность, защищает изолятор от загрязнений, облегчает очистку изоляторов в эксплуатации и придает изолятору хороший внешний вид.

Одним из назначений глазури является также повышение механических характеристик электрофарфора. Это достигается правильным выбором состава глазури, соответствующим данному составу электрофарфора.

Для удовлетворения основных требований, предъявляемых к глазури, необходимо их минеральный и химический составы приблизить к составам электрофарфоровых изделий.

В состав глазури вводят флюсующие вещества (плавни), понижающие температуру плавления глазури и способствующие хорошему разливу ее по поверхности изделия.

Правильно подобранная глазурь повышает механическую прочность изоляторов. Для этого температурные коэффициенты линейного расширения электрокерамического материала и глазури должны быть близкими друг к другу, причем у глазури он должен быть несколько ниже, чем у массы. Температура плавления глазури должна соответствовать температуре спекания электрофарфора. Несоответствие ТКЛР и температура плавления вызывает брак.

Свойства электротехнического фарфора

Правильно изготовленный электротехнический фарфор является хорошим электроизоляционным материалом. Он обладает высокими диэлектрическими и механическими характеристиками. Создание фарфора, удовлетворяющего необходимым требованиям, является делом сложным, поскольку свойства фарфора зависят от ряда факторов:

1.  характеристики фарфора зависят от соотношения составных частей – компонентов фарфоровой массы;

2.  от способов обработки исходных сырьевых материалов и способов обработки фарфоровой массы;

3.  от режимов сушки и обжига изделий;

4.  влияние отдельных компонентов на свойства электротехнического фарфора обычно характеризуют процентные соотношения различных компонентов.

Влияние отдельных компонентов на свойства готового изделия

Область выделения двумя кривыми в левом углу соответствует составу масс , обладающих высокой термической устойчивостью(термостойкостью).

Выше располагается область, соответствующая составам фарфора с высокой электрической прочностью. На диаграмме видно, что с увеличением в фарфоровой массе полевого шпата за счет каолина мы приходим в область, соответствующую составам фарфоровых масс с высокой электрической прочностью, но менее термостойких.

С увеличением содержания в массе кварца за счет снижения содержания каолина повышается механическая прочность фарфора, но снижается термостойкость.

Данная диаграмма приблизительно показывает влияние отдельных компонентов на свойства готового изделия [1].

Технологическая схема приготовления лабораторных образцовдля проведения испытаний

Приготовление фарфоровых масс

М-0 М-1 М-2 М-3

(тонкодисперсная) (15% глинозема) (25% глинозема) (27% глинозема)

↓

Помол в шаровых мельницах

(τпомола=8ч5мин) (τпомола=8ч50мин) (τпомола=11ч15мин) (τпомола=11ч40мин)

остаток на сите N0040

(4%) (3.3%) (3%) (3.6%)

↓

Обезвоживание шликера в тканевых мешках, помещенных в гипсовые формы (4 дня) (W=19 – 19.5%)

↓

Изготовление лабораторных образцов для проведения испытаний

↓

Сушка образцов → Испытания (сухих образцов)

↓ ↓

Глазурование Обжиг → Испытания

(обожженных неглазур. образцов)

↓

Обжиг

↓

Испытания

(обожженных глазурованных образцов)

↓

Обработка результатов,

подведение итогов

Экспериментальная часть

Важнейшим свойством электротехнического фарфора является механическая прочность. Создание новых высокопрочных изоляторов будет развиваться в направлении увеличения в составе фарфора основного компонента – муллита, кристаллизации стекловидной фазы, что может быть достигнуто за счет введения в состав массы глинозема.

При изыскании новых керамических материалов необходимо рассчитать химический и минералогический составы массы, исходя из анализа сырьевых материалов.

Для определения шихтового состава массы и опробирования ее в лабораторных условиях выберем три рецепта с содержанием глинозема в количестве 15, 25 и 27%.

Химический анализ материалов приведен в табл.13.

Таблица 13 Химический состав сырья

Таблица 14 Химический состав массы фарфоровой М-0

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15