SU1196100A1 - Способ приготовления суспензии и установка для его осуществления. - Google Patents

Description

Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам приготовления суспензии или связующего и к смесеприготовительному оборудованию, в частности к установкам для приготовления связующего, или суспензии при получении керамических форм по выплавляемым и постоянным моделям.

Цель изобретения - повышение производительности труда и' улучшение санитарно-гигиенических условий труда, повышение качества керамической суспензии,снижение расхода составляющих компонентов, суспензии.

Цриготовляют суспензию в герметичной емкости гидролизатора. Перемешивание жидких и твердых материалов суспензии производится газом, при этом барботирующий газ перемешивается по газопроводным трубам ’с помощью нагнетателя по замкнутому циклу.

Положительный эффект от применения замкнутого цикла движения барботирующего газа'следующий: не отравляется атмосфера цеха вредными испарениями, нет потерь составляющих суспензии, в результате чего экономится до 20% жидких составляющих суспензии, состав керамической суспензии остается постоянным, снижаются взрыво- и пожароопасность установки, так как отсутствуют испарения легковоспламеняющихся веществ.

кидкие материалы суспензии подаются в герметичную емкость гидролизатора по трубам, а твердые материалы загружаются в поток газа, подаваемый в барботажный перемешиватель.

Загрузка твердых огнеупорных составляющих вместе с барботирующим газом имеет целый ряд преимуществ: огне упорные составляющие дозируются в различные зоны объема приготовляемой суспензии, чем достигается равномерность их распределения, полностью исключается запыление окружающей атмосферы. При этом достигается высокая точность и надежность дозирования, процесс легко поддается автоматизации.

Повышение давления при проведении реакции гидролитической поликонденсации Этилсиликата способствует улучшению растворимости барботирующего газа в растворе связующего, в результате чего ускоряются процессы окисления этоксильных групп этилсиликата и сокращается время образования сили2

ксановой связи, а значит и в целом продолжительность приготовления связующего, кроме того, уменьшается испарение летучих составляющих сус5 пензии. Применение пульсирующего давления способствует устранению оседания огнеупорных составляющих и более равномерному распределению их по всему объему суспензии, что

Ю значительно улучшает качество приготовленной суспензии.

Реакция гидролиза идет с выделением тепла и сопровождается повышением температуры раствора. Темпера15 тура раствора регулируется интенсивностью охлаждения газа перед подачей его в барботажный перемешиватель.

Охлаждение барботирующего газа до 0-20°С позволяет регулировать кине20 тику протекания процесса структурообразования связующего, добиться вероятного образования линейной структуры полимерных молекул, а вследстеи этого и максимальной связующей спо25 собности гидролизованного раствора этилсиликата.

Пузырьки холодного газа, поднимаясь вверх и контактируя с суспензией отбирают тепло реакции гидролитичес₃₀ кой поликондёнсации и уносят его с собой, отдавая его охладителю, и сно ва охлажденный газ барботирует суспензию. Пары растворителя и этилсилнката при охлаждении газа конденсируются в мельчайшие капельки и воз35

вращаются вместе с газом в суспензию. Следовательно, охлаждение барботирующего газа позволяет регулировать кинетику протекания реакции гидролитической поликонденсации этил силиката, повышать связующую способность гидролизованного раствора этил· силиката и экономить растворитель и этилсиликат.

Для осуществления операций загрузки твердых материалов в газовый поток и охлаждения газа предусмотрены два параллельных потока газа, водном из которых газ охлаждается, а в другом потоке загружают твердые материалы.

На фиг. 1 показана установка для гидролиза этилсиликата; на фиг. 2 общая схема установки для приготовления керамической суспензии с эамк55 нутым оборотным циклом подачи барботирующего газа.

Установка состоит из емкости 1 гидролизатора, крышки 2 с газоот3 ' 1196100

водящими трубками_ 3. В крышку 2 вставлены трубки 4 для подачи жидкйх материалов суспензии. К крышке 2 крепится по меньшей мере один конусный циркуляционный патрубок 5, , 5

сужающийся кверху. В дно. емкости выгнутой формы установлен(набор газоподводящих трубок 6. В центре дна емкости 1 расположен патрубок 7 для слива готовой суспензии, в бо- Ю ковой стенке емкости имеется водомерное стекло 8. В газоотводящий патрубок 3 вмонтирован перепускной клапан 9 давления.

Основное функциональное назна- 15 чение циркуляционного патрубка 5 заключается в создании внутри него восходящего газового потока, увлекающего за собой объемы суспензии. Циркуляционный патрубок 5 вертикаль- 20 но располагается в'емкости 1 таким . образом, что верхний конец патрубка находится ниже уровня суспензии, а нижний не доходит до дна емкости. Коническая сужающаяся кверху форма 25 полого циркуляционного,патрубка позволяет добиться большего эффекта захватывания суспензии пузырьками газа, что дополнительно увеличивает интенсивность перемешивания. Через трубки зд 4 осуществляется дозировка жидких составляющих суспензии на поверхность суспензии и связующего или внутрь их объема в нисходящий поток жидкости путем регулировки глубины погружения трубок. Дозировка производится из специальной мерной емкости или через ротаметры.

Газоподводящие трубки 6 предназначены для нагнетания газа в емкость

_ „ 40

гидролизатора для создания барботажного перемешивания., Трубки расположены под торцем циркуляционных патрубков так, что выходящий газ поднимается на поверхность обязательно внутри патрубка. Газ содержит компоненты суспензии: пары воды, растворителя, хлористого водорода, твердые составляющие суспензии. Дно емкости имеет выгнутую форму для предотвращения оседания суспензии в углах.

Через сливной патрубок 7 производится слив готовой суспензии без всякой предварительной подготовки емкости. Газоотводящий патрубок 3 55

отводит прошедшие через объем суспензии барботирующие газы, насыщенные парами растворителя. В газоотводящий патрубок 3 вмонтирован перепускной клапан 9 давления, в зависимости от настройки, которого в ем^ζ кости гидролизатора поддерживается и регулируется давление. Через водомерное стекло 8 производится визуальное наблюдение за количеством суспензии в емкости.

Схема установки для приготовления керамической суспензии замкнутого оборотного цикла подачи барботирующего газа (фиг. 1) содержит емкость 1 гидролизатора, газоотводящий патрубок 3 с перепускным клапаном 9 давления, газоподводящие трубки 8, сливной патрубок 7, нагнетатель 10, охладитель 11, кран-тройник 12, загруз очно-смешивающее устройство 13 для дозирования твердых материалов суспензии, состоящей из корпуса 14, улавливающей воронки 15, загрузочного лотка 16, герметично закрывающего шибера 17, металлической сетки с войлочной прокладкой 18, крана 19. Охладитель 11 состоит из корпуса, через который прокачивается хладагент. Внутри корпуса расположены витки спи^ рально замкнутых газоподводящих трубок,

Устройства установки соединены между собой газопроводящими трубами.

Установка работает следующим образом.

В емкость·1 , герметично закрытую крышкой 2, через трубки 4 подают жид' кие материалы суспензии,При заполнении емкости выше верхнего конца циркуляционного патрубка 5 ,что контролируется через водомерное стекло 8,начинают подачу газа через газоподводящие трубки 6. Газ, поднимаясь внутри патрубка 5, увлекает за собой жидкость или суспензию, в результате чего в емкости начинается процесс циркуляционного перемешивания (показано на фиг.1 . стрелками). Твердые материалы вводят в емкость вместе с газовым потоком через трубки 6. Барботирующий газ, проходя через объем жидкости, насыщается парами растворителя и выводится через газоотводящий патрубок 3. Перепускной клапан 9 давления поддерживает давление в емкости в пределах 1-2 ати. При повышенном давлении быстрее протекают физико-химические процессы приготовления'связующего.

По окончании приготовления суспензии или связующего прекращается подача газа и готовый продукт сливается

⁵ 11

через выпускной патрубок 7. При необходимости быстрого освобождения емкости перекрывают газоотводящий паттрубок 3 и слив производится без прекращения подачи газа. Подвод газа к емкости 1 производится от нагнетателя 10, При первом положении (не показано) крана-тройника 12 весь газ проходит через охлаждающий элемент 11 и далее через газоподводящие трубки 6 барботируют суспензию в емкости 1, внутри которой создается давление 1-2 ати, регулируемое клапаном 9.Газы,насыщенные парами растворителя, через газоотводящий патрубок 3 и клапан 9 давления снова поступают на вход нагнетателя 10. Таким образом, осуществлется постоянная оборотная циркуляция газов внутри системы в замкнутом цикле.

Вследствие экзотермичности реакции гидролитической поликонденсации этилсиликата газы, проходящие через суспензию, сильно нагреваются, отбирая тепло суспензии. Для проведения реакции в нужном направлении барботирующий газ предварительно охлаждается в охладителе 11.

При необходимости загрузки твердых материалов в емкость гидролизатора 1, открывают кран 19, при котором 25 50Х всех газов поступает через устройство 13 для получения и дозирования псевдоожиженной взвеси огнеупорных составляющих. Газ, проходя через 'металлическую сетку с войлочной прокладкой 18, приводит твердые составляющие в псевдоожиженное состояние.· Далее кварцевая или другая взвесь через улавливающую воронку 15 и газоподводящие трубки 6 поступает · в емкость 1. Газы проходят через суспензию, а твердые составляющие остаются в ее объеме, равномерно распределяясь. Дозировка твердых составляющих в устройство 13 осуществляется из загрузочного лотка 16 посредством открывания герметичного шибера 17. Дозировка производится тогда, когда газ на устройство 13 не поступает. После окончания дозировки твердых составляющих в устройство 13 герметичный шибер 17 закрывается. Выпуск готовой суспензии осуществляется через сливной патруб о к 7 .

Состав суспензии по предлагаемому и известному способам одинаков, мас.%: этилсиликат марки 40 8,4;

100 6 •ацетон марки- А 16,54; подкисленная вода 0,06; кварц пылевидный ПК-2 |75. Температура продуваемого газа составляет 15 С, объем замеса 15 л.

Пример 1. По известному способу в емкость смесителя через загрузочное окно в крышке вливают растворитель и подкисленную воду и продувают кислородсодержащим газом (сжатым воздухом) в течение 1-2 мин. Затем в емкость постепенно вливают этилсиликат, загружают огнеупорные составляющие, устанавливают рабочее давление в газоподводящей системе и продолжают продувку (перемешивание) всего объ.ема суспензии с помощью барботирующего газа до приобретения суспензией исходной температуры (16°С) . По окончании приготовления суспензии отключают подачу газа, производят подъем газоподводных трубок и перемешивают и с помощью специального механизма производят поворот емкости для слива приготовленной суспензии. После сливания готового продукта емкость возвращают в исходное состояние, очищают от остатков суспензии и приступают к приготовлению новой порции.

Пример 2. Приготовление керамической суспензии по предлагаемому способу осуществляют следующим образом.

В емкость 1 гидролизатора, герметично закрытую крышкой 2, через трубки 4 подают аналогично известному способу жидкие составляющие. При заполнении емкости выше верхнего конца циркуляционного патрубка 5,что .контролируется через водомерное стекло 8, от нагнетателя 10, через кран 12,охлаждающий элемент 11 и через газоподводящие трубки 6 в емкость подают газ в течение 1-2 мин. Газ, поднимаясь внутри патрубка 5, увлекает за собой жидкость, в результате чего в емкости происходит интенсивное циркуляционное перемешивание. В это время кран 19 полностью закрыт.

Затем из загрузочного лотка 16 с помощью шибера 17 производят дозировку огнеупорных составляющих.в устройство 13. После поступления твердых составляющих в устройство 13 шибер герметично закрывают и открывают кран 19, а кран-тройник 12 поворачивают во второе положение, при котором <^35% всего газа поступает в устройство 13, Газ, проходя через

7 11

металлическую сетку и войлочную прокладку 18, приводит твердые составляющие в псевдоожиженное состояние. Кварцевая взвесь через улавливающую воронку 15 и газоподводящие трубки 6 поступает в емокость 1,где благодаря наличию циркуляционных патрубков происходит интенсивное перемешивание суспензии, а с помощью перепускного клапана 9 создается избыточное давление в необходимых пределах 1-2 ати. При превышении давления перепускной клапан 9 срабатывает, давление в емкости падает, а затем опять начинает расти до указанного предела. Так продолжается до тех пор·, пока температура суспензии не достигнет исходной (16°С). При срабатывании клапана 9 в емкости 1 происходит резкое падение давления и всплеск суспензии по всему объему, способствующий устранению оседания огнеупорных частиц и более равномерному их распределению во всем объеме замеса.

Таким образом, при приготовлении суспензии по предлагаемому способу в емкости 1 происходит барботирование суспензии, циркуляционное и пульсирующее перемешивание, что значительно ускоряет процесс приготовления суспензии и повышает ее качество. Газы, насыщенные парами растворителя и этилсиликата, через газоотводящий патрубок 3 снова поступают в емкость гидролизатора 1, проходя через нагнетатель 10, охлаждающий элемент 11 и газоподводящие патрубки 6. Таким образом, осуществляется постоянная -оборотная циркуляция газов. По окончании приготовления суспензий готовый продукт сливают через выпускной патрубок 7 в раздаточные емкости.

В табл. 1 приведены сравнительные данные Кинетики изменения температуры суспензии в процессе ее перемешивания в зависимости от давления (избыточное давление, равное 0 ати, соответствует известному способу).

Из табл. 1 следует, что оптимальное давление в емкости гидролизатора при приготовлении суспензии составляет 1-2,0 ати. При понижении давления до 0,5 ати скорость реакции гидролитической поликонденсации замет но уменьшается и мало отличается от известного способа. При увеличении давления свыше 2,0 ати скорость

100 й

реакции практически не изменяется, а создание большого давления требует использования мощного нагнетателя.. Кроме того, продолжительность приготовления керамической суспензии по предлагаемому способу составляет 22,5-25,0 мин, против 35 мин по известному, т.е. сокращается в 1,4 - 1,5 раза.

Более быстрое протекание физикомеханических процессов, в частности реакции гидролитической поликонденсации этилсиликата, по предлагаемому способу связано с тем, что повышение давления в емкости гидролизатора улучшает растворимость барботирующего газа в суспензии. В результате этого ускоряются процессы окисления этоксильных групп этилсиликата и сокращается время образования силиксановой связи, что наряду с циркуляционным и пульсирующим перемешиваниями значительно . сокращает продолжительность приготовления суспензии и повышает ее качество.

Повышение качества приготовленной суспензии приводит к повышению механических характеристик образцов.

В табл. 2 приведены показатели прочности на изгиб керамических образцов.

Прочность керамических оболочек при статическом изгибе определяют по стандартной методике .Испытание прово- , дят после прокалки при 900°С в течение 1 ч охлажденных до комнатной температуры образцов. Температура продуваемого газа составляет 15°С.

Из табл. 2 следует, что предлагаемый способ обеспечивает повышение прочности керамических оболочек по сравнению с известным. Оптимальное давление барботирующего газа внутри емкости составляет 1-2 ати. Увеличение давления свыше 2,0 ати нецелесообразно, так как прочность оболочек изменяется незначительно. Уменьшение давления до 0-0,5 ати приводит к резкому снижению прочности.

Газопроницаемость образцов по известному и предлагаемому способам практически не изменяется и составляет 5-7 условных единиц.

В табл. 3 показана прочность оболочек, полученных при перемешивании суспензии барботирующим газом, охлаж денным до различных температур. Дав1196100

ление внутри емкости 1,5 ати, расход газа 0,25 м³/ч на 15 л суспензии.

Из табл. 3 видно,что температура барботирующего газа, при которой прочность оболочек сохраняется на дос-5 таточно высоком уровне, составляет 0-20°С. В этом диапазоне температур прочность оболочек по предлагаемому способу в среднем в 1,3 раза больше, чем по известному.

Наряду с повышением качества приготовленной суспензии, использование барботирующего газа по замкнутому циклу полностью устраняет потери растворителя, этилсиликатала и 15 пылевидных составляющих суспензии, вследствие чего улучшаются санитарногигиенические условия труда, повыша— . ется. выход годного продукта. По известному способу потери жидких и пы- 20 левидных компонентов составляют 1020% от емкости замеса. Концентрация в рабочей зоне установки составляет для газов и паров растворителя и этилсиликата 1500 мг/м³ воздуха, пылевид-25 ных фракций кремнезема при загрузке огнеупорных составляющих - 4-5 мг/м³ (ПДК составляет 1 мг/м³).

Преимуществом предлагаемой установки является то, что отпадает неЮ

обходимость поворота емкости для слива готовой продукции и очистки ее от. остатков суспензии.

Экономический эффект предлагаемого изобретения заключается в устранении потерь жидких и пылевидных ингредиентов связующего или суспензии.

Так, .при приготовлении суспензии известным способом потери составляют 10-20% от емкости замеса. Они складываются за счет испарения раствог рителя и этилсиликата в процессе при готовления суспензии, выброса огнеупорных составляющих в атмосферу цеха при их загруз.ке в емкость для смешивания, а также удаление оставше гося под переметивателем огнеупорного наполнителя после слива суспензии.

. По предлагаемому способу за счет оборотного использования в замкнутом цикле барботирующего газа и устранения безвозвратных потерь огнеупорных составляющих полностью устра йены потери жидких и пылевидных ингредиентов. При стоимости 1 т керамической суспензии 220 руб, экономический эффект составляет в среднем 33 руб. на 1 т приготовленного продукта.

Таблица 1

Время продувки, мин	Температура суспензии,°С,при давлении, ати
0	0,5	| 1,0			2,0	I 2·5
0	16	16	16			16	16
2,5	16	18	19			20	21
5,0	16	20	23			27	28
7,5	17	23	30			35	36
10,0	18	25 '	33			33	34
12,5 .	18	27	31			30	32
15,0	19	29	28			28	27
17,5 .	20	30	24			23	21
20,0	21	28	20			19	16
22,5	23	25	18			16	-
25,0	25	23	16			-	-
27,5	25'	19	-			-	-
20,0	23	17	-				-
32,5	20	16	-			-
35,0	16		-			-	-

11

1196100

Таблица 2

—---------— Способ приготовления		Прочность на	изгиб, кг/см2, при давлении в емкости, ати
	0	Ί	0,5 :	| 1,0 | 2,0 |	2,5
Предлагаемый	78,5		82,0	113,0 133,5	135,5
Известный	65,5		-	-	-
				Таблиц	а 3
Способ	Предел прочности на изгиб, кг/см2, при температуру продуваемого газа,вС
	-5	0		10 | 15 | 20 |	25
Известный	51,5	69,0	78,5	90,1 95,4 97,0	62,5
Предлагаемый	65,5	'97,5 .	105,0	115,0 130,5 127,0	70,7

φυ*.1

1 196100

Claims (2)

1. Способ приготовления суспензии, используемой при получении керамических форм по выплавляемым моделям, включающий загрузку твердых и жидких материалов в емкость гидролиз атора, перемешивание материалов

с помощью газа, последующую выгрузку готовой суспензии, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, экономичности процесса и качества суспензии, а также улучшение санитарно-гигиенических условий труда, перед загрузкой жидких и твердых материалов емкость гидролизатора герметизируют, перемешивание осуществляют при пульсирующем давлении газа от 1 до 2 атм, который

принудительно перемещают из верхней «1асти гидролизатора в его нижнюю часть двумя потоками, в одном из которых снижают температуру газа до 0-20°С, а в другой поток загружают твердые материалы и направляют его в нижнюю часть гидролизатора.

2. Установка для приготовления суспензии, используемой при получении керамических форм по выплавляемым моделям, содержащая емкость гидролизатора, барботажный перемешиватель и систему подачи газа с газоподводящими трубками, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности, экономим- 59 ности процесса и качества суспензии, а также улучшения санитарно-гигиенических условий труда, она снабжена газонагнетателем,охладителем и загрузочно-смешивающим устройством, соединенными между собой газопроводными трубами, при этом охладитель и загрузочно-смешивающее устройство размещены на газопроводных трубах параллельно друг другу между нагнетателем и емкостью гидролизатора, а барботажный перемешиватель закреплен в емкости гидролизатора вертикально и выполнен в виде нескольких циркуляционных патрубков, каждый из которых имеет форму усеченного конуса, к торцам которых подведены газоподводящие трубки.

8и ,1196100

1196100

1