Способ формования изделия и формовочное устройство для его осуществления
METHOD OF PRODUCT FORMING AND FORMING DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Область техники
Изобретение относится к области химии строительных материалов и строительству, более конкретно к способам формования методом экструзии керамических изделий, которые впоследствии могут применяться в строительных целях.
Уровень техники
В предшествующем уровне техники широко известны способы изготовления керамических изделий, таких как кирпичи и камни, имеющих различные размеры, а также физико-химические характеристики, такие как теплопроводность, химический состав, применяемый для их изготовления, пустотность, прочность и т.д.
Изделие, получаемое заявленным способом экструзионного формования при помощи устройства для формования, относится к категории пустотных керамических камней, характеризующихся множеством прямых внутренних перегородок, располагающихся поперек направлению движения тепла и проходящих по ширине камня, измеряемой вертикально относительно направления движения тепла, а также по высоте камня. При этом внутренние перегородки соединяются друг с другом и опираются друг на друга посредством соединительных перегородок. Вместе внутренние перегородки и соединительные перегородки образуют в верхней проекции камня определенный пустотный узор. Как правило, данные камни служат для кладки внутренних и наружных стен зданий или сооружений.
Для возведения стеновой кладки к данным изделиям предъявляются определенные требования в зависимости от их первоочередного назначения или от желаемых качеств выполненной кладки. Так, пустотелый камень должен, в первую очередь, иметь хорошие теплоизолирующие свойства, отвечать определенным звукоизоляционным требованиям, а также должен обладать необходимой прочностью. Хорошие теплоизолирующие свойства пустотелого камня обусловлены прежде всего тем, что внутренние перегородки, располагающиеся поперек движения тепла, соединены между собой минимально возможным количеством соединительных перегородок, таким образом, по направлению движения тепла предусмотрено минимально возможное количество материала, для того чтобы путь движения проводимого тепла был как можно длиннее.
Поскольку такие камни имеют крупный пустотный узор, им удается добиться очень хорошего сопротивления потере тепла (т.е. крупные пустоты, вытянутые в длину поперек движению тепла) с минимумом соединительных перегородок, расположенных по направлению движения тепла, но при этом у данного камня есть определенные проблемы, прежде всего относительно звукоизолирующей способности. За счет того, что внутренние перегородки, располагающиеся поперек направления движения тепла, соединены между собой относительно малым количеством соединительных перегородок, внутри камня возникают крупные незакрепленные отрезки перегородок, которые при проведении звука входят в резонанс и проводят звук дальше. Хорошая теплопроводность и хорошая звукоизоляция являются таким образом взаимоисключающими понятиями. Для достижения хороших звукоизолирующих свойств внутренние перегородки должны быть соединены между собой большим количеством соединительных перегородок, чтобы избежать резонанса внутренних перегородок при низких частотах, но те же самые соединительные перегородки повышают теплопроводные свойства, так как они располагаются по направлению движения тепла.
При формировании керамического камня с максимальными теплоизолирующими свойствами, то есть с минимально возможным количеством соединительных перегородок, объемная плотность камня сокращается прежде всего за счет отсутствующих соединительных перегородок, из-за чего опять же страдает звукоизоляция камня по причине сравнительно невысокой объемной плотности.
Также прочность и теплоизоляция являются в какой-то степени взаимоисключающими понятиями, так как для высокой прочности керамического камня необходимо большое количество соединительных перегородок, которые бы закрепляли и опирали внутренние перегородки между собой.
Наиболее близким по своей сущности и достигаемому техническому результату является способ получения пустотного изделия при помощи фильеры, включающий образование кирпича с двумя параллельными внешними перегородками и идущими перпендикулярно к ним параллельными тычковыми сторонами, которые вместе образуют контуры кирпича; и с множеством прямых внутренних перегородок, параллельных внешним перегородкам, проходящим, преимущественно, по ширине кирпича, измеряемой перпендикулярно к тычковым сторонам, а также по высоте кирпича. При этом прямые внутренние перегородки соединяются друг с другом и опираются друг на друга посредством соединительных перегородок. Это соединение внутренних перегородок посредством соединительных перегородок происходит каркасным образом, так что узлы соединения в местах примыкания соединительных перегородок к внутренним перегородкам расположены поперек направления хода внутренних перегородок с отступом друг от друга. Обе внешние перегородки тычковых сторон превращены в узкие гребни, идущие по высоте кирпича, между которыми предусмотрены пазы в форме карманов, проходящие по всей высоте кирпича (см. Европейский патент ЕР 0 668 412 В1, 21.07.1999).
Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее решение, является улучшение эксплуатационных характеристик и, как следствие, расширение функциональных возможностей изделия.
Раскрытие сущности изобретения
2
2
Поставленная проблема в части первого объекта изобретения, решается за счет того, что способ формования изделия включает предварительную обработку исходного сырья и последующее формование изделия методом экструзии, при этом предварительную обработку осуществляют путем загрузки смеси исходных компонентов в бункер с питателем, затем подают смесь системой транспортеров в бегуны мокрого помола, продавливают полученную глиняную смесь в валковую дробилку грубого помола для протирки между двумя цилиндрическими валками, установленными с зазором 2-3 мм с последующим тонким помолом в валковой дробилке с зазором между валками 1,0-0,8 мм и окончательной обработкой на глинорастирателе, а формование готового бруса осуществляют методом экструзии с глубиной вакуумирования 0,97-0.99 кг/см, для чего подготовленную смесь с влажностью 16-18% подают в пресс, шнековый вал с переходным диаметром и шагом лопастей, выдавливает смесь со скоростью 6-8 см/с с давлением 13-18 кг/см и формует брус пресс-формой - фильерой, установленной в мундштук, обеспечивающей пустотность изделия не менее 52,8%. В качестве исходных компонентов предпочтительно используют суглинок, песок, опилки.
Поставленная проблема в части второго объекта изобретения, полученного приведенным выше способом, решается за счет того, что формовочное устройство для изготовления изделия методом экструзии включает в себя раму пресса - мундштук, к которому посредством болтового соединения прикреплена пресс-форма, которая состоит из двух частей: вставки для формирования наружной поверхности изделия по меньшей мере с двумя сторонами гребневой формы, при этом вставка выполнена таким образом, что при формировании наружной поверхности бруса форма образующегося наружного гребневого контура по меньшей мере с двух сторон выполнена непрерывной в виде усеченной пирамиды, обращенной меньшим основанием наружу, а также пустотообразователя с кернами для формирования внутренней структуры изделия в виде пустот и перегородок, при этом со стороны выхода изделия из пресс-формы, в ее нижней и верхней частях, установлена горизонтальная планка, на одной из поверхностей которой выполнен дополнительный пустотообразователь с кернами, образующий дополнительные верхние и нижние отверстия, кроме того, в верхней части вставки выполнены тормозные устройства в виде наклонных относительно вертикальной оси стержней, продольные оси которых расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси изделия, при этом указанные стержни соединены со стороны выхода изделия со сменной заглушкой.
Толщина наружных и внутренних перегородок зависит от формы вставки и кернов.
Отверстия, образующиеся при помощи пустотообразователя, предпочтительно выполнены круглыми, или прямоугольными, или треугольными, или ромбовидными, или трапециевидными, а также в форме параллелограмма.
В частном варианте исполнения устройства стержни соединены с заглушкой неразъемно.
В предпочтительном варианте исполнения стержни расположены параллельно друг другу.
Целесообразно, чтобы угол наклона стержней относительно вертикальной оси составлял 30°÷50°.
На раме пресса закреплены устройства для ее снятия и установки в виде скоб.
Количество перегородок и пустот в изделии, их форма и размеры определяются в зависимости от количества и формы кернов на пустотообразователе.
Стержни расположены в пустотообразователе верхней планки между кернами за исключением двух крайних пустот и предпочтительно заподлицо с внешними торцевыми ребрами кернов.
Еще одним объектом настоящего решения является изделие, полученное описанными выше способом и устройством, при этом изделие характеризуется тем, что оно выполнено в виде блока, бруса, кирпича с теплопроводностью в пределах 0,08÷0,11 Вт/м⋅К и пустотностью не менее 52,8%.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное техническое решение, является снижение теплопроводности изделия с одновременным повышением звукоизоляционных свойств без потери прочности изделия.
Осуществление изобретения
В данном разделе будет представлен предпочтительный вариант осуществления способа при помощи устройства для формования, который, как это понятно специалисту, не ограничивает другие возможные варианты или модификации осуществления способа для получения конечного изделия, явным образом вытекающие из материалов данной заявки.
Автопогрузчик загружает компоненты смеси, в качестве которых берут суглинок, песок и опилки непосредственно в ящичные питатели с приемным бункером. Далее, смесь проходит этап предварительной обработки исходного сырья.
Питатели оснащены системой плавного регулирования скорости и соответственно производительности. За счет этого выставляется рецептура смеси.
После загрузки смесь подают при помощи системы транспортеров в бегуны мокрого помола. Полученную глиняную смесь продавливают в валковую дробилку грубого помола для протирки между двумя цилиндрическими валками, установленными с зазором 2-3 мм. Данный интервал обусловлен тем, что величина зазора меньше 2 мм для этапа грубого помола будет излишней, а величина более 3 мм может привести к возможности недостаточного измельчения на этапе тонкого помола. Таким образом, опытным путем было установлено, что указанный интервал является оптимальным именно для этапа грубого помола.
После прохождения этапа грубого помола полученная смесь поступает на этап тонкого помола в валковой дробилке с зазором между валками 1,0-0,8 мм. Заявленный интервал также является оптимальным для получения смеси с ожидаемыми характеристиками будущего изделия по теплопроводности.
После этапа тонкого помола происходит ее окончательная обработка перед непосредственным формованием на глинорастирателе.
2
2
Формование готового бруса осуществляют методом экструзии на вакуум-прессе PZ 60 в брус с глубиной вакуумирования 0,97-0.99 кг/см, для чего подготовленную смесь с влажностью 16-18% подают в пресс, шнековый вал с переходным диаметром и шагом лопастей выдавливает смесь со скоростью 6-8 см/с с давлением 13-18 кг/см и формует брус пресс-формой (фильерой), установленной в мундштук.
Заявленные диапазоны влажности, скорости и давления совместно обеспечивают оптимальные условия для получения изделия с теплопроводностью в пределах 0,08 ч - 0,11 Вт/м⋅К, что по сравнению с аналогом значительно ниже и, соответственно, повышает эксплуатационные способности изделия.
При скорости меньше 6 см/с будет происходить перерасход энергии на процесс вакуумирования, а при скорости больше 8 см/с ухудшаются эксплуатационные характеристики изделия.
Влажность меньше 16% приводит к чрезмерной осушке изделия и проблемам при формовании, а влажность более 18% - к неустойчивости формы изделия при экструзии.
2
Давление в указанном интервале обеспечивает равномерность выхода смеси и стабильность ее формы. Давление ниже указанного параметра приведет к неэффективному использованию оборудования, а давление больше 18 кг/см - к недостаточной плотности формуемого изделия, что также отрицательно скажется на его прочностных свойствах.
Формование происходит при помощи формовочного устройства, которое состоит из рамы пресса или, по-другому, мундштука. К мундштуку посредством болтового соединения прикреплена пресс-форма, которая состоит из двух частей.
Первой частью пресс-формы является вставка для формирования наружной поверхности изделия по меньшей мере с двумя сторонами гребневой формы. Вставка выполнена особым образом. При формировании наружной поверхности бруса форма образующегося наружного гребневого контура по меньшей мере с двух сторон выполнена непрерывной в виде усеченной пирамиды, обращенной меньшим основанием наружу.
Второй частью пресс-формы является пустотообразователь с кернами, предназначенный для формирования внутренней структуры изделия в виде пустот и перегородок. Особенностью второй части является то, что со стороны выхода изделия из пресс-формы в ее нижней и верхней частях установлена горизонтальная планка. На одной из поверхностей планки выполнен дополнительный пустотообразователь с кернами, образующий дополнительные верхние и нижние отверстия.
В верхней части вставки выполнены тормозные устройства в виде наклонных относительно вертикальной оси стержней, продольные оси которых расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси изделия.
Стержни расположены параллельно друг другу и неразъемно (например, сваркой) соединены со стороны выхода изделия со сменной заглушкой. Угол наклона стержней относительно вертикальной оси составляет 30°÷50°. Стержни расположены в пустотообразователе верхней планки между кернами за исключением двух крайних пустот и предпочтительно заподлицо с внешними торцевыми ребрами кернов.
Толщина наружных и внутренних перегородок зависит от формы вставки и кернов, которые выставляют в зависимости от требуемых характеристик получаемого изделия - пустотности, теплопроводности, а также звукоизоляционных свойств. Данное правило при изготовлении изделия справедливо также и для определения количества перегородок и пустот в изделии, их форм и размеров, которые определяются в зависимости от количества и формы кернов на пустотообразователе.
Для удобства работы оператора на раме пресса закреплены устройства для ее снятия и установки в виде скоб.
После пропускания через фильеру полученный брус режут и отправляют на сушку.
Изделия автоматически укладываются на сушильные рамки поворотным столом. Транспортеры подают изделия на сушильные вагонетки, которые подаются согласно заданному режиму в туннельную сушилку. Сушка керамического блока происходит по принципу процесса циркуляции воздуха в туннельной сушилке.
Из туннельной сушилки вагонетки с высушенным полуфабрикатом выходят согласно заданному режиму. Далее вагонетки поступают на перегонный путь, где происходит их перемещение на участок сухой стороны, и съем изделий с сушильных реек и транспортировка на автомат-садчик. Освобожденные рейки возвращаются на участок формовки и складируются в специальные стеллажи грейфером. Высушенные изделия укладываются автоматом-садчиком на печные вагонетки согласно заданной схемы садки. Далее посаженые вагонетки поступают в подогреватель, где происходит подогрев и дальнейшая подсушка изделий.
После выхода из подогревателя обжиговая вагонетка с керамическим блоком подается в туннельную обжиговую печь согласно заданному режиму, где и происходит их обжиг.
Готовые обожженные изделия поступают на участок выгрузки и упаковки. Автомат выгрузки по заданной программе производит разгрузку вагонеток и формирует пакеты изделий. Пакеты изделий по транспортеру поступают на участок. Пустые поддоны, сложенные в стопку, ввозятся в цех с помощью вилочного погрузчика и устанавливаются на специальный транспортер подачи поддонов. Загруженные поддоны по транспортеру поступают на установку, которая предназначена для упаковки пакетов изделий в стрэйч-пленку. Упакованные пакеты изделий перемещаются на транспортер-накопитель, откуда по мере накопления производится забор поддонов с помощью вилочного погрузчика.
За счет описанного способа с применением устройства для формования достигается возможность получения изделия в виде блока, бруса, кирпича с достаточно низкой теплопроводностью в пределах 0,08÷0,11 Вт/м⋅К (в то время, как в прототипе это значение составляет 0,16÷0,21 Вт/м⋅°С) и пустотностью не менее 52,8%, чем достигается заявленный технический результат. Данное обстоятельство способствует повышению теплоизоляционных свойств изделия с одновременным улучшением звукоизоляционных свойств.
Ширина (рабочий размер) блока составляет от 200 мм до 510 мм, длина (нерабочий размер) - от 250 мм до 260 мм. Толщина стенок первой пары составляет от 8 до 12 мм, толщина стенок второй пары - 6-10 мм, толщина всех видов перегородок - 3-8 мм.