Đồ gốm

3.1.1 Chuẩn bị bùn

Sử dụng quy trình tạo hạt sấy phun, việc chuẩn bị bùn là chìa khóa quan trọng. Hàm lượng chất rắn, độ mịn và độ lưu động của bùn sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sản lượng và kích thước hạt của bột khô.

Do bột của loại sứ alumina này không có sẵn nên cần phải thêm một lượng chất kết dính thích hợp để cải thiện hiệu suất tạo hình của phôi. Các chất hữu cơ thường được sử dụng như dextrin, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose, polystyrene, v.v. Polyvinyl alcohol (PVA), một chất kết dính hòa tan trong nước, đã được chọn trong thí nghiệm này. Nó nhạy cảm hơn với độ ẩm môi trường, khi độ ẩm môi trường thay đổi sẽ ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất của bột khô.

Polyvinyl alcohol có nhiều loại khác nhau, mức độ thủy phân và mức độ trùng hợp khác nhau, sẽ ảnh hưởng đến quá trình sấy phun. Mức độ thủy phân và mức độ trùng hợp chung của nó sẽ ảnh hưởng đến quá trình sấy phun. Liều lượng của nó thường là 014 - 015wt%. Việc bổ sung quá nhiều sẽ khiến bột tạo hạt phun tạo thành các hạt bột khô cứng để ngăn các hạt bị biến dạng trong quá trình ép. Nếu các đặc điểm của hạt không thể loại bỏ trong quá trình ép, những khuyết tật này sẽ được lưu trữ trong thân xanh và không thể loại bỏ sau khi nung, điều này sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Thêm chất kết dính quá ít cường độ xanh sẽ làm tăng tổn thất vận hành. Thí nghiệm cho thấy khi thêm một lượng chất kết dính thích hợp, mặt cắt phôi xanh được quan sát dưới kính hiển vi. Có thể thấy rằng khi áp suất tăng từ 3Mpa đến 6Mpa, mặt cắt tăng lên một cách trơn tru và có một số lượng nhỏ các hạt hình cầu. Khi áp suất là 9Mpa, mặt cắt nhẵn, về cơ bản không có các hạt hình cầu, nhưng áp suất cao sẽ dẫn đến sự phân tầng của phôi xanh. PVA được mở ở khoảng 200 ℃

Bắt đầu đốt, và xả ở khoảng 360 ℃. Để hòa tan chất kết dính hữu cơ và làm ướt các hạt phôi, hình thành lớp xen kẽ lỏng giữa các hạt, cải thiện tính dẻo của phôi, giảm ma sát giữa các hạt và ma sát giữa vật liệu và khuôn, thúc đẩy tăng mật độ của phôi nén và đồng nhất hóa phân phối áp suất, đồng thời thêm một lượng chất hóa dẻo thích hợp, thường được sử dụng là glycerin, axit etyl oxalic, v.v.

Vì chất kết dính là một loại polyme đại phân tử hữu cơ, nên phương pháp thêm chất kết dính vào bùn cũng rất quan trọng. Tốt nhất là thêm chất kết dính đã chuẩn bị vào bùn đồng nhất có hàm lượng chất rắn cần thiết. Theo cách này, có thể tránh được việc đưa các chất hữu cơ chưa hòa tan và chưa phân tán vào bùn và có thể giảm thiểu các khuyết tật có thể xảy ra sau khi nung. Khi chất kết dính được thêm vào, bùn dễ dàng được tạo ra bằng cách nghiền bi hoặc khuấy. Không khí được bao bọc trong giọt nằm trong bột khô, làm cho các hạt khô rỗng và giảm mật độ thể tích. Để giải quyết vấn đề này, có thể thêm chất phá bọt.

Do yêu cầu kinh tế và kỹ thuật, cần hàm lượng chất rắn cao. Vì công suất sản xuất của máy sấy là lượng nước bốc hơi mỗi giờ, bùn có hàm lượng chất rắn cao sẽ làm tăng đáng kể sản lượng bột khô. Khi hàm lượng chất rắn tăng từ 50% đến 75%, sản lượng của máy sấy sẽ tăng gấp đôi.

Hàm lượng chất rắn thấp là lý do chính dẫn đến sự hình thành các hạt rỗng. Trong quá trình sấy, nước di chuyển đến bề mặt của giọt và mang theo các hạt rắn, khiến phần bên trong của giọt rỗng; nếu một lớp màng đàn hồi có độ thấm thấp được hình thành xung quanh giọt, do tốc độ bay hơi thấp, nhiệt độ của giọt tăng lên và nước bốc hơi từ phần bên trong, khiến giọt phồng lên. Trong cả hai trường hợp, hình dạng quả bóng của các hạt sẽ bị phá hủy và các hạt hình khuyên rỗng hoặc hình quả táo hoặc hình quả lê sẽ được tạo ra, điều này sẽ làm giảm độ lưu động và khối lượng riêng của bột khô. Ngoài ra, bùn có hàm lượng chất rắn cao có thể làm giảm

Trong quá trình sấy ngắn, việc giảm quá trình sấy có thể làm giảm lượng chất kết dính được chuyển đến bề mặt hạt cùng với nước, để tránh nồng độ chất kết dính trên bề mặt hạt lớn hơn ở giữa, để các hạt có bề mặt cứng và các hạt không bị biến dạng và nghiền nát trong quá trình ép và tạo hình, để giảm khối lượng cơ thể của phôi. Do đó, để thu được bột khô chất lượng cao, hàm lượng chất rắn của bùn phải được tăng lên.

Bùn dùng để sấy phun phải có đủ độ lưu động và càng ít độ ẩm càng tốt. Nếu độ nhớt của bùn giảm bằng cách đưa thêm nước vào thì không chỉ mức tiêu thụ năng lượng sấy tăng lên mà mật độ khối của sản phẩm cũng giảm. Do đó, cần phải giảm độ nhớt của bùn bằng cách sử dụng chất đông tụ. Bùn khô bao gồm nhiều hạt có kích thước micron hoặc nhỏ hơn, có thể được coi là hệ phân tán dạng keo. Lý thuyết về độ ổn định của keo cho thấy có hai lực tác dụng lên các hạt huyền phù: lực van der Waals (lực Coulomb) và lực đẩy tĩnh điện. Nếu lực chủ yếu là trọng lực, hiện tượng kết tụ và kết bông sẽ xảy ra. Tổng năng lượng thế (VT) của tương tác giữa các hạt liên quan đến khoảng cách của chúng, trong đó VT tại một thời điểm nào đó là tổng của năng lượng hấp dẫn VA và năng lượng đẩy VR. Khi VT giữa các hạt thể hiện năng lượng thế dương lớn nhất, thì đó là hệ thống khử trùng. Đối với một huyền phù nhất định, VA là chắc chắn, do đó tính ổn định của hệ thống là các hàm điều khiển VR: điện tích bề mặt của các hạt và độ dày của các lớp điện kép. Độ dày của lớp kép tỷ lệ nghịch với căn bậc hai của liên kết hóa trị và nồng độ của ion cân bằng. Nén lớp kép có thể làm giảm rào cản thế của quá trình kết bông, do đó liên kết hóa trị và nồng độ của các ion cân bằng trong dung dịch phải thấp. Các chất phá nhũ thường được sử dụng là HCl, HNO3, NaOH, (CH) 3noh (amin bậc bốn), GA, v.v.

Bởi vì bùn gốc nước của bột gốm alumina 95 là trung tính và có tính kiềm, nhiều chất keo tụ có tác dụng pha loãng tốt đối với bùn gốm khác mất chức năng của chúng. Do đó, rất khó để chuẩn bị bùn có hàm lượng chất rắn cao và độ lưu động tốt. Bùn alumina cằn cỗi, thuộc về oxit lưỡng tính, có các quá trình phân ly khác nhau trong môi trường axit hoặc kiềm và hình thành trạng thái phân ly của các thành phần và cấu trúc micelle khác nhau. Giá trị pH của bùn sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ phân ly và hấp phụ, dẫn đến sự thay đổi của thế ζ và sự kết bông hoặc phân ly tương ứng

Bùn alumina có giá trị điện thế ζ dương và âm tối đa trong môi trường axit hoặc kiềm. Lúc này, độ nhớt của bùn ở giá trị thấp nhất của trạng thái tách đông, trong khi khi bùn ở trạng thái trung tính, độ nhớt của nó tăng lên và xảy ra hiện tượng keo tụ. Người ta thấy rằng độ lưu động của bùn được cải thiện đáng kể và độ nhớt của bùn được giảm bằng cách thêm chất phá nhũ tương thích hợp, do đó giá trị độ nhớt của nó gần với nước. Độ lưu động của nước được đo bằng máy đo độ nhớt đơn giản là 3 giây / 100 ml và độ lưu động của bùn là 4 giây / 100 ml. độ nhớt của bùn giảm xuống, do đó hàm lượng chất rắn trong bùn có thể tăng lên 60% và có thể hình thành một lớp đóng gói ổn định. Vì công suất sản xuất của máy sấy liên quan đến sự bay hơi của nước mỗi giờ, nên huyền phù cũng vậy.

3.1.2 Kiểm soát các thông số chính trong quá trình sấy phun

Mẫu luồng không khí trong tháp sấy ảnh hưởng đến thời gian sấy, thời gian lưu, nước còn lại và độ bám dính thành của các giọt. Trong thí nghiệm này, quá trình trộn không khí giọt là dòng hỗn hợp, nghĩa là khí nóng đi vào tháp sấy từ phía trên và vòi phun sương được lắp ở phía dưới tháp sấy, tạo thành vòi phun nước và giọt là parabol, do đó, giọt trộn với không khí là dòng ngược và khi giọt đạt đến đỉnh của hành trình, nó trở thành dòng chảy hạ lưu và phun thành hình nón. Ngay khi giọt đi vào tháp sấy, nó sẽ sớm đạt tốc độ sấy tối đa và bước vào giai đoạn sấy tốc độ không đổi. Chiều dài của giai đoạn sấy tốc độ không đổi phụ thuộc vào hàm lượng ẩm của giọt, độ nhớt của bùn, nhiệt độ và độ ẩm của không khí khô. Điểm ranh giới C từ giai đoạn sấy tốc độ không đổi đến giai đoạn sấy nhanh được gọi là điểm tới hạn. Lúc này, bề mặt của giọt nước không còn có thể duy trì trạng thái bão hòa nữa do sự di chuyển của nước, khi tốc độ bay hơi giảm, nhiệt độ của giọt nước tăng, bề mặt của giọt nước tại điểm D bão hòa, tạo thành một lớp vỏ cứng. Sự bay hơi di chuyển vào bên trong, tốc độ sấy tiếp tục giảm. Việc loại bỏ nước tiếp theo có liên quan đến khả năng thấm ẩm của vỏ cứng. Do đó, cần kiểm soát các thông số vận hành hợp lý.

Độ ẩm của bột khô chủ yếu được xác định bởi nhiệt độ đầu ra của máy sấy phun. Độ ẩm ảnh hưởng đến khối lượng riêng và độ lưu động của bột khô, và xác định chất lượng phôi ép. PVA nhạy cảm với độ ẩm. Trong các điều kiện độ ẩm khác nhau, cùng một lượng PVA có thể gây ra độ cứng khác nhau của lớp bề mặt của các hạt bột khô, khiến việc xác định áp suất dao động và chất lượng sản xuất không ổn định trong quá trình ép. Do đó, nhiệt độ đầu ra phải được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo độ ẩm của bột khô. Nói chung, nhiệt độ đầu ra phải được kiểm soát ở mức 110 ℃ và nhiệt độ đầu vào phải được điều chỉnh cho phù hợp. Nhiệt độ đầu vào không quá 400 ℃, thường được kiểm soát ở khoảng 380 ℃. Nếu nhiệt độ đầu vào quá cao, nhiệt độ không khí nóng trên đỉnh tháp sẽ quá nhiệt. Khi sương mù rơi lên đến điểm cao nhất và gặp không khí quá nóng, đối với bột gốm có chứa chất kết dính, hiệu quả của chất kết dính sẽ bị giảm và cuối cùng hiệu suất ép của bột khô sẽ bị ảnh hưởng. Thứ hai, nếu nhiệt độ đầu vào quá cao, tuổi thọ của bộ gia nhiệt cũng sẽ bị ảnh hưởng và lớp vỏ bộ gia nhiệt sẽ rơi ra và đi vào tháp sấy cùng với không khí nóng, làm ô nhiễm bột khô. Trong điều kiện nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ đầu ra được xác định cơ bản, nhiệt độ đầu ra cũng có thể được điều chỉnh bằng áp suất của bơm cấp liệu, chênh lệch áp suất của bộ tách ly tâm, hàm lượng chất rắn của bùn và các yếu tố khác.

Chênh lệch áp suất của bộ tách ly tâm. Chênh lệch áp suất của bộ tách ly tâm lớn sẽ làm tăng nhiệt độ đầu ra, tăng lượng hạt mịn thu gom và làm giảm năng suất của máy sấy.

3.1.3 Tính chất của bột sấy phun

Độ lưu động và mật độ đóng gói của bột gốm alumina được chế tạo bằng phương pháp sấy phun thường tốt hơn so với bột được chế tạo bằng quy trình thông thường. Bột tạo hạt thủ công không thể chảy qua thiết bị phát hiện nếu không có rung động, còn bột tạo hạt phun có thể làm được điều này hoàn toàn. Tham khảo tiêu chuẩn ASTM để kiểm tra độ lưu động và khối lượng riêng của bột kim loại, đã đo được khối lượng riêng và độ lưu động của các hạt thu được bằng phương pháp sấy phun trong các điều kiện hàm lượng nước khác nhau. Xem Bảng 1.