Расчеты керамических масс

Расчеты керамических масс

1. Определение шихтового состава массы по химическому составу черепка и сырьевых материалов.

Дан состав электротехнического фарфора:

Глинистого вещества: 43%

Полевого шпата: 26%

Кварца:31%

Исходя из керамических (формовочных) свойств сырья принимают количество пластичной глины в массе равным 30%. Зная химический состав сырьевых материалов с глиной будут введены оксиды в количестве (в вес.ч.):

SiO2: 0.597· 30=17,9

Al2O3:0,25· 30=7,5

К2О+Na2O: 0,0086· 30=0,258

С каолином (в вес. ч):

SiO2: 0.4926· 13=6,4

Al2O3:0,3702· 13=4,81

К2О+Na2O: 0,0038· 13=0,05

С кварцем (в вес. ч):

SiO2: 0.9612· 31=21,08

Al2O3:0,0301· 31=5,74

С полевым шпатом (в вес.ч.):

SiO2: 0.6801· 26=17,68

Al2O3:0,1852· 26=4,82

К2О+Na2O: 0,1209· 26=3,14

Общая сумма данных оксидов (в вес. ч):

SiO2: 17,9+9,85+23,07+17,68=63,06

Al2O3:7,5+7,4+0,72+4,81=22,87

К2О+Na2O: 0,3+0,076+3,14=3,49

Итого: 89,42

Для определения в массе содержания каолина и полевого шпата составляют систему уравнений с двумя неизвестными, где х — количество каолина, которое необходимо ввести в массу, а у — количество полевого шпата:

х· 0,0038+у·0,1209=3,19

х· 0,3702+у·0,1852=15,37

откуда

Количество кварцевого песка:

с глиной: 0,597· 30=17,9

с каолином:0,493· 29,44=14,51

с полевым шпатом:0,68· 25,46=17,31

Дополнительно остается ввести SiO2:

63,06-(17,9+14,51+17,31)=13,34 вес.ч.

Для 13,34 вес.ч. SiO2 необходимо следующее количество песка:

Шихтовой состав массы

Таблица 1

2. Расчет молекулярного, рационального состава сырьевых материалов и масс.

Определяем молекулярные коэффициенты по заданному содержанию оксидов. Процентное содержание оксидов:

в глине (30 вес.ч.):

SiO2:17,9 вес.ч.

0,9% - 0,1 498 мол.

17,0% - 0,2829 мол.

17,9% - 0,2979 мол.

Al2O3:7,5 вес.ч.

0,5% - 0,0049 мол.

7,0% - 0,0687 мол.

7,5% - 0,0736 мол.

К2О+Na2O:0,258 вес.ч.

(0,0065+0,0021)· 30=0,258

К2О:0,195 вес.ч.

0,005% - 0,531 мол.

0,09% - 0,956 мол.

0,1% - 0,106 мол.

0,195% - 0,0021 мол.

Na2O:0,063 вес.ч.

0,003% - 0,484 мол.

0,06% - 0,968 мол.

0,063% - 0,001 мол.

с каолином (13 вес.ч.):

SiO2:6,4 вес.ч.

0,4% - 0,666 мол.

6,0% - 0,0999 мол.

6,4% - 0,1066 мол.

Al2O3:4,81вес.ч.

0,01% - 0,98 мол.

0,8% - 0,785 мол.

4,0% - 0,0392 мол.

4,81% - 0,0471 мол.

К2О+Na2O:0,05 вес.ч.

(0,003+0,0008)· 13=0,05

К2О:0,039 вес.ч.

0,009% - 0,956 мол.

0,03% - 0,319 мол.

0,039% - 0,0004 мол.

Na2O:0,01 вес.ч.

0,01% - 0,161 мол.

0,01% - 0,0002 мол.

с кварцем (31 вес.ч.):

SiO2:21,08 вес.ч.

0,08% - 0,1 331 мол.

21,0% - 0,3495 мол.

21,08% - 0,3508 мол.

Al2O3:5,74 вес.ч.

0,04% - 0,392 мол.

0,7% - 0,687 мол.

5,0% - 0,049 мол.

5,74% - 0,0563 мол.

с полевым шпатом (26 вес.ч.):

SiO2:17,68 вес.ч.

0,08% - 0,1 331 мол.

0,6% - 0,999 мол.

17,0% - 0,2829 мол.

17,68% - 0,2942 мол.

Al2O3:4,82 вес.ч.

0,02% - 0,196 мол.

0,8% - 0,785 мол.

4,0% - 0,0392 мол.

4,82% - 0,0472 мол.

К2О+Na2O:3,14 вес.ч.

(0,0322+0,0887)· 26=3,14

К2О:0,837 вес.ч.

0,007% - 0,743 мол.

0,03% - 0,319 мол.

0,8% - 0,849 мол.

0,837% - 0,0009 мол.

Na2O:2,306 вес.ч.

0,006% - 0,968 мол.

0,3% - 0,464 мол.

2,0% - 0,0323 мол.

2,306% - 0,0002 мол.

Определение рационального состава сырья.

Химический состав сырьевых материалов:

Глина (в %): SiO2 — 17,9; Al2O3 — 7,5; К2О — 0,195; Na2O — 0,063.

Каолин (в %): SiO2 — 6,4; Al2O3 — 4,81; К2О — 0,039; Na2O — 0,01.

Полевой шпат (в %): SiO2 — 17,68; Al2O3 — 4,82; К2О — 0,837; Na2O — 2,306.

Кварц (в %): SiO2 — 21,08; Al2O3 — 5,74.

Решение:

Количество ортоклаза:

в 100 в.ч. глины:

в 100 в.ч. каолина:

в 100 в.ч. полевого шпата:

Количество альбита:

в 100 в.ч. глины:

в 100 в.ч. каолина:

в 100 в.ч. полевого шпата:

Количество Al2O3 и SiO2:

в глине:

Al2O3 в ортоклазе:

Al2O3 в альбите:

SiO2 в ортоклазе:

SiO2 в альбите:

в каолине:

Al2O3 в ортоклазе:

Al2O3 в альбите:

SiO2 в ортоклазе:

SiO2 в альбите:

в полевом шпате:

Al2O3 в ортоклазе:

Al2O3 в альбите:

SiO2 в ортоклазе:

SiO2 в альбите:

В каолините связано Al2O3:

в глине: 7,5−0,314=7,186 В.ч.

в каолине:4,81−0,059=4,75 В.ч.

в полевом шпате:4,82−4,702=0,118 В.ч.

вкварце:5,74 В.ч.

Количество каолинита:

в глине:

с этим количеством связано SiO2:

в каолине:

с этим количеством связано SiO2:

в полевом шпате:

с этим количеством связано SiO2:

в кварце:

с этим количеством связано SiO2:

Несвязанный кремнезем:

63,06-(0,747+0,364+0,149+0,058+3,205+12,619+8,14+5,38+0,133+6,5)=25,765

Рациональный состав:

Глинистого вещества: в глине — 18,18

в каолине — 12,01

в полевом шпате — 0,298

в кварце — 14,52

У — 45,01 В.ч.

Ортоклаза: в глине — 1,153

в каолине — 0,23

в полевом шпате — 4,95

У — 6,333 В.ч.

Альбита: в глине — 0,53

в каолине — 0,085

в полевом шпате — 19,49

У — 20,105 В.ч.

Кварца: 25,765 в.ч.

3. Расчет шихтового состава массы при расчетной или полной замене одного из сырьевых материалов.

Количество оксидов, вводимых с сырьевыми материалами в шихту эталонной массы.

Таблица 2

Пользуясь данными, рассчитываем новый рецепт массы. Начинаем с расчета необходимого количества канского пегматита, с которым требуется ввести 3,81% R2O. Пегматита необходимо ввести:

Количество оксидов, которые будут введены в массу с пегматитом:

SiO2:

Al2O3:

Fe2O3:

CaO:

MgO:

R2O:

п.п.п.:

Глинистые материалы рассчитывают по содержанию в них Al2O3. Для фарфора отношение каолина к глине (по Al2O3) равно примерно 2:1.

В эталонной массе содержится 25,24 В.ч. Al2O3, с канским пегматитом введено 5,07 вес.ч., следовательно, с новыми глинистыми материалами необходимо ввести 25,24−5,07=20,17 вес.ч. Al2O3, или с каолином 13.45 вес.ч. и с глиной 6.72 вес.ч. Al2O3, исходя из соотношения их в массе, равном 2:1.

Определяем необходимое количество каолина в массе:

Количество оксидов, которые будут введены в массу с каолином:

SiO2:

Al2O3:

Fe2O3:

CaO:

MgO:

R2O:

п.п.п.:

Содержание глины в массе составит:

Количество оксидов, которые будут введены в массу с глиной:

SiO2:

Al2O3:

Fe2O3:

CaO:

MgO:

R2O:

п.п.п.:

Количество SiO2, которое надо ввести с кварцевыми отходами, определяется по разности содержания SiO2 в эталонной и вводимого с пегматитом, каолином и глиной:

69,61-(16,7+18,13+9,78)=25вес.ч.

Количество оксидов, которые будут введены в массу с кварцевыми отходами:

Al2O3:

Fe2O3:

CaO:

п.п.п.:

Результаты расчетов даны в таблице 3.

Таблица 3 — Количество оксидов, вводимых с сырьевыми материалами в шихту новой массы

Для того, чтобы сохранить в массе заданное содержание щелочей, можно уменьшить содержание в ней пегматита. Количество его определяют по разности щелочей в расчетной и эталонной массе. Эта разность составляет 4,56−3,81=0,75 вес.ч. щелочей.

пегматита Количество выведенных из массы оксидов:

SiO2:

Al2O3:

Fe2O3:

CaO:

R2O:

Выведение из состава массы 5,06 вес.ч. пегматита уменьшает в ней содержание Al2O3 против эталонной массы на 25,24-(25,48−1,0)=0,76 вес.ч. По количеству недостающего глинозема определяют дополнительное количество каолина, каолина Вместе с каолином вводят (вес.ч.):

SiO2:

Al2O3:

Fe2O3:

R2O:

Данные сведены в таблицу 4.

Таблица 4 — Уточненный химический состав массы

Недостачу SiO2 компенсируют дополнительным вводом кварцевых отходов (69,61−66,94=2,67).

Таблица 5 — Шихтовой состав массы

4. Расчет шихтового состава массы по формуле Зегера.

Дана следующая молекулярная формула: SiO2 — 1.0495; Na2O — 0.0014; К2О — 0.0034; Al2O3 — 0.2242.

Находим процентное содержание оксидов по молекулярной формуле:

SiO2:

Al2O3:

Na 2O:

К2О:

Сумма весовых частей — 86.25.

Вычисляем содержание оксидов в %:

SiO2:

Al2O3:

Na 2O:

К2О:

Определяем шихтовой состав массы.

Исходя из керамических (формовочных) свойств сырья принимают количество пластичной глины в массе равным 30%. Зная химический состав сырьевых материалов с глиной будут введены оксиды в количестве (в вес.ч.):

SiO2: 0.597· 30=17,9

Al2O3:0,25· 30=7,5

К2О+Na2O: 0,0086· 30=0,258

С другими материалами следующее количество оксидов:

SiO2: 73.01−17,9=55.11

Al2O3:26.52−7,5=19.02

К2О+Na2O: 0,47−0,258=0.212

Для определения в массе содержания каолина и полевого шпата составляют систему уравнений с двумя неизвестными, где х — количество каолина, которое необходимо ввести в массу, а у — количество полевого шпата:

х· 0,0038+у·0,1209=0,212

х· 0,3702+у·0,1852=19.02

откуда

Количество кварцевого песка:

с глиной: 0,597· 30=17,9

с каолином:0,493· 51.34=25.31

с полевым шпатом:0,68· 0.14=0.095

Дополнительно остается ввести SiO2:

73.01-(17,9+25.31+0,095)=29.71 вес.ч.

Для 29.71 вес.ч. SiO2 необходимо следующее количество песка:

Шихтовой состав массы Таблица 6

5. Расчет шихтового состава массы по ее химическому составу.

Химический состав массы (в вес%): SiO2 — 63.06; Fe2O3 — 0.759; CaO — 0.235; Na2O — 2.379; К2О — 1.071; Al2O3 — 22.87; MgO — 0.219; п.п.п. — 5.006.

Теоретический состав исходных материалов.

Таблица 7 — Характеристика исходных материалов

Определяем содержание полевого шпата:

Количество полевого шпата: 6.33+20.11=26.44 вес.ч.

Количество глинозема и кремнезема, введенных с полевым шпатом:

Al2O3

SiO2

Определяем содержание каолина:

с каолином введено 22.87−2,49=20.38 вес.ч. Al2O3

каолина Количество кремнезема вводимого с каолином:

SiO2

Количество несвязанного кварца:

63.06-(8,82+24.02)=30.22 вес.ч. кварца.

Поскольку небольшие количества оксидов Fe2O3, CaO, MgO являются постоянными примесями глинисты материалов:

51.6+0,759+0,235+0,219=52.81 вес.ч. каолина.

Шихтовой состав массы шихтовый сырьевой масса состав Таблица 8