Расчеты керамических масс

Размещено на http://www.allbest.ru/

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

Материал	Содержание в
	вес.ч.	в процентах
Глина	30	30,37
Каолин	29,44	29,81
Полевой шпат	25,46	25,77
Кварцевый песок	13,88	14,05
Всего	98,78	100,0

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 % - 0,01498 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 % - 0,0000531 мол.

0,09 % - 0,000956 мол.

0,1 % - 0,00106 мол.

0,195 % - 0,0021 мол.

Na2O:0,063 вес.ч.

0,003 % - 0,0000484 мол.

0,06 % - 0,000968 мол.

0,063 % - 0,001 мол.

с каолином (13 вес.ч.):

SiO2:6,4 вес.ч.

0,4 % - 0,00666 мол.

6,0 % - 0,0999 мол.

6,4 % - 0,1066 мол.

Al2O3:4,81вес.ч.

0,01 % - 0,000098 мол.

0,8 % - 0,00785 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 % - 0,0000956 мол.

0,03 % - 0,000319 мол.

0,039 % - 0,0004 мол.

Na2O:0,01 вес.ч.

0,01 % - 0,000161 мол.

0,01 % - 0,0002 мол.

с кварцем (31 вес.ч.):

SiO2:21,08 вес.ч.

0,08 % - 0,001331 мол.

21,0 % - 0,3495 мол.

21,08 % - 0,3508 мол.

Al2O3:5,74 вес.ч.

0,04 % - 0,000392 мол.

0,7 % - 0,00687 мол.

5,0 % - 0,049 мол.

5,74 % - 0,0563 мол.

с полевым шпатом( 26 вес.ч.):

SiO2:17,68 вес.ч.

0,08 % - 0,001331 мол.

0,6 % - 0,00999 мол.

17,0 % - 0,2829 мол.

17,68 % - 0,2942 мол.

Al2O3:4,82 вес.ч.

0,02 % - 0,000196 мол.

0,8 % - 0,00785 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 % - 0,0000743 мол.

0,03 % - 0,000319 мол.

0,8 % - 0,00849 мол.

0,837 % - 0,0009 мол.

Na2O:2,306 вес.ч.

0,006 % - 0,0000968 мол.

0,3 % - 0,00464 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=7,186в.ч.

в каолине:4,81-0,059=4,75в.ч.

в полевом шпате:4,82-4,702=0,118в.ч.

вкварце:5,74в.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 - 45,01в.ч.

Ортоклаза: в глине - 1,153

в каолине - 0,23

в полевом шпате - 4,95

У - 6,333в.ч.

Альбита: в глине - 0,53

в каолине - 0,085

в полевом шпате - 19,49

У - 20,105в.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

Показатели	Содержание, в вес.ч.
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	R2O	п.п.п.
Глина	17,9	7,5	0,633	0,102	0,114	0,258	3,144
Каолин	6,4	4,81	0,068	0,073	0,017	0,05	1,563
Кварцевый песок	21,08	5,74	0,016	-	-	-	0,161
Полевой шпат	17,68	4,82	0,042	0,06	0,088	3,14	0,138
Итого на непрокаленную массу	63,06	22,87	0,76	0,24	0,22	3,45	5,01
Итого в пересчете на:
100 вес.ч.	65,96	23,92	0,79	0,25	0,23	3,61	5,24
прокаленную массу	69,61	25,24	0,84	0,26	0,24	3,81	-

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 25,24в.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

Показатели	Содержание, в вес.ч.
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	R2O	п.п.п.
Глина кравальбалайская	9,78	6,72	0,1	0,07	0,05	0,27	2,26
Каолин краваль-балайский	18,13	13,45	0,18	0,08	0,07	0,5	4,72
Кварцевые отходы кравальбалайские	25	0,4	0,03	0,04	-	-	0,04
Пегматит канский	16,7	5,07	0,05	0,08	0,016	3,82	0,04
Итого на непрокаленную массу	69,61	25,64	0,36	0,27	0,14	4,59	7,06
Итого в пересчете на:
100 вес.ч.	64,65	23,81	0,34	0,25	0,13	4,26	6,56
прокаленную массу	69,19	25,48	0,36	0,27	0,14	4,56	-

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

Показатели	Содержание, в вес.ч.
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	R2O
Состав:
расчетной массы	69,19	25,48	0,34	0,25	0,13	4,26
избыточного пегматита	3,28	1,0	0,01	0,02	-	0,75
расчетной массы без избыточного пегматита	65,91	24,48	0,33	0,23	0,13	3,51
дополнительно введенного каолина	1,03	0,76	0,01	-	-	0,03
Итого, состав массы с дополнительным введением каолина	66,94	25,24	0,34	0,23	0,13	3,54

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

Таблица 5 - Шихтовой состав массы

Материал	Содержание в
	вес.ч.	в процентах
Глина краваль-балайская	19,24	17,92
Каолин краваль-балайский	39,22	36,53
Пегматит канский	20,72	19,3
Кварцевые отходы	28,18	26,25
Всего	107,36	100,0

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

Материал	Содержание в
	вес.ч.	в процентах
Глина	30	26,69
Каолин	51.34	45.68
Полевой шпат	0,14	0.12
Кварцевый песок	30.91	27.51
Всего	112.39	100,0

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

Материал	Формула	Молекулярный вес	Состав в вес.ч.
			К2О	Na2O	Al2O3	SiO2	Н2О
Полевой шпат	К2О· Al2O3·6SiO2	556,7	94,2	-	101,96	360,54	-
	Na2O · Al2O3·6SiO2	524	-	62	101,96	360,54	-
Каолин	Al2O3·2SiO2·2 Н2О	258,13	-	-	101,96	120,18	36
Кварц	SiO2	60,09	-	-	--	60,09	-

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

Материал	Содержание в
	вес.ч.	в процентах
Каолин	52.81	48.24
Полевой шпат	26.44	24.15
Кварцевый песок	30.22	27.61
Всего	109.47	100,0

Размещено на Allbest.ru