螺旋擠出機(jī)是燒結(jié)磚瓦塑性擠出成型最主要的設(shè)備。螺旋擠出機(jī)可以將沒(méi)有定形的松散泥料,擠壓成致密的、具有一定斷面形狀的連續(xù)泥條。接著用切條機(jī)將泥條切割成泥段,再用切坯機(jī)將泥段切割成單塊的坯體,從而完成了成型作業(yè)。
(1)普通螺旋擠出機(jī)成型
將經(jīng)過(guò)加工處理(粉碎、濕化、混合)的泥料加入螺旋擠出機(jī)受料斗,由于打泥板或壓泥輥的作用,使泥料進(jìn)入擠出機(jī)泥缸中,被旋轉(zhuǎn)著的螺旋絞刀推動(dòng)前進(jìn),并受螺旋絞刀的壓力作用和稍許拌和,使泥料通過(guò)機(jī)頭時(shí)被擠壓密實(shí),而由機(jī)口擠出成為符合規(guī)定尺寸和形狀的連續(xù)的泥條。泥條由專(zhuān)門(mén)設(shè)備切割成一定長(zhǎng)度,最后由切割機(jī)械切成單塊坯體。為了減少泥料與機(jī)口四壁之間的摩擦力,機(jī)口的四個(gè)角與四壁要鑲上薄鐵皮制作的鱗片,注入清水或油使其產(chǎn)生潤(rùn)滑作用(亦有不用潤(rùn)滑劑的干擠出)。機(jī)口的尺寸與形狀要適應(yīng)泥料的性質(zhì),使其除符合所需斷面尺寸外,還要考慮干燥、焙燒的收縮率。
螺旋擠出機(jī)的生產(chǎn)能力,受泥缸的尺寸所制約,在其它條件相同時(shí),擠出機(jī)的泥缸直徑越大,生產(chǎn)能力越高。因此經(jīng)常是以泥缸內(nèi)徑來(lái)表示擠出機(jī)的規(guī)格。除了內(nèi)徑之外,泥缸的形狀對(duì)生產(chǎn)能力和動(dòng)力消耗也有直接關(guān)系。泥缸形狀,有圓柱形和圓錐形。圓錐形泥缸泥料進(jìn)入端的直徑大于輸出端,造成阻力增大,產(chǎn)量降低;另外泥料在向前推進(jìn)時(shí)由于受到較大的阻力,極易造成一部分泥料沿著螺旋絞刀與泥缸襯套的間隙向后返泥。圓柱形泥缸,泥料的壓密靠螺旋絞刀的變螺距來(lái)完成。它的優(yōu)點(diǎn)是:泥料在其中向前移動(dòng)時(shí)動(dòng)力消耗較小;較圓錐形泥缸生產(chǎn)能力高。
為了防止泥缸因受所擠壓的泥料的摩擦而迅速磨損,將泥缸內(nèi)壁襯上一個(gè)可拆卸的金屬襯套,并將襯套制做成帶有溝槽的,以防止在螺旋絞刀旋轉(zhuǎn)時(shí)泥料隨之旋轉(zhuǎn)。
最普通的襯套有方格或餅干型,還有直槽或螺旋槽型以及楔槽型等。
方格襯套是最常用的一種類(lèi)型,它可將土攔在方格中,使方格中的泥料與絞刀上的泥料間產(chǎn)生足夠的摩擦力而向前運(yùn)動(dòng)。方格襯套最適用于粘附力不太強(qiáng)的泥料。直槽或螺旋槽襯套更適合于粘附力較強(qiáng)的泥料。
為了安裝和拆卸方便,可將泥缸做成水平或垂直分開(kāi)的兩半。水平分開(kāi)的泥缸,可用螺栓連接;垂直分開(kāi)的泥缸,可用絞鏈懸在受料斗的機(jī)座上。
螺旋絞刀的主要功能是輸送并且加壓于泥料。絞刀的結(jié)構(gòu)決定了絞刀的效率以及生產(chǎn)單位產(chǎn)品的動(dòng)力消耗。絞刀的螺距、螺旋導(dǎo)角、絞刀外徑及絞刀軸直徑是最重要的技術(shù)參數(shù)。一般采用等螺距絞刀和變螺距絞刀兩種形式。等螺距絞刀受料部分,輸送部分和擠壓部分各段的螺距均相等。決定等螺距絞刀效率的主要因素是絞刀的螺旋導(dǎo)角。經(jīng)驗(yàn)表明,螺旋導(dǎo)角平均為23°左右時(shí),能獲得最大擠出速度和最大擠出效率。螺旋導(dǎo)角平均為23°左右的等螺距絞刀,其螺距與絞刀外徑相等是經(jīng)常采用的結(jié)構(gòu)形式。變螺距絞刀的螺距自受料部分逐步減小,即每經(jīng)過(guò)絞刀的一個(gè)螺距,泥料的體積都會(huì)減小。變螺距絞刀是一種逐級(jí)加壓絞刀。變螺距絞刀比等螺距絞刀有更高的效率。
絞刀轉(zhuǎn)速影響制品的質(zhì)量和產(chǎn)量。擠出機(jī)擠出速度既是絞刀轉(zhuǎn)速的函數(shù),又是泥料含水率的函數(shù)。在某一特定的含水率下,都有一相應(yīng)的最佳絞刀轉(zhuǎn)速,使其能獲得最大的擠出產(chǎn)量。適應(yīng)某種特定泥料的最佳轉(zhuǎn)速只有靠試驗(yàn)來(lái)確定。最常用的絞刀轉(zhuǎn)速是20~35r/min?,F(xiàn)代化的擠出機(jī)常有多種轉(zhuǎn)速,以適應(yīng)多用途和高效率的要求。
機(jī)頭是擠出機(jī)泥缸與機(jī)口之間的連接部分,它的作用在于最終使泥料緊密,調(diào)整泥料的運(yùn)動(dòng)速度,改變泥料橫斷面的大小及形狀,以及將泥料均勻地供給機(jī)口。
為了達(dá)到泥料的緊密和橫斷面的均勻變化,以及盡可能均勻地把泥料供給機(jī)口,機(jī)頭應(yīng)當(dāng)具有適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度。機(jī)頭的長(zhǎng)短,根據(jù)泥料的性質(zhì)和加工潤(rùn)濕程度來(lái)確定。加工處理均勻的、塑性較高的泥料比含水分少、塑性較低的泥料容易改變形狀。故塑性較高的泥料擠出時(shí)機(jī)頭可適當(dāng)短些。一般機(jī)頭長(zhǎng)度應(yīng)為機(jī)頭最大寬度的1.5~2倍,通常為120~250mm。
泥料在機(jī)頭內(nèi)的緊密程度,還與機(jī)頭的斷面積由泥缸向機(jī)口逐漸縮小程度有直接關(guān)系。為了使擠出機(jī)能量消耗低,生產(chǎn)效率高,泥條質(zhì)量好,還應(yīng)合理選擇機(jī)頭斷面積縮小的比值(即泥缸和機(jī)口有效斷面積之比),即壓縮系數(shù)一般為1.5~2。壓縮系數(shù)過(guò)高,電能消耗增高,但泥料的質(zhì)量和密實(shí)度卻得不到改善,相反,還會(huì)因擠出機(jī)機(jī)頭內(nèi)泥料的過(guò)度壓縮,引起泥料發(fā)熱而降低泥條質(zhì)量。
機(jī)頭同絞刀的相對(duì)位置,影響泥條橫斷面擠出速度的平衡。當(dāng)機(jī)頭靠近絞刀時(shí),泥流邊部比中心部位擠出得要快。
機(jī)口(又稱(chēng)出口)是使擠出的泥料形成所需要的斷面尺寸,并具有一定緊密程度的泥條的最后工序。
機(jī)口尺寸的選擇(長(zhǎng)度及內(nèi)表面的錐度)隨泥料性質(zhì),成型水分,加工均勻程度及成型擠壓力而異。當(dāng)機(jī)口長(zhǎng)度為100~250mm,錐度一般為4~8%,效果較好。如果錐度過(guò)大,泥條在擠出時(shí)會(huì)受到很大的摩擦力而形成棱角上的鋸齒形裂口。
塑性較高的原料成型時(shí),機(jī)口可短些,在保證泥條緊密和表面光滑的前提下,采取最短的機(jī)口和最小的錐度,以便盡量減少泥料和機(jī)口壁的摩擦,從而提高擠出機(jī)的生產(chǎn)效率。
為了減少摩擦阻力并使泥條具有光滑的表面,可以通過(guò)水或油潤(rùn)滑機(jī)口內(nèi)壁。應(yīng)著重說(shuō)明的是,有的磚廠(chǎng)用油機(jī)口取代水機(jī)口后,收到較好的效果:(1)切坯時(shí),不需要再在切坯臺(tái)上抹油了;(2)由于油的流動(dòng)性能比水差,故用油量很少,萬(wàn)塊磚坯耗油僅1kg左右;(3)用油機(jī)口后,機(jī)口內(nèi)襯鐵皮的使用壽命明顯延長(zhǎng)了;(4)用油機(jī)口擠出的泥條比用水機(jī)口光潔得多,質(zhì)量明顯有所提高。也可用熱水、蒸汽進(jìn)行潤(rùn)滑。與冷水相比,熱水的潤(rùn)滑效果更好。在條件允許的情況下,亦可采用無(wú)潤(rùn)滑劑的干擠出。
機(jī)口外口的尺寸,決定著產(chǎn)品的規(guī)格,因此要考慮到濕坯在干燥和焙燒過(guò)程中的收縮。機(jī)口的外口尺寸應(yīng)等于成品尺寸和收縮尺寸的總和。為消除因泥條滑行、切坯及運(yùn)輸震動(dòng)產(chǎn)生的大底現(xiàn)象,外口底邊長(zhǎng)度應(yīng)比上邊短1~3mm。機(jī)口可用鑄鐵或硬質(zhì)木料制成。
(2)真空螺旋擠出機(jī)成型
用普通擠出機(jī)制成的磚坯,由于泥料內(nèi)部所含的空氣和加工過(guò)程中進(jìn)入的空氣,被擠壓在泥條內(nèi),會(huì)造成坯體分層和裂紋等缺陷,降低產(chǎn)品質(zhì)量。
真空螺旋擠出機(jī)的特點(diǎn)是能將泥料中的空氣在擠壓過(guò)程中大部分排出。經(jīng)真空處理的泥料,增加了泥料顆粒間的接觸面積,提高了其結(jié)合性和可塑性,改善了泥料的成型性能。真空擠出機(jī)擠出的泥條密度較大,其成品也具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。
真空擠出機(jī)設(shè)有專(zhuān)用的真空室和真空泵。常用的有帶柵隔板的(單級(jí))真空擠泥機(jī)和帶有攪拌機(jī)的(雙級(jí))組合真空擠泥機(jī)兩種。
單級(jí)式真空擠出機(jī)和普通擠出機(jī)不同的是有一個(gè)比較長(zhǎng)的泥缸,在泥缸的中部,被帶有孔的柵隔板分成兩部分,形成了柵隔板旁邊的真空室。當(dāng)泥料由于擠壓通過(guò)柵隔板時(shí),被分成許多單獨(dú)的細(xì)泥條,為加速空氣的排除提供了條件。泥料中的空氣通過(guò)真空室內(nèi)由真空泵排除。
真空室內(nèi)泥料的下層不易排盡空氣,而且泥料通過(guò)柵隔板后很快被絞刀推向機(jī)頭,以至在真空室內(nèi)停留時(shí)間很短,造成抽氣不均勻和真空度不高的缺陷。另外,該真空擠出成型對(duì)泥料的要求較嚴(yán)格,如果黏土中含有石塊、植物根等雜物,在生產(chǎn)過(guò)程中往往發(fā)生柵隔板堵塞,造成停機(jī)清理而影響生產(chǎn)。
普通螺旋擠泥機(jī)的上方設(shè)置一臺(tái)攪拌機(jī),其間由真空室連接,就構(gòu)成雙級(jí)真空擠出機(jī)。
(3)雙級(jí)真空擠出機(jī)的工作原理
雙級(jí)真空擠出機(jī)的工作過(guò)程:泥料進(jìn)入加料口后,首先受到單軸攪拌機(jī)的攪泥刀的破碎、揉練、混合并在錐形泥缸內(nèi)受到擠壓。由于缸筒是錐形的,泥料流通面積逐漸減少,起到密封真空室的作用。泥料被推進(jìn)真空室時(shí),切割成泥條或泥片并靠自重落到室底。此時(shí),泥料夾雜的和吸附的氣體被真空泵吸出排走。經(jīng)脫氣后的松解泥料又靠螺旋的作用,被推向前端并逐漸加壓。最后在擠壓螺旋的強(qiáng)力推動(dòng)下,泥料被擠向機(jī)頭,經(jīng)機(jī)口擠出。
擠出機(jī)處理的泥料既不是剛性體,也不是液體,而是微小固體物料顆?;旌衔锖鸵欢ǖ乃ㄓ袝r(shí)還有一點(diǎn)添加料)所組成的彈塑性體。它的主要固體特征是可塑性,有一定的形狀和體積;它的主要液體特征是有一定的體積,但抵抗變形的能力低,幾乎近于有流動(dòng)性。泥料在螺旋擠出機(jī)內(nèi)受到破碎、剪切、混合、輸送和擠壓作用,所有這些作用均與泥料的流動(dòng)有關(guān)。