Керамические материалы. Тажибаева. Учебное пособие керамические материалы
 Скачать 3.55 Mb.
|
|
Вода Электролиты кальцинированная сода, жидкое стекло Огнеупорная глина, каолин Плит.бой, мел Грубое измельчение (дезинтеграторы, вальцы) Грубое измельчение (щековая, молотковая дробилка) Электромагнитная очистка Просев (грохоты) Кварцевый песок Просев (сита) Дозирование (автом. дозаторы) Тонкий помол (шаровая мельница) Процеживание (вибросито) Электромагнитная сепарация (магниты) Тонкий помол (шаровая мельница) Хранение (мешалки) Обезвоживание шликера (башенная распылительная сушилка) Просев (сита) Вылеживание (бункер) Прессование (пресс) Сушка (роликовая сушилка) Утельный обжиг (туннельная печь) Сортировка, глазурование Политой обжиг Сортировка, упаковка, складирование Глазурь 65 Газ подводится к горелкам по кольцевому коллектору. Подачу газа к каждой горелке регулируют пробковыми кранами. Кроме того, на кольцевом коллекторе установлен газовый кран, с помощью которого автоматически поддерживается температурный режим вбашне сушилки. Для распыления шликера в пределах конусной части днища суши лк и от шликерного коллектора сделаны отводы внутрь сушильной камеры. Отводы заканчиваются резьбой, на которую навернуты форсунки распыления шликера внутри камеры с диаметром сопла 1,5 – 2,1 мм. Форсунки направлены вертикально вверх. Шликер подается в форсунки под давлением 1 – 1 , 2 МПа. Факелы распыла шликера по диаметру и высоте меньше диаметра и высоты сушилки, что исключает попадание шликера на стенки и крышку сушили и налипание шликера па них [5]. Продукты сгорания газа попадают в сушильную камеру из т у н - нельных насадок горелок и равномерно обогревают все рабочее пространство сушилки. Суспензия выбрасывается через форсунки вверх с влажностью 40 – 50%, а затем, падая вниз, в среду с температурой 300 – 400ºС, высушивается, превращаясь в зерна крупностью до 1 – 1,5 мм и влажностью до 7%. Капельки шликера, вылетая из форсунок и попадая в нагретое рабочее пространство, быстро отдают влагу и в виде шариков оседают в коническую часть днища и через секторный затвор высыпаются на ленточный конвейер. один из трех или все три вибратора, смонтированных снаружи конического днища. В конусном днище ниже форсунок установлен вытяжной зонт с патрубком для удаления из сушилки отработанных газов и испаренной влаги. Вытяжной патрубок подсоединен к малогабаритному циклопу-промывателю, который в свою очередь подключен к центробежному вентилятору. Для наблюдения за работой горелок и форсунок в стенах сушильной камеры сделаны два люка со смотровыми окнами и устройство для освещения рабочего пространства сушилки. Сушилка оборудована системой автоматического регулирования, обеспечивающей стабильность работы сушилки и выдачу готового пресс- порошка заданной влажности. Полученный в распылительной сушилке порошок обладает большой текучестью, что облегчает его передачу самотеком, с помощью течек. Порошок из распылительной сушилки имеет стабильный гранулометрический состав и равномерную влажность. При этом уменьшается такой дефект, как слоистость. Далее обезвоженный шликер подвергается просеву и электроочистке. Затем порошок вылеживается в бункерах не менее 8 ч, в противном случае затрудняется прессование: появляются срывы на лицевой поверхности (для устранения этого дефекта хромируют верхний пуансон пресса, а пресс- формы подогревают до 50 – 60ºС). После перемешивания порошок отправляют на прессование. 66 Плитки прессуются на прессах. За каждое прессование прессуется две плитки, пресс делает14 – 15 ударов в минуту. Плитки прессуются в два приема с паузой для удаления воздуха из массы. Первичное давление при Прессовании 3,5 – 4,5 МПа, вторичное 10 – 12 МПа (по манометру пресса). Механическая прочность отпрессованной плитки на изгиб должна быть не менее 0,6 МПа. Отпрессованные плитки из пресса по две поступают на тексронпый конвейер, на котором щетками очищается лицевая поверхностьплиток. Дальше, на ленточном конвейере, отправочным устройством с плитки снимаются заусеницы. Затем плитка направляется на приемно- распределительное устройство, на котором при помощи автострелок два потока плиток разделяются на шесть. Затем оправочным устройством снимаются заусенцы с двух других сторон плиток и лицевая поверхность обдувается воздухом [6]. По роликовому конвейеру или втулочно-роликовым цепям плитки поступают в сушилку. Сушилка отапливается микрофакельными инжекционными горелками. Температура сушки 200 – 280° С. Скорость движения плиток по сушилке – 1,3 м/мин, время; прохождения от пресса до обжига 9 –10 мин. Остаточная влажность, плиток после сушки менее 0,5%. Высушенные плитки поступают на роликовый конвейер щелевой (печи для утельного обжига. После обжига плитки охлаждаются до 40 – 60° С в душирующих коробах и поступают в глазуровочную машину. Глазурь наносится методом распыления или полива. Расход глазури на плитку 8 – 12г. При глазуровании распылением плитки двигаются шестью потоками и также поступают во вторую щелевую роликовую печь на политой обжиг. При производстве декорированных плиток на участке прохождения плиток в один поток на конвейере включаются устройстве для нанесения цветных глазурей или рисунка. Число таких устройств 4 – 8 па одном потоке. Рисунки наносятся методом сериографин (печати через трафаретную сетку), накатки рифленым валиком и другими способами. Составные части глазурной фритты измельчают и перемешивают. Фритту варят во вращающихся печах периодического действия [5]. Фриттоварочная вращающаяся печь периодического действия представляет собой металлический барабан 1, футерованный огнеупорным высокоглиноземистым кирпичом. Барабан периодически (через 8 – 12 мин) вращается на опорных роликах 2 и 3 на 90 – 120°. Привод) включается автоматически с использованием реле времени. В торцовых частях барабана сделаны отверстия, через одно из них подается горящая газовая смесь из горелки, а с противоположной стороны отбираются дымовые газы. На рисунке 30 представлена схема приготовления глазури. 67 Рисунок 30 – Технологическая схема приготовления глазури Просев, грохочение Просев, грохочение Дозирование Варка фритты (фриттоварочная вращающаяся печь периодического действия) Дозирование Просев, грохочение Дозирование Просев, грохочение Дозирование Грануляция (охлаждение в воде) Фильтрация (сита) Помол (шаровая мельница) Вода Глинозем Готовая глазурь Просев, грохочение Дозирование Просев, грохочение Дозирование Просев, грохочение Дозирование Просев, грохочение Кварц. Песок Крист. Бура Циркон Мел Помол (шаровая мельница) Помол (шар. мельница) Измельчение (щек. дробилка) Помол (шаровая мельница) Помол (шаровая мельница) Борная кислота Окись цинка Кальц. сода Угл.Ва и Sr Помол (шаровая мельница) Помол (шаровая мельница) Помол (шаровая мельница) Помол (шаровая мельница) Дозирование 68 Перед загрузкой шихты печь нагревают до 700 – 800°С. Порцию шихты (500 – 600 кг) загружают через боковой люк кюбелем. Затем включают горелку и доводят температуру печи до 1300 – 1500° С. Фритту варят 6 – 8 ч в зависимости от состава. Готовая фритта через боковой люк по охлаждаемому водой лотку сливается в холодную воду для грануляции. Хорошо сваренная фритта должна быть прозрачной без видимого непровара (нитка стекла должна тянуться без узелков). Недостаток вращающихся печей периодического действия – их невысокая производительность и значительный расход топлива. Полученная гранулированная фритта вместе с добавками измельчается с водой в шаровой мельнице тонкого помола и в пиле глазурного шликера подается для глазурования изделий. Нанесение глазури. Глазурь наносят на изделие распылением. При глазуровании изделий распылением глазурную суспензию наносят сжатым воздухом через форсунки или с помощью дисковых центробежных распылителей [6]. С помощью форсунок изделия глазуруют в камерах, находящихся под разрежением. Камеры устанавливают в разрывах транспортных конвейеров, на которых перемещаются изделия. При этом форсунки совершают в камере возвратно-поступательное движение, перпендикулярно направлению движения изделии или круговое и покрывают изделие тонким слоем глазури. Падающие мимо изделий, капельки глазури улавливаются в нижней части камеры и направляются для повторного использования, а оставшиеся в воздухе засасываются циклоном или электростатическим осадителем. Декорирование. Декорирование, т. е. нанесение на изделие ри- сунка, выполняют подглазурными, надглазурными красками, цветными глазурями, глазурями с металлическим отливом (люстрами), растворами красящих окислов. В производстве керамических плиток распространен способ сериографии. Сериография — нанесение на изделие рисунка с помощью тонкой шелковой или нейлоновой сетки, на которой фотоспособом выполнен трафарет. На станках мастика с керамическими красителями продавливается сквозь трафарет на изделие, после чего изделие обжигают для закрепления рисунка [5]. Затем, в процессе перестроения плитки проходят по влажному поролоновому конвейеру, па котором, притормаживаясь направляющим очищаются от глазури на тыльной стороне. Очищенные плитки направляются в печь политого обжига. Готовая плитка сортируется, упаковывается и отправляется на склад готовой продукции. 69 11 Технология изготовления глазурованной плитки методом литья Процесс производства глазурованной керамической плитки методом литья включает следующие операции (рисунок 31): - приготовление шликера (разделительного и основного); - литье плиток на лещадках; - подсушку; - глазурование и обжег плиток; - изготовление лещадок. Приготовление шликера. Керамические массы, предназначенные для формования изделий методом литья, называют литейными шликерами. От обычных шликеров они отличаются тем, что влажность их примерно в два раза меньше. Если влажность обычных шликеров колеблется около 60%, то у литейных она составляет от 30 до 35%. При этом подвижность и текучесть их такова, что они при заливке в форму даже сложного профиля полностью заполняют ее. Такая подвижность шликеров при сравнительно, невысокой влажности обусловливается способностью глин разжижаться под действием электролитов. В качестве электролитов используют соду, жидкое стекло, некоторые дубильные экстракты, сульфитно-спиртовую барду и другие поверхностно- активные вещества, которые, будучи введены в состав керамической массы в очень небольших количествах (десятых долях процента), разжижают ее. Готовят литейные шликеры прессовым и беспрессовым способом. Для получения шликера прессовым способом используют фильтр- прессовые прянки. С помощью коржерезки фильтр-прессовые прянки разрезают па отдельные куски, которые загружают в пропеллерную или горизонтальную мешалку, а затем заливают водой, содержащей электролиты (0,3% соды, 0,6% жидкого стекла и др.), и тщательно перемешивают до полного распускания массы в воде и превращения ее в литейный шликер влажностью 30—35%. Шликер мембранным насосом перекачивают в тихоходные мешалки, в которых его выдерживают при постоянном перемешивании ч течение 2—3 дней, после чего используют для литья изделий. Беспрессовый шликер готовят непосредственно из сырьевых материалов по следующей схеме: предварительно подготовленные и измельченные непластичные материалы после весовой дозировки подвергают тонкому помолу в шаровых мельницах (рис.2) при полном, требуемом для шликера, количестве воды. Когда необходимая тонкость помола достигнута, в мельницу вливают раствор электролитов и туда же загружают соответствующее количество предварительно измельченных на стругачах или вальцах пластичных материалов (глин и каолинов). Совместный помол всех материалов продолжают до полного суспендирования глин и каолинов, что обычно достигается в течение 1 ч. 70 Рисунок 31 – Технологическая схема производства глазурованной керамической плитки методом литья Расходный басесейн Склад Мел Бентонит Каолин глина Каолин Стеклобой Шамот Кварцевый песок Пирофосфат натрия Дозирование Шаровая мельница Вибросито Нанесение слоев на лещадку Фритта ФБ - 1 Глина веселовская или ново- райская Приемный бассейн с пропеллерной мешалкой Расходный бассейн W=78-82% Шаровая мельница в 2 приема Сито №056 Не размолотое стекло Приемный бассейн Расходный бассейн с пропеллерной мешалкой W=26-28% Шаровая мельница Сито №0,125- 0,01 Приемный бассейн Зачистное устройство Нарезка плиток Сушка 180-340 ºС Обжег 1030- 1060 ºС Полочная камера охлаждения Отделение плитки от лещадок и рассортировка Самостоятельная линия по производству лещадок Лещадка 71 Шликер процеживают через вибросито, пропускают через электромагнит и перекачивают в тихоходные мешалки, где выдерживают при медленном перемешивании подобно прессовому шликеру, после чего используют для литья изделий. Формование методом литья. Исходя из содержания воды, в формовочной массе различают следующие основные способы формовки: способ литья (содержание воды 25–34%); пластический способ (воды 16– 25%) – это свободная лепка, формование на гончарном круге, ручной оттиск в форме, формование по вращающейся гипсовой форме с помощью шаблона или ролика; полусухой способ (7–16% влажности); сухой способ (2–7% влажности). Формование основано на методе литья. Этот способ широко применяется в производстве художественных керамических изделий, что объясняется возможностью изготовления изделий самой разнообразной формы (посуда, вазы, скульптуры, сувениры и др.) и простотой процесса, не требующего сложного оборудования. Литьё керамических изделий ведётся в гипсовых формах с толщиной стенок 5–10 см (рис. 4). Гипс обладает высокой водопоглощаемостью (35%) и достаточной механической прочностью. Кроме того, гипсовая форма особенно четко и точно отражает очертания модели, которую она призвана воспроизводить. Процесс литья основан на способности пористой формы всасывать в себя воду из жидкой керамической массы с образованием на внутренней поверхности формы более плотного слоя массы толщиной до 2–10 мм. Толщина слоя отливки зависит от времени набора слоя и свойств литейного шликера (влажности, пластичности и гранулометрического состава). Шликер консистенции густых сливок заливают в гипсовую форму, причём спустя некоторое время в результате отдачи воды гипсовой форме, последняя сосредоточивает на своей внутренней поверхности частицы шликера, не способные пройти сквозь её поверхность, в результате чего происходит так называемое «насасывание черепка». При этом масса постепенно затвердевает, размеры формуемого изделия сокращаются и получаемый полуфабрикат легко отделяется от формы. Следует отметить, что изделия, отформованные литьём, отличаются рыхлостью и дают большую усушку. После каждой отливки гипсовая форма направляется на сушку. Различают два способа литья: сливной и наливной. Сливной метод применяют преимущественно для отливки тонкостенных изделий. Этот метод состоит в том, что залитый в гипсовую форму шликер выдерживают в ней некоторое время для образования на внутренней поверхности формы корки необходимой толщины, после чего избыток шликера сливают. Сливным способом можно отливать полые изделия сложной конфигурации, используя при этом разъёмные формы, а иногда приходится 72 отливать изделие по частям, нередко сочетая сливной и наливной методы формовки с последующим склеиванием этих частей, как, например, при формовке кувшинов, чайников, скульптуры и др. Наливной метод формовки применяют преимущественно для отливки толстостенных изделий. В форме при этом образуются обе поверхности изделий: внешняя и внутренняя. Шликер из формы не выливается, а постоянно по мере всасывания пополняется до верхнего уровня. Наливной способ особенно широко применяется в производстве санитарной керамики. Сушка изделий. Все отформованные изделия необходимо хорошо просушить. Сушка изделий обычно разделяется на два периода. Первый – подвялка изделий. В этом периоде сушка осуществляется до кожетвердого состояния массы. Влажность изделия в результате подвялки составляет около 18%. После подвялки во многих случаях (в зависимости от характера керамического материала) непосредственно идет оправка изделия. Второй период – окончательная сушка до влажности 2–6%. Для создания рационального режима сушки в каждом конкретном случае необходимо учесть вид керамической массы, характер отформованного изделия, его размеры, толщину, конфигурацию. Жирные пластичные глины в силу большей чувствительности к сушке легко подвержены короблению и потрескиванию. В этом случае в массу следует добавить определенное количество отощающих материалов, понижающих плотность такой массы и увеличивающих соответственно её капиллярность, что способствует облегчению диффузии влаги из внутренних слоёв массы. Электролиты, добавленные в небольшом количестве в керамическую массу при её затворении водой, способствуют улучшению сушки. В этом случае используют электролиты двух типов: силикат (Na 2 SiO 3 ) и сода (Na 2 CO 3 ). Трещины в результате сушки (сушильные трещины) появляются вследствие значительного перепада влажности внешних, а также внутренних слоёв сырца, и проявляются они в конечном периоде сушки, когда этот сырец твердеет. В толстостенных изделиях вероятность возникновения трещин большая, чем в тонкостенных, так как скорость передачи влаги с внутрилежащих слоёв к поверхности здесь может сильнее отстать от скорости испарения влаги с поверхностных слоёв. Следует отметить, что трещины образуются при сушке не только за счет напряжений, возникающих в результате перепада влажности. Они могут возникать, как следствие плохой обработки массы, когда последняя получается неоднородной и содержит комки, твердые включения и т.д. Для получения качественной сушки необходимо: достичь скорости внутренней диффузии, равной внешней, направить на сушку сырец из хорошо обработанной массы с возможно меньшим влагосодержанием, вводить отощающие добавки для снижения воздушной усадки, повышать капиллярность массы введением электролитов и отощающих добавок. 73 Для сушки применяют в основном непрерывного действия конвейерные и туннельные сушилки. В конвейерных радиационных сушилках изделия сушат на конвейере с движущейся проволочной сеткой шириной 1,1 м. В открытой части конвейера сетка передвигается па роликах, а в закрытой — на чугунных плитах, являющихся подом сушилки. На своде установлены излучающие горелки и трубопровод для отбора горячих газов, соединенный с общим трубопроводом. Горелки (панели) имеют температуру 800° С, изделия нагреваются до 130—150° С. Это позволяет устанавливать сроки сушки для изделий от начальной влажности 6—10% до конечной 0,5—1 % 6—17 мин в зависимости от формы изделия. Режим регулируют таким образом, чтобы влажность выходящих плиток не превышала 0,5—1 %. Пламя горелок должно быть устойчивым, спокойным и голубого цвета. Керамические секции горелок при установившемся режиме должны иметь одинаковый накал. Места входа и выхода конвейера (сетки или цепи) должны быть максимально уплотнены. Во время работы камера радиационной сушилки должна находиться под разрежением. Перед пуском сушилки проверяют плавность хода и натяжение несущих цепей (сетки), состояние вентилятора путем проворота вручную ротора, исправность горелок (керамические элементы, имеющие трещины и наколы, заменяются); наличие в редукторе достаточного количества масла и смазку всех трущихся узлов; свободное вращение роликов. Затем включают вытяжной вентилятор либо открывают дроссель вытяжной трубы и продувают камеру сушилки. Включают электродвигатель движения несущего органа и зажигают запальником часть горелок. Во время работы следят за горелками, не допуская появления факела; соблюдением нужного режима, наблюдая за показаниями контрольно- измерительных приборов; давлением газа, поступающего к горелкам; плавностью движения сетки или цепи; своевременной уборкой упавших плиток. Одно из существенных преимуществ конвейерных сушилок – поточность процессов сушки и непрерывность в работе, что позволило широко использовать их в поточно-конвейерных линиях для производства керамических плиток. Обжиг керамической плитки. В процессе обжига керамическая масса приобретает прочность, стойкость против внешних воздействий и ряд других физико-механических свойств, обусловливающих ее переход в камнеподобное состояние. Главной задачей обжига является закрепление формы изделия и придания ему всех свойств, определяющих его назначение. 74 В зависимости от назначения и характера керамического материала его обжиг можно вести в один прием или в несколько приемов. Первый обжиг – утильный – сводится к закреплению формы изделия и к приобретению материалом всех основных, присущих ему свойств. Второй обжиг – политой или глазурный – закрепление глазури на материале, а для фарфора – приобретение присущих ему основных свойств, которые не были получены при первом обжиге. Третий обжиг – красочный или декоративный – закрепление на глазурованном материале надглазурной росписи. Этот обжиг может быть и многократным, в зависимости от количества и характера красок, наносимых на обожженный глазурованный материал. Обжиг разделяют на 3 периода: подъём температуры – нагревание, выдержка при постоянной температуре и снижение температуры – охлаждение. В зависимости от материала, особенностей печи и садки обжиг проводят по определённому режиму, под которым понимают скорость подъёма и снижения температуры, температуру и время выдержки. Большую роль для некоторых керамических материалов играет среда обжига. Окислительную среду создают, обеспечивая свободный доступ воздуха, восстановительную – недостатком воздуха в печи (в случае газовой печи) и нейтральную, если доступ воздуха минимален. Среда оказывает большое влияние на химические процессы, происходящие в обжигаемом изделии, меняет его цвет и другие свойства. Большинство керамических изделий обжигают в условиях свободного доступа воздуха, т.е. в окислительной среде. Физический смысл стадии обжига керамики заключается в процессе спекания – образования из отдельных дисперсных частиц, связанных в отформованном изделии прослойками технологической связки, монолитного плотного поликристаллического тела. После обжига изделие приобретает свои основные свойства: механическую прочность, твёрдость, необходимый цвет; форму изделия уже нельзя изменить, не разрушая его. При обжиге керамических масс имеют место сложные физические, химические и физико-химические процессы. В процессе обжига черепок претерпевает следующие изменения: 110°С – происходит удаление свободной влаги; 250 –300°С – выгорание органических примесей; 400– 600°С – дегидратация глины – удаление химически связанной воды; свыше 600°С – плавление легкоплавких минералов – плавней (600–1100°С). Обжиг изделий проводят в печах различной конструкции: в муфелях с рабочим пространством, защищённым от нагревателей огнеупорным коробом, в горнах – печах с рабочим пространством в виде шахты, в туннельных печах с рабочим пространством в виде туннеля и других. Печи различаются также по виду топлива. Широко распространены печи электросопротивления со спиральными нагревателями из металлических сплавов или с нагревателями из керамических стержней различной формы 75 (карбидкремниевых, хромитлантановых и др.), а также печи с газовыми горелками. Контроль над температурой в печи осуществляют различными способами, из которых самый распространённый – контроль с помощью термопары. Термопара представляет собой металлическую проволоку из особых сплавов, две жилы которой спаяны, и спай помещён в контролируемую зону печи. Свободные концы проволоки выведены за пределы нагреваемой зоны и соединены с прибором, показывающим преобразованный сигнал, поступающий от спая термопары. Термопара, находящаяся в печи, спрятана в огнеупорный чехол, защищающий её от агрессивной среды печи. Щелевая печь представляет собой туннель с рабочим сечением печного канала шириной 0,9 – 1,5, высотой 0,4 – 0,6 м. Для удобства эксплуатации печь разделена на секции длиной до 3 м. Во время работы печи следят за показаниями приборов, соблюдая заданный температурный режим, за качеством поступающих полуфабрикатов и выходящей продукции. Периодически удаляют из-под роликов обломки - плиток и очищают ролики от налипшей глазури, следят за работой горелок или состоянием Нагревательных элементов. При отключении электроэнергии закрывают шиберы, входную и выходную щели печи и периодически в течение 30 мин в ручную проворачивают рольганг печи. Сортировка. После обжига готовые изделия поступают на сортировку, где происходит заключительный контроль качества изделий. Контроль качества организован на всех стадиях производства в виде осмотра изделий после процесса литья, сушки, нанесения глазури, однако на сортировке он осуществляется наиболее тщательно. В процессе сортировки происходит визуальный осмотр всех изделий, а также контроль с помощью измерительных инструментов. Использование новейшей технологии, а также качественного сырья и современного оборудования, позволяют использовать при оценке качества изделий внутренний регламент качества. Комплектация и упаковка. После сортировки изделия поступают на участок комплектации и упаковки. Изделием, требующим особого подхода к упаковке, является плитка. Упаковка для плитки должна быть прочной и безопасной, чтобы обеспечить целостность груза. Чаще всего для перевозок плитки используют короба, а также поддоны. Упаковка керамической плитки требует также надежной фиксации и безопасной транспортировки. Специалисты компаний должны предоставлять не только качественную упаковку для плитки, но и обеспечат оперативную погрузку керамической плитки. Кроме того, после упаковки керамической плитки в коробку, должна осуществляться быстрая и безопасная грузоперевозка в пределах заданного маршрута. |