Автор работы: Пользователь скрыл имя, 14 Апреля 2014 в 01:24, реферат
Для производства керамической плитки используется только высококачественное сырье и материалы: глина, каолины, полевошпатовые породы, кварцевые пески, красители и плавни, фритта, флюсующие добавки и другие материалы.
Основным сырьем для производства керамических плиток являются глинистые материалы (глины и каолины), причем содержание глинистых компонентов в массах составляет не менее 45-50%, в том числе глин – не менее 30%. Решающее влияние на технологические свойства глин, применяемых для керамических изделий, имеет их минералогический состав.
Этот способ формования имеет преимущество перед пластическим, потому что при нем практически не требуется сушки изделий, и они могут идти сразу на обжиг. Достоинствами этого способа также являются высокая плотность изделий, автоматизация производства, высокая производительность. Но присуще и не-достатки: неоднородность изделия из-за неравномерного распределения меха-нических напряжений, при снятии давления газ расширяется, и могут быть микро-разрушения, может быть вовлечен воздух.
Пластический способ подготовки формовочной массы используют при на-личии рыхлых глин и глин средней плотности с влажностью не выше 23-25 %.
Глинистые материалы дозируются с ящичного подавателя. После чего про-водят грубое измельчение с помощью щековых или конусных дробилок, работающих по принципу раздавливающего или размалывающего действия, и отправляют на промежуточное хранение в бункер. При пластическом способе подготовки массы и формования исходные материалы при естественной влажности или предварительно высушенные смешивают друг с другом, при этом вводят добавки и воду. Приготовление компонентов может осуществляться либо раз-дельными потоками, либо общим. Далее полученную смесь подают в барабанную мельницу мокрого помола до получения теста. Для лучшего перемешивания глиняной массы после помола и измельчения компонентов используют глино-мялки, которые дают однородную пластическую массу. Эта масса, влажность которой колеблется от 14 до 29 % и более, обязательно отправляют на хранение и вылеживание в течение нескольких часов до суток в бункер или силос-гомо-генизатор, что улучшает формовочные свойства массы.
На рисунке 2.3 представлена схема подготовки формовочной массы по пластическому способу.
Рисунок 2.3 Подготовка формовочной массы по пластическому способу
К достоинствам данного способа приготовления формовочной массы отно-сят: усилия относительно небольшие для формования таким способом (внутреннее трение частиц должно превышать трение частиц о поверхность), автоматизация производства и высокая производительность. Но есть и недостатки: тяжело полу-чить однородный полуфабрикат, образование текстур (выливается в трещины при сушке), значительная усадка из-за влаги, надо уплотнять пластическую массу (обычно вибропрессованием, набивкой), сложнее приготовить однородную массу (больше затрат времени и энергии), дефекты.
Для начала происходит дозирование глинистых материалов с ящичного подавателя. После грубого измельчения с помощью дробилок сырье направляется на электромагнитную очистку на магнитный сепаратор и далее в бункер на промежуточное хранениие. Отдельно от подготовки формовочной массы готовят необходимые по рецептуре добавки, в которые входят плавни и отощающие агенты. Они дозируются и с использованием щековой или молотковой дробилок подвергаются грубому измельчению. Добавки вводятся вместе с электролитами и водой. Затем осуществляют с помощью шаровой мельницы и пропеллерной ме-шалки тонкий помол и роспуск глины. На вибрационном сите процеживают шли-кер, направляя в шламобассейн с пропеллерной мешалкой. После чего проводят обезвоживание шликера в башенно-распылительной сушилке для получения однородного пресс-порошка, просев и перемещение его по поточно-конвейерным линиям в бункер на промежуточное хранение.
На рисунке 2.4 представлена схема подготовки пресс-порошковой массы шликерным способом.
Рисунок 2.4 Подготовка пресс-порошковой массы шликерным способом
Шликерный способ подготовки массы позволяет полностью удалить каменистые включения, максимально разрушить структуру глинистых материалов и получить массу с высокой степенью однородности, а также обеспечивает возможность получения изделий сложной конфигурации способом литья. Однако он трудоемок и требует повышенного расхода топлива для удаления большого количества воды из шликера. Шликерный способ обеспечивает получение плиток более высокого качества, а также возможность тиражировать изделия переменного сечения с глубоким рельефом и тонкими стенками, малые затраты на изготовления гипсовых форм.
Таким образом, рассмотрев все способы производства керамической плитки можно сделать вывод, что мокрый шликерный способ имеет больше преимуществ, хотя и есть один недостаток по сравнению с остальными способами. В дальнейшем подробнее будет рассмотрен именно этот способ производства керамической плитки.
Основными стадиями процесса производства глазурованной керамической плитки по мокрому шликерному способу являются:
Для приготовления шликера в основном используют шаровые мельницы мокрого помола. Производительность мельниц зависит от крупности загружаемого материала, соотношения материала, мелющих тел и воды, степени заполнения, числа оборотов барабана и т. д. На процесс помола оказывает влияние не только количество мелющих тел, но и их размер, материал из которого они изготовлены. Наиболее часто применяются уралитовые, фарфоровые шары, изготовленные из высокоглиноземистой и фарфоровой массы. Диаметр их не должен превышать 30-70 мм, а форма должна быть шаровидной, без острых углов и граней, чтобы избежать надлома кремния, что может привести к нарушению рецепта массы и снижению термостойкости. Лучше использовать мелющие тела цилиндрической формы, так как они имеют большую удельную поверхность и значительно повышают интенсивность помола. Соотношение масс материалов к мелющим телам и к воде 1:1,4:0,6. Во время помола цилиндры изнашиваются в среднем на 0,5-1,0%. Поэтому мельницу необходимо пополнять новыми мелющими телами. При подготовке глинистых материалов вводятся электролиты. Они позволяют уменьшить количество воды, получить шликер с необходимой плотностью. Минимальное количество воды, необходимое для разжижения состояния текучести, зависит от содержания в глине частиц размером < 1,0-0,5 мм. С увеличением мелкодисперсных частиц количество воды уменьшается. Дис-персность частиц оказывает влияние на форму и размер фракций пресс-порошка, плотность отпрессованных образцов. В последние годы в качестве электролитов используются вытяжки бурого угля. Обычно количество электролитов подбирают опытным путем. В зависимости от количества электролиты могут вызывать стабилизацию, разжижение, загустевание. В случае, если электролит введен в меньшем количестве, чем требуется для полного замещения поглощенных катионов на катионы щелочных металлов, происходит дефлокуляция, при которой часть механически захваченной воды высвобождается и количество рыхлосвязанной воды увеличивается, что и способствует стабилизации шликера.
Дальнейшее увеличение количества электролитов приводит к разжижению, поскольку толщина диффузных оболочек уменьшается, часть рыхлосвязанной воды переходит в свободную, которая и разжижает шликер. Загустевание шликера происходит ввиду того, что утонченные водные оболочки не могут препятствовать сближению частиц. Образующиеся агрегаты захватывают часть свободной воды и вязкость шликера повышается. Обычно на кривой разжижения это отмечается точкой перегиба. Поэтому при добавке электролита необходимо вводить меньшее количество электролита по сравнению с максимальным разжижением.
В производстве пресс-порошков для керамических плиток в основном используют башенные распылительные сушилки, которые применяют при мокром способе приготовления масс. Использование распылительных сушилок позволяет получить пресс-порошок стабильного гранулометрического состава и постоянной влажности. Рациональный гранулометрический состав обеспечивает как высокую прочность спрессованных и высушенных плиток, позволяющих осуществлять их транспортировку с помощью роликовых конвейеров, так и требуемую фактуру изделий. Процесс распылительной сушки условно принято подразделять на три этапа:
Четкой границы между этими этапами нет. С точки зрения экономичности для процесса сушки необходимо использовать шликер с минимальной влажностью. В то же время снижение влажности, при прочих равных условиях, приводит к ухудшению ситового обогащения и очистки, транспортирования и распыления. Температура порошка на выходе из сушилки зависит от температуры и влагосодержания отходящих газов и от влажности порошка. Влажность порошка, температуру отходящих газов и температуру в сушильной камере регулируют количеством сжигаемого топлива.
Одним из важнейших технологических операций является прессование керамических плиток. Прочность, плотность плиток зависит не только от давления и режима прессования, но также от свойств порошка: гранулометрического состава, формы частиц, влажности, сыпучести и т. д. После обезвоживания шли-кера в распылительной сушилке получается пресс-порошок сферической формы и различного гранулометрического состава, что предопределяет плотность укладки зерен пресс-порошка в пресс-форму. Насыпная масса и сыпучесть пресс-порошков зависит от влажности. Чем выше влажность, тем меньше сыпучесть и больше насыпная масса. Эти факторы влияют не только на процесс заполнения пресс-формы, но и на прочность самих плиток. На прессование отрицательно влияет высокое содержание пылевидной фракции (более 50 %). При данном содержании пыли происходит запрессовка воздуха, которая вызывает такой дефект, как «слойка». Область давлений, при которых происходит вытеснение воздуха, зависит не только от гранулометрического состава, но и от состава сырьевых материалов. Для стадии прессования важно установить зависимость: влажность порошка – давление прессования – плотность сырца. С уменьшением влажности порошка давление прессования растет, и требуются мощные прессы для получения плотного сырца. Принято считать, что для получения качественного сырца наиболее эффективны гидравлические прессы. Однако высокая скорость сжатия приводит к попаданию воздуха в толщу сырца с последующим упругим последействием и разрыхлением его. Поэтому необходимо прессование проводить по стадиям. На первой стадии скорость прессования составляет 0,8-1,0 мм/с. Происходит только уплотнение, незначительное сближение зерен. На второй стадии наблюдается заполнение пустот, перемещение зерен, их трение и сцепление. Скорость пресс-сования 8-9 мм/с. На третьей стадии допустимая скорость до 2 мм/с. На этой стадии происходит уплотнение с частичным разрушением зерен. При снятии давления наблюдается упругое расширение. Чтобы его снизить до минимального, необходимо дать некоторую выдержку при максимальном давлении. При прессо-вании в результате использования пресс-порошка повышенной влажности, при неправильном обогреве штампов (меньше 40 °С), наличии налипшей массы на них могут образовываться вырывы на поверхности изделий. Для улучшения качества прессовок рекомендуется проводить прогрев порошка, так как ускоряется процесс гидратации, повышаются пластические свойства, что способствует снижению дав-ления прессования, сокращению длительности сушки, снижению износа пресс-форм. Обычно режим прессования устанавливается в зависимости от свойств массы, зернового состава, влажности и т. д.
Сушка керамических плиток, как и других керамических изделий, – важный теплофизический и технологический процесс. Оптимальный режим сушки должен обеспечивать удаление влаги в кратчайшие сроки с минимальными затратами при удовлетворении технологических требований – сохранения целостности и от-сутствия деформации полуфабриката.
На рисунке 3.1 представлены кривые сушки, на которых различимы три периода – медленная, интенсивная и замедленная сушка.
Кривые нагрева и охлаждения влажной (I) и сухой (II) плитки: 1 – влажность плитки; 2, 3 – температура в нижнем и верхнем слоях соответственно; 4 – прогиб центра плитки.
Рисунок 3.1 Кривые сушки
На кривой изменения средней температуры плитки также отмечаются три периода – прогрев, быстрый и замедленный нагрев. При анализе кривых прогиба плитки в связи с характерными периодами на кривых сушки и изменения средней температуры отмечены несколько участков. На первом участке плитка выгибается в сторону нагревателя (выпуклая деформация), что обусловлено превалирующим влиянием температурных деформаций в периоде медленной сушки. На втором участке знак прогиба изменяется, что обусловлено влажностной (вогнутой) деформацией в периоде интенсивной сушки. На третьем участке знак прогиба вновь изменяется – образуется выпуклая деформация в связи с быстрым нагревом и резким увеличением перепад температур. В дальнейшем скорость нагрева уменьшается, перепад температур и прогиб стабилизируются. Охлаждение плитки сопровождается уменьшением перепада температур, изменением величины и направления прогиба. В высушенной и охлажденной плитке наблюдается остаточная вогнутая деформация, близкая к максимальной деформации в конце второго участка. Таким образом, остаточная деформация плитки в основном зависит от начальной влажности плитки и практически не зависит от режима сушки. Для определения параметров режима сушки плиток, обеспечивающих заданную кривую сушки, должны быть известны уравнения кинетики процесса, устанавливающие связь между средней влажностью плиток и временем.
Утильный обжиг плитки керамической производится в роликовых печах. При укладке плиток на конвейере горизонтально в один ряд температурная кривая обжига приближена к кривой, определяемой свойствами обжигаемого материала. Сроки обжига при этом сокращаются до 17-50 мин по сравнению с 40-80 ч при обжиге плиток в стопках в туннельных печах. Известно, что для разработки режимов обжига керамических изделий необходимо прежде всего исследовать физико-механические свойства обжигаемой массы, определить ее характеристики как до, так и после термической обработки. Должны быть установлены предел прочности при изгибе, модуль упругости, температурный коэффициент линейного расширения и усадка при различных температурах нагрева и охлаждения. По значениям этих величин могут быть рассчитаны допустимые перепады температур, превышение которых приводит к образованию трещин, а также определены допустимые скорости нагрева и охлаждения. Для разработки скоростных режимов однорядного обжига плиток решающее значение имеют показатели спекания масс, характеристика периода дегидратации (удаление гидратной воды), длительность выдержки при максимальной температуре, а также параметры периода подогрева и охлаждения изделий. При этом наблюдается три резко отличных интервала из-менения объема при нагреве: незначительное расширение в интервале температур 20-100 °С, более интенсивное – при температурах 100-400 °С и резкое расширение при 400-600 °С. В процессе спекания с увеличением температуры обжига непре-рывно возрастает коэффициент усадки. В интервале температур 600-800 °С усадка приобретает способность к пластическим деформациям, а коэффициент усадки резко возрастает. Оптимальные скорости нагрева и охлаждения для всех ин-тервалов температур выбираются на основе учета возникающий в изделий термических напряжений. При этом для исключения деформации плиток устанавливают режим обжига, при котором на участке максимальных температур в нижней части печи по сравнению с температурой верхней части перепад не должен быть выше 10 °С. Необходимо также принимать во внимание, что при резких подъемах температуры вследствие возникающего в материале избыточного давления водяных паров керамические плитки могут взрываться. Надо выбирать такой режим обжига, при котором скорость удаление гидратной влаги не превышает допустимую скорость удаления водяных паров при данной прочности образца.
Информация о работе Сырьевая база производства глазурованной керамической плитки