Анализ развития технологического процесса производства керамической плитки

При изготовлении керамических плиток и плит применяют только массы  для полусухого прессования и  пластического формования. Для изготовления санитарно-технических изделий и  сосудов способом заливки в гипсовые формы используют керамические массы  для литьевой технологии. Эти массы  с введенными в их состав добавками  могут использоваться для глазурования (шликеры для глазури). Сырьем для  глазурей служат кварц, карбонат кальция, доломит и различные окислы металлов, которые тонко размалывают в  барабанных мельницах. При обжиге глазурь  плавится, образуя на поверхности  плиток или плит стекловидный слой, облагораживающий поверхность.

1.3 Характеристика технологии производства  керамической плитки

Гамма производимых керамических плиток для покрытия полов и облицовки  стен очень велика и в первую очередь  зависит от производственного процесса и технологии их изготовления.

Технологическая схема производства керамической плитки включает следующие  основные фазы:

• Приготовление раствора (смеси)
• Формовка изделия
• Сушка
• Приготовление глазури и глазуровка (эмалировка)
• Обжиг

Приготовление смеси

Имеется две технологии приготовления  смеси: мокрая и сухая.

При мокрой технологии сырьевые ингредиенты подвергаются измельчению и смешиванию в барабанных дробилках в присутствии воды. Дробилки представляют собой огромные барабаны, вращающиеся вокруг оси: измельчающие детали (камни или шарики из спеченной смеси окиси алюминия), ударяя друг по другу, производят раздавливание сырьевых ингредиентов. В результате измельчения получается водная суспензия сырья (шликер).

При необходимости прессования  смеси вода удаляется процессом  атомизации (противоточное распыление шликера нагретым воздухом с немедленным  испарением воды). В результате этого  процесса получается смесь в виде порошка, который содержит 5-6 % влаги, необходимой для качественной прессовки  изделия.

При необходимости экструдирования  смеси остаточная влажность смеси  должна быть выше указанного значения: при этом возможно удаление воды из шликера при помощи фильтра-пресса.

При сухой технологии сырьевые ингредиенты подвергаются измельчению в молотковых дробилках, а затем увлажнению в специальных машинах.

Измельчение сырья необходимо для  гомогенизации смеси и крайнего сокращения размера ее частиц, что  облегчает следующий процесс  обжига керамического изделия.

Технология мокрого измельчения  дороже (необходимо много энергии  для удаления воды), но дает намного  лучшие результаты.

Керамическая плитка однократного обжига, высокой пористости и из фарфоровой керамики (грес) изготовляется  из смесей, полученных мокрым измельчением, а керамическая плитка типа - из смесей, приготовленных сухим способом. Клинкерную керамическую плитку и керамическую плитку двукратного обжига можно  изготовлять обоими способами. 

Формовка  изделия

Прессовка или экструзия - это два  метода формовки, применяемых в производстве керамических плиток.

Прессованные керамические плитки изготавливаются из порошкообразной  смеси, уплотняющейся и формующейся  под высоким давлением при  помощи гидравлического пресса посредством  пресс-форм.

Экструдированные керамические плитки изготавливаются из тестообразной  массы исходных материалов и формуются  при прохождении через специальное  отверстие экструдера при помощи матрицы-мундштука, обеспечивающей керамической плитке толщину и ширину. Далее  происходит нарезка изделия по длине  специальными ножами ( тонкой проволокой).

Сушка

Перед тем как попасть в печь керамическая плитка проходит через  сушильную камеру, куда подается горячий  воздух и где керамическая плитка теряет остаток влаги.

Приготовление глазури и глазуровка (эмалировка)

Керамическая глазурь покрывает  смесь, придавая ей важные эстетические характеристики (цвет, блеск, декоративный рисунок, неограниченное разнообразие орнаментальных украшений и т.д.), а также технические свойства (твердость, непроницаемость, легкость очистки и т.д.). Глазурь увеличивает  также износостойкость половой  керамической плитки.

Основой керамической глазури являются особые виды стекла (фритты), которые  в процессе обжига керамические плитки расплавляются и плотно прилипают  к смеси. Глазурь, состоящая из одних  фритт, используется только для получения  блестящей поверхности некоторых  видов облицовочной керамической плитки (высокопористой и двукратного обжига). Как правило, в массу фритт  добавляют другие ингредиенты, такие  как красители, сырье, способное  переходить в стеклообразное состояние  или сырье, не переходящее в стеклообразное состояние и остающееся «заполнителем» в стеклянной массе (кварц, корунд, циркон и др.). Последние вещества вызывают матирование глазури (придают ей непрозрачность) и могут даже нарушать присущий стеклу блеск («матовая» глазурь).

Нанесение глазури на керамическую плитку возможно как сухим, так и  мокрым способом. При мокром способе  глазурь имеет вид водной суспензии  тонкоизмельченных ингредиентов, а  при сухом способе - вид гранул.

Почти всегда покрытие керамической плитки состоит из ряда глазурей, нанесенных разными способами: методом шелкографии (стереографии) одно- или многоцветной, керамической калькой, напылением, а  также вручную с применением  золотых, интерференционных и зеркальных красок и другого рода декораций. Настоящее разнообразие поверхностей глазурованных керамических плиток связано именно с возможностью сочетания  разных видов глазурей. Глазурованные  керамические плитки бывают блестящие (глянцевые), матовые, с гладкой или  рельефной поверхностью, в широкой  цветовой гамме, с различными рисунками, узорами, декорациями.

Обжиг

Для глазурованных (эмалированных) плиток двойного обжига технология предусматривает  два раздельных обжига: для корпуса  плитки первый обжиг, для эмали второй обжиг.

Глазурованные плитки одинарного обжига подвергаются лишь одной процедуре  обжига, которой подвергается и основа, и эмаль. Особыми типами таких  керамических плиток являются "прессованно-эмалированные " плитки, полученные нанесением порошкообразной  эмали в момент прессования, и  плитки с "эмалировкой по раскаленному корпусу", полученные путем нанесения  специальных гранулированных эмалей на раскаленный корпус.

В процессе обжига при высоких температурах (от 900 до 1250 °С в зависимости от типа плитки) в смеси происходят химические реакции с выделением пара и др. химических веществ, что приводит к  уплотнению изделия.

Это вызывает усадку изделия, размер которой зависит от свойств используемой смеси: от нулевой усадки смеси в  высокопористой плитке до 8 %-ной усадки смеси в плитке из фарфоровой керамики. Восьмипроцентная усадка значит, что  для получения обожженной готовой  плитки с размером стороны 20 см нужно  прессовать плитку размером 21,6 см. Усадка смеси увеличивается по мере повышения  температуры обжига изделия. Небольшие  колебания температуры вызывают равные колебания усадки, которые  имеют большое значение: из этого  следует необходимость разделения готовых изделий на партии по калибру.

Все чаще в производстве керамической плитки стал применяться так называемый двукратный "быстрый обжиг" ( то есть, короткий интенсивный обжиг ) в печах с роликовым подом. "Быстрый обжиг" является современной  технологией, позволяющей получать плитки больших размеров и с разнообразным  рисунком. Он дает возможность сэкономить много энергии и уменьшить  затраты. Экономный расход энергии  означает также меньший выброс в  атмосферу газов и пыли, а следовательно, и меньшее загрязнение окружающей среды.

Благодаря более короткому времени  обжига новые печи с однослойным  роликовым подом в настоящее  время заменяют старые туннельные печи для обжига при производстве большинства  видов керамической плитки (Рис.1).

 

Рисунок 1.1 – Технология производства керамической плитки

Это одна из множества технологий производства керамической плитки. Здесь  применяется способ двукратного  обжига.

1.      Приготовление массы (шликера). Все компоненты для приготовления шликера (заранее протестированные), из которого впоследствии формируется черепок, загружают в шаровые вращающиеся мельницы мокрого помола.

2.       Прессование. Далее шликер подают на башенную распылительную сушилку, где он превращается в порошок, из которого на прессах  формируется плитка-сырец.

3.      Обжиг. Отпрессованная плитка поступает в бисквитную печь, где подвергается первоначальному обжигу. Одновременно с этим на машинах периодического действия производят фритту - один из основных компонентов глазури.

4.      Глазурование и вторичный обжиг. После обжига плитки транспортируют на линию глазурования, где лицевая поверхность очищается от пыли, орошается водой, затем наносят глазурь и зачищают торцевые грани.

5.      Нанесение рисунка методом шелкографии - это четырехступенчатый последовательный процесс, благодаря которому появляется возможность варьировать графику и цветовую насыщенность плитки. Далее плитки подаются в печь политого обжига.

6.      Сортировка - последний, завершающий этап цикла, полностью автоматизированного процесса выпуска продукции. Перед упаковкой каждую плитку подвергают двойному контролю. Опытные контролеры, работающие на линии, проверяют, чтобы на керамике не было механических повреждений, трещин, сколов и других дефектов. Габаритные размеры плитки проверяются оптическим способом.

7.      Упаковка готовой продукции   производится автоматически при помощи специальной установки - палеттизатора, который укладывает плитку на поддоны соответственно сортам.

Применяемая технология двукратного  обжига, конечно, более трудоемка, но, несомненно, имеет ряд преимуществ  по сравнению с однократным. Керамическая плитка, изготовленная по такому методу, прочнее и имеет идеальный  по качеству верхний декоративный слой.

 

2 ДИНАМИКА ТРУДОЗАТРАТ ПРИ РАЗВИТИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Исходя из динамики трудозатрат, различают два возможных  варианта развития технологического процесса – ограниченное и неограниченное.

Для определения  того, какой из вариантов по имеющимся  зависимостям

                                      Т_ж(t)=1250/(33t²+550),                                (2.1)

                                                     Т_п(t)=0,006t²+0,1                                      (2.2)

необходимо построить  график изменения затрат живого, прошлого и совокупного труда (рис. 2.1).

Исходя из динамики трудозатрат видно, что данный вариант  развития технологического процесса является рационалистическим, т.к. прослежи-вается  замена действий человека, выполняющего технологические действия, действиями машин и автоматов, что приводит к увеличению затрат прошлого труда  и за счет этого – снижению затрат живого труда (повышению его производительности). При этом по мере рационалистического  развития каждое последующее повышение  производительности живого труда требует  все больших затрат труда прошлого. Такой вариант называют ограниченным вариантом динамики трудозатрат.

На рис. 2.1 наблюдается  рост прошлого и снижение живого труда.  Необходимо определить вариант развития технологического процесса, исходя из поведения кривых Т_ж(t) и Т_п(t). Из графика (рис.2.1) видно, что экономия живого труда происходит за счет труда прошлого, следовательно процесс развития имеет трудосберегающий характер.

Рисунок 2.1 – График динамики трудозатрат, обусловленный развитием технологического процесса

Важно также установить, в какой степени снижаются  затраты живого труда по мере роста  затрат прошлого труда, т.е. определить тип отдачи от дополнительных затрат прошлого труда. Для этого построим график функции  Т_ж = f (Т_п).  

                                                   Т_ж = 5/(22*Т_п),                                           (2.3)

Рисунок 2.2 – График зависимости труда живого от труда прошлого

Нужно сравнить величину прироста прошлого труда и соответствующего уменьшения труда живого. Для этого  необходимо исследовать характер экономии живого труда от величины прироста прошлого труда, например, продифференцировав функцию (2.3)

                             Т_ж'=(5/(22*Т_п)'=-5/(22*Т_п²)                                  (2.4)

Знак « – » означает убывание значения живого труда. Чтобы этот знак не ввел нас в заблуждение, необходимо взять модуль производной.

                                        │Т_ж│=5/(22*Т_п²)                                            (2.5)

Значение модуля производной (отношения  )уменьшается с ростом Т_п, что равнозначно уменьшению времени, следовательно, реализуется убывающий тип отдачи от дополнительных затрат прошлого труда.

Экономический предел накопления Т_пр – это граница рационалисти-ческого (ограниченного) развития (обозначается t*), до которого целесообразно накапливать прошлый труд.

В начале t* находим графически, определяя точку минимума Т_с, и точка по оси абсцисс и есть t*.

                                                        t*=8                                                         (2.6)

                                                   Т_п(t*)=0,48                                                   (2.7)

Затем, т.к. функция не линейная, t* уточняем аналитически, исследовав функцию Т_с на экстремум.

                                                     Т_с=Т_п+Т_ж                                          (2.8)