Технология производства фарфоровой и фаянсовой посуды

Мелкие металлические включения удалять из порошков очень трудно, так как слой порошка оказывает сильное сопротивление выходу из него магнитных частиц. Поэтому для магнитного обогащения порошков применяют подвесной электромагнитный сепаратор с вибратором. При вибрации тонкого слоя порошка (не более 100 мм) в магнитном поле создаются условия для свободного выхода магнитных частиц.

Измельченные, обогащенные и просеянные материалы хранятся в специальных ларях или бункерах, которые внутри обиты или выполнены из коррозионно-стойких материалов или дерева.

Глинистые материалы предварительно измельчают на глинорезных машинах, подвергают ручной сортировке и распускают в сборниках, снабженных лопастными мешалками.

Подготовленные глинистые материалы, а также сушье (засохшая масса, бой изделий, прошедших сушку) и обрезки, поступающие из формовочного цеха, распускают по отдельности в воде в резервуарах-сборниках, снабженных лопастными мешалками. Влажность полученных суспензий должна быть в пределах, %: глинистой 72-80, каолиновой 62-70, из сушья и обрезков - 62-68.

После распускания глинистые материалы подвергаются ситовому и магнитному обогащению.

Ситовое обогащение осуществляется при пропускании суспензии через сита разных номеров и конструкций, в результате чего суспензия освобождается от крупных включений, однако не освобождается от мельчайших частиц железа и железосодержащих магнитных материалов, присутствие которых в массе вызывает появление желтого цвета или "мушек".

Магнитная сепарация жидких керамических масс и глазурей осуществляется с помощью стальных магнитов, уложенных на дне лотков для транспортирования суспензий, переносных электромагнитов, электромагнитных сепараторов с сетчатыми полюсами, а также электромагнитных сепараторов с каскадным расположением магнитов на дне лотка.

После ситового и магнитного обогащения керамическая суспензия поступает в мешалки-сборники, где она хранится и перемешивается.

Глинистые материалы из сборников-хранилищ перекачивают в сборники-смесители, предварительно пропустив через вибросито. Затем в сборники-смесители подается суспензия отощающих материалов, прошедших тонкий помол.

Суспензию фарфоровой и фаянсовой массы, поступающую из сборников-смесителей, подвергают последовательно ситовому и магнитному обогащению на электромагнитных или ферромагнитных очистителях. Обогащенная фарфоровая суспензия должна иметь тонину помола, характеризующуюся остатком 0,5-1,0%, влажность в пределах 55-60%, а фаянсовая масса - остаток на сите не более 1,5-3% и влажность 62-68%.

Готовая суспензия подается в расходные сборники. Для облегчения и ускорения последующей фильтрации суспензию в сборниках подогревают острым паром до температуры не более 40 °С.

При производстве фарфоровых и фаянсовых изделий бытового назначения в основном используются способы формования из пластичной массы. Для формования фарфоровых изделий используют массу влажностью 22-25%, а для фаянсовых - влажностью 21-23%.

Процесс снижения влажности суспензий до получения пластичной массы основан на отделении и задержании твердых частиц пористыми материалами, пропускающими воду. Он включает следующие операции: транспортирование суспензий, удаление избытка воды, удаление и очистку фильтрата (ретурных вод).

Готовая суспензия из расходных сборников подается на обезвоживание насосами различных конструкций (плунжерные, поршневые, мембранные).

Скорость обезвоживания на фильтр-прессах зависит: от влажности массы, количества и состава вводимого электролита, вязкости суспензии, размеров частиц массы, температуры суспензии, состояния фильтровального полотна и давления.

Процесс фильтр-прессования ускоряют путем соответствующего корректирования влажности суспензии, поступающей в фильтр-пресс, до возможно минимального водосодержания (63-53%). Уменьшение водосодержания суспензии достигается вводом в него электролитов (жидкого стекла и соды).

Массы, полученные после фильтр-прессования, имеют неоднородное строение по толщине коржа (в центре содержится больше отощающих материалов, а на периферии - пластичных, а также неодинаковое распределение влаги (в центре коржа более влажная масса, чем по краям). Кроме того, при смешивании фильтр-прессных коржей в массе остаются значительные включения воздуха, которые, подобно зернам отощающего материала, снижают ее пластичность, увеличивают брак при сушке, уменьшают плотность и просвечиваемость фарфоровых тонкостенных изделий.

Процесс усреднения состава и влажности массы называется гомогенизацией, а процесс удаления из массы воздуха – вакуумированием (он идет внутри вакуум-камеры). Гомогенизация и вакуумирование фарфоровых и фаянсовых масс осуществляется в вакуум-мялках.

В результате хорошего промина и вакуумирования массы повышается механическая прочность отформованных из нее изделий, уменьшается их усадка, сокращается вероятность образования такого дефекта, как деформация изделий при сушке и обжиге.

После вакуумирования масса поступает на вылеживание в закрытые помещения с повышенной влажностью на срок не менее 7 суток. В процессе вылеживания в массе проходят биологические и физико-химические процессы, в результате которых увеличивается пластичность масс и механическая прочность высушенного полуфабриката.

Существует и другой метод приготовления тонкокерамических пластичных масс с использованием заранее молотых каменистых и глинистых компонентов. После дозирования из них приготовляют суспензию влажностью 35-50%, которую высушивают в распылительных сушилках до влажности 5-8%. Полученный порошок смешивают в быстроходных противоточных смесителях с водой или с суспензией и получают массу с влажностью 20-25%. Массу подвергают вакуумированию в вакуум-мялках. Этот метод не нашел широкого применения на заводах фарфорово-фаянсовой промышленности из-за больших энергозатрат.

2.3 Характеристика основных  способов формования фарфоровой  и фаянсовой посуды

Назначение формования – придать форму, размер, плотность и необходимую прочность полуфабрикату.

При изготовлении фарфоровой и фаянсовой посуды используют в основном два метода формования: формование из пластичной массы с использованием гибсовых или синтетических форм и метод литья из шликера в гибсовые формы.

Методом формования из пластичных масс изготовляется 95-97%, а методом литья из шликера в гибсовые формы – 3-5%. Метод прессования изделий из пресс-порошка в металлических пресс-формах применяется очень редко.

Процессы пластического формования основываются на способности тестообразных масс к пластическому течению, т.е. к изменению формы без разрывов сплошности под влиянием приложенных внешних сил (давления ролика или шаблона) и к ее сохранению после снятия этих усилий. При пластическом формовании изделий наиболее полно используются такие свойства керамических масс, как пластичность и формовочная способность, а также способность отдавать часть содержащейся в них воды пористым формам, давать усадку и легко отделяться от пористой поверхность форм.

Каждой группе формуемых изделий различной конфигурации соответствуют оптимальные формовочные свойства массы, регулируемые изменением ее влажности, которая колеблется от 19-27%, а также корректировкой состава. Введение в массу (до определенного предела) высокопластичных жирных глин или бентонита при одновременном уменьшении количества отощающих материалов (кварца, полевого шпата) приводит к улучшению условий формования. Чрезмерное количество пластичных материалов в массе снижает формовочную способность массы ввиду прилипаемости ее к поверхности форм. На прилипаемость массы к гибсовым формам влияют также состояние поверхности, влажность гибсовых форм и температура формующих органов полуавтомата (роликов, формующей головки). Высокая температура (более 140°С) шаблона может стать причиной рыхлости наружной поверхности изделия. Низкая температура (ниже 90°С) шаблона вызывает прилипание пласта к шаблону.

Такие изделия, как тарелки, чашки, чайники (имеющие форму тел вращения), изготовляются в гибсовых или пластмассовых формах с помощью роликов и профилированных шаблонов (головок) на автоматах, полуавтоматах, станках.

Заготовками служат главным образом цилиндрические пласты керамической массы разного диаметра и толщины в зависимости от ассортимента и размеров формуемого изделия.

Принцип формования основан на том, что положенный на форму или в форму пласт массы (заготовку) прижимают к ней шаблоном (роликом), придавая нужный профиль.

Наружная поверхность полых изделий формуется внутренней поверхностью формы, а шаблоном – внутренняя поверхность полуфабриката. При формовании же плоских изделий – наоборот.

Формование осуществляют с использованием плоских (тонких или утолщенных) и объемных шаблонов (роликов).

Достоинства метода формования изделий из пластичных масс с использованием плоских или объемных шаблонов заключаются в том, что можно формовать изделия различных размеров, имеющих форму тел вращения, на относительно несложном и производительном оборудовании. Кроме того, этот метод обеспечивает получение в процессе формования на одном изделии стенок различной толщины (у края, в середине, на дне и других местах), что позволяет снизить количество брака изделий от деформации при сушке и обжиге.

Существенным недостатком пластического формования является то, что масса, сжимаемая с двух сторон поверхностью формы и формующего ролика (шаблона), приобретает неоднородную текстуру, что приводит к их короблению при сушке.

Шликерное литье является одним из старейших методов формования фарфоровых и фаянсовых изделий.

Перед пластическим формованием отливка изделий имеет следующие преимущества: сокращение производственного цикла приготовления массы за счет устранения фильтрации и перемина, легкость транспортирования шликера на любые расстояния, устранение отходов и сокращение потерь массы, возможность изготовления тонкостенных изделий и другие. Существенные недостатки формования изделий методом литья – высокая трудоемкость, тяжелые условия труда, потребность электролита и значительных площадей, быстрый износ гибсовых форм.

Литье керамических изделий в пористые формы основано на способности шликера заполнять гибсовую форму и отдавать воду пористой форме с образованием на ее поверхности плотного слоя массы – формуемого изделия. Широко используются два способа литья: сливной и наливной. Существует еще доливной, или комбинированный , способ литья, который применяется редко, при изготовлении изделий сложной формы.

При сливном способе шликер заливается в пористую форму (гибсовую или пластмассовую) и заполняет всю ее внутреннюю полость. Через некоторое время в результате способности гибсовой пористой формы отсасывать воду из шликера на границе форма – шликер образуется уплотненный слой массы, толщина которого будет зависеть от свойств шликера и гибсовых форм. Избыток шликера сливается, а в форме остается уплотненный слой массы, т.е. формуемое изделие. Этот способ обеспечивает получение полуфабриката с постоянной толщиной стенки и применяется в основном для формования мелких тонкостенных полых изделий (чашек, сливочников и др.).

При наливном способе стенки изделия образуются между двумя стенками гибсовой формы. Шликер непрерывно доливают в форму до полного заполнения ее массой. Значительная убыль объема шликера за счет удаления воды компенсируется его переодической доливкой или непрерывным поступлением из заранее заполненной надставки к форме, так называемой литниковой прибыли. Этот способ пригоден для отливки изделий с большой толщиной стенок: овальные блюда, селедочницы, а также детали – ручки, носики и т.п. При наливном способе обеспечивается равная толщина стенок изделий, а влажность и расход шликера минимальны.

При доливном способе отливки отдельно отливают детали (ручки, носики и др.), а затем их собирают в общей форме и отливают совместно с корпусом изделия.

Метод прессования позволяет получать изделия строго заданного размера и формы, не требует изготовления большого количества гипсовых форм, что уменьшает затраты на отправку отформованных изделий.

Керамические порошки представляют собой трехфазную систему, состоящую из твердой минеральной части, жидкой фазы - воды и воздуха.

В зависимости от влажности пресс-порошка и от прилагаемого давления прессования различают сухой, полусухой и влажный способы прессования.

При сухом способе прессования, применяемом в производстве изделий бытового назначения, из пресс-порошка частично удаляется воздух, гранулы порошка пластически деформируются, увеличивается поверхность контактов, из увлажненного порошка выжимается влага, что способствует склеиванию гранул по контактным поверхностям. Минимальное содержание воздуха в пресс-порошке (обычно до 30%) обеспечивается правильным подбором его зернового состава. Основная масса пресс-порошка (более 80%) после распылительной сушилки имеет размер зерен 0,2-0,5 мм.

Режим прессования определяют: направление приложения нагрузки, цикличность, количество стадий, скорость увеличения давления, выдержку при максимальном давлении.

2.4 Влияние процессов сушки  изделий на их качество

Сушкой называется процесс удаления влаги из материалов испарением. При сушке керамических изделий уменьшается их объем (воздушная усадка) за счет уменьшения толщины гидратных оболочек глинистых частиц, повышается прочность сырца.

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.

Режимом сушки называется изменение интенсивности влагоотдачи изделия путем изменения температуры, относительной влажности и скорости движения теплоносителя. Изменение режима сушки вызывает изменение интенсивности влагоотдачи изделия, которая определяется количеством влаги, испаряемой с единицы поверхности высушиваемого изделия в единицу времени.

Режим сушки регулируют, изменяя температуру или количество теплоносителя, подаваемого в сушилку.

Процесс сушки можно разделить на несколько периодов: