Основы производства.

Производство керамических изделий состоит из следую­щих основных эта-пов: карьерные работы, подготовка формо­вочной массы, формование сырца, сушка и обжиг изделий.

Карьерные работы — комплекс операций, связанных с добычей и достав-кой глинистого сырья на производство. Они включают вскрышные работы, добычу глины, ее транс­портировку и хранение промежу­точного запаса глиняного сырья.

Вскрышные работы предусматривают удаление верхнего почвенно-растите-льного (вскрышного) слоя, включая все, что лежит выше пласта полезного ископа-емого.

Добыча глины может быть валовой, когда месторожде­ние разрабатывается сплошным фронтом, и селективной, при которой глину добывают выборочно отде-льными участками или слоями.

Хранение глины осуществляют в непосредственной близо­сти от формовочного цеха для обеспечения непрерывной рабо­ты заводов, особенно в зимнее время. Пра-ктикуют складирование сырья в открытых наземных штабелях и капитальных складах (глинохранилищах).

Подготовка формовочных масс, в зависимости от свойств сырьевых матери-алов, типа изготавливаемой продукции, осо­бенностей производства, осуществляется пластическим, сухим и шликерным способом. Подготовка масс может осуществля-ться путем естествен­ной (выветривание, вымораживание, вылеживание), механи­ческой (рыхление, измельчение, перемешивание) и комбини­рованной обработки.

Подготовка пластичных масс предусматривает получение гомогенной кера-мической шихты с влажностью 15-25%.

Сухой способ подготовки глиняных порошков осуществ­ляется путем пос-ледовательного грубого измельчения на камневыделительных вальцах, сушки в сушильном бараба­не, дробления в корзинчатых дезинтеграторах или стержне­вых мельницах, просева и увлажнения глины до требуемой влажности.

Пластический способ подготовки глиняных порошков при­меняется при сме-шивании нескольких глин и предусматрива­ет получение пластичной массы, формо-вание валюшек, суш­ку их до остаточной влажности 8-9% с последующим дроб-ле­нием и просевом на оборудовании, используемом при сухой подготовке масс.

Шликерный способ подготовки глиняных порошков исполь­зуется в тех случа-ях, когда необходимо особо тщательное сме­шивание большого количества компо-нентов шихты, и состо­ит из получения глиняного шликера с влажностью 40-50% и его обезвоживания.

Подготовка литейных шликеров для производства кера­мических изделий, имеющих сложную конфигурацию. Такой шликер представляет собой дисперсную систему, в которой твердая часть (дисперсная фаза) находится во взвешенном со­сто-янии в жидкой части (дисперсионной среде). Приготовле­ние шликеров получают путем помола глинистых и отощающих материалов в водной среде и их последую-щего смешива­ния с добавками электролита.

Формование изделий как технологического процесса про­изводства заключа-ется в придании формовочной массе задан­ной формы с прочностью и плотностью полуфабриката (сыр­ца), достаточной для проведения последующих технологичес­ких операций сушки и обжига.

Формование изделий из пластических масс основано на эффекте пластичес-кого течения вязких керамических масс под воздействием внешних сил. Формова-ние изделий из пластич­ного теста осуществляется ленточным формованием (экст-ру­зией), штамповкой, вытачиванием и лепкой.

Прессование изделий из порошкообразных масс (полусу­хое прессова-ние) имеет ряд преимуществ: устраняется слож­ный и длительный процесс су-шки сырца, сырец обладает боль­шой прочностью, точностью размеров и кон-фигурации, почти не дает усадки. Сыпучесть порошков позволяет механизи-ровать транспортирование, а прочность сырца — автоматизировать процессы.

Литье применяется при изготовлении изделия сложной конфигурации (сани-тарно-техническая и декоративная керами­ка, хозяйственный и др.) Основой такой технологии является способность гипсовых форм отбирать влагу из соприкасаю­щейся с ними керамической суспензии. Гипсовую форму за­полняют шликером, вы-держивают в таком состоянии до обра­зования на внутренней поверхности формы плотного слоя мас­сы требуемой толщины, а затем «сливают» излишний шли­кер. После подсушки форму разбирают и извлекают сырец.

Новые методы формования керамических изделий

Фирмы «Karl Handle» и «Haus Lingle» (Германия) предло­жили новую тех-нологию производства плиток и некоторых видов изделий хозяйственного назначе-ния. В конструкции ма­шины (рис. 4.2) предусмотрено электрофоретическое фор-мо­вание двух непрерывных керамических лент с последующим соединением их ме-жду собой поверхностями, обращенными к катоду. Образующийся в результате эле-ктролиза водород уда­ляется вместе с избыточным шликером, а кислород адсорби­руется цинком анодных барабанов, образуя оксид цинка. Предлагаемая технология требует меньше энергии, обслуживаю­щего персонала и производственных площадей, отличается уни­версальностью и простотой.

Рис. 4.2. Схема работы электрофоретической машины: 1 — отводящий шликеропровод; 2 — начало образования керамиче­ской ленты; 3 — катод; 4 — подводящий шликеропровод; 5 — аноды (цинковые барабаны); 6 — готовая ке-рамическая лента; 7 — отводя­щий конвейер.

Фирма «Jeil Architectur» (Германия) предлагает литьевую технологию дву-хслойного изготовления керамической ленты толщиной 3-4 мм путем нанесения на движущуюся ленту двух различных по составу шликеров, имеющих разную уса-дку для ликвидации деформаций при сушке и об­жиге. Фирмой организовано про-изводство крупноразмерных керамических плит под названием «керамфанера».

В НИИстройкерамики разработан способ и внедрена опытная линия изготов-ления непрерывной керамической ленты шириной 150 и толщиной до 6 мм. В основе новой технологии лежит метод вакуум-фильтрации жидкой керамической сус­пензии (рис. 4.3). В емкость 8 установлен цапфовый барабан­ный вакуум-фильтр 1, конструкция которого позволяет полу­чать под полотном 2, 4, огибаю-щим барабан, разряжение 0, 08 МПа. При частоте вращения барабана диаметром 0, 5 м 10 об/ч на сходящем полотне 2, изготовленном из ткани, в результате ваку-ум-фильтрации образуется слой массы толщи­ной около 6 мм. Полотно вместе с керамической массой про­двигается в подвялочное устройство 3, где влажность массы снижается с 27-30 до 24-25%, и керамический лист легко от­деляется от фильтровального полотна на натяжном барабане 5. После съема с фильтроваль-ного полотна керамический лист (или непрерывная лента) направляется на роли-ковую сушил­ку 6, а затем в роликовую печь. После снятия керамической ленты полотно 2 промывается в специальном устройстве 7. На валу вакуум-барабана подвешивается маятниковая мешал­ка 9, которая во время работы линии непреры-вно перемеши­вает находящуюся в емкости 8 суспензию.

Рис. 4.3. Поточно-конвейерная линия для производства керами­ческой лен-ты методом вакуум-фильтрации.

Сушка является важным этапом производства керамики. Под сушкой пони-мают процесс удаления влаги из принявше­го законченную форму сырца.

Естественная сушка производится в сушильных сараях, представляющих собой навесы, под которыми на стеллажах или утрамбованном поде устанавливает-ся сырец. Недостатками естествен­ной сушки являются ее непостоянство и продол-жительность (до 20 суток), необходимость иметь большие сушильные пло­щади и большая трудоемкость.

Искусственная сушка осуществляется за счет регулируе­мого подвода энер-гии (теплоносителя). В зависимости от режима работы сушилки подразделяются на устройства перио­дического (камерные) и непрерывного действия (туннельные, кон-вейерные и др.). В сушилках периодического действия тем­пература и влажность теп-лоносителя непрерывно изменяются во времени. В сушилках же непрерывного дей-ствия эти пара­метры теплоносителя изменяются по длине рабочего туннеля, остава-ясь неизменными во времени для каждой ее зоны.

Теплоносителем для сушки изделий служит горячий воз­дух, специально по-догретый в калориферах или отбираемый из печей, в которых он нагревается за счет охлаждения изде­лий, а также отходящие от печей газы.

Новейшие методы (кондуктивного, диэлектрического, сверх­высокочастот-ного и инфракрасного излучения) сушилок и кон­струкции сушил позволяют производить процесс сушки более эффективно. Эти методы основаны на по-вышении температу­ры изделий без участия газовой (воздушной) среды как пере­датчика теплоты. Например, при нагреве сырца инфракрасны­ми лучами происходит поглощение материалом лучистой энер­гии, которая, преобразуясь в тепловую, быстро проникает в тело изделий, способствуя диффузии.

Обжиг — процесс высокотемпературной обработки глиня­ного сырца, в результате которой он превращается в камнеподобное тело, стойкое к механи-ческим, физическим и химиче­ским воздействиям. В процессе нагрева при раз-личных темпе­ратурах глинистые минералы и компоненты керамической ших­ты претерпевают ряд сложных физико-химических изменений, связанных с фазо-выми превращениями, разложением, частич­ным плавлением, кристаллизаци-ей новообразований и реак­циями в твердой фазе.

Для обжига изделий строительной керамики применяют печи периоди-ческого (камерные) и непрерывного обжига с ис­пользованием твердого (уг-ля), жидкого (мазут) и газообраз­ного топлива.

Кольцевые печи имеют обжигательный канал эллипсообразной фо-рмы, перекрытый полуциркульным сводом (рис. 4.4). Обжигаемые изделия за-гружаются в канал и оста­ются неподвижными, а зоны обжига непрерывно пе-ремеща­ются относительно материала. Весь канал условно разделен на каме-ры (в зависимости от печи их может быть от 12 до 36), каждая из которых име-ет в стене рабочее окно (ходок) для загрузки и выгрузки изделий. Топливо в печь подается через топливные трубочки, расположенные в своде печи, или через горелки, установленные в стенах.

Рис. 4.4. Схема работы (а) и разрез (б) кольцевой печи: 1 — дымовые оче-лки; 2—дымовой конус; 3 — дымовой канал; 4 — ходок; 5 — рассыпной строй; 6 — клапан рассыпного строя; 7 — штанга; 8 — топливные трубы.

Туннельные печи имеют прямолинейный канал, по которому пере-мещаются вагонетки с уложенными на них из­делиями вдоль канала через неподвижные зоны обжига (рис. 4.5). По длине печь условно разделена на три зоны: зону подогрева с температурой от 50 до 800°С, зону обжига — от 800 до 1000°С и зону охлаждения с температурой 1000 - 50°С. Разгрузка готовой продукции происходит вне канала печи.

В щелевых печах керамические изделия движутся в обжиговом кана-ле по роликовому или иному конвейеру в один ряд по высоте, что обеспечива-ет равномерность обжига, со­кращает его продолжительность и уменьшает ра-сход топлива. Применение таких печей позволяет создать поточность техно­ло-гического процесса и улучшить условия труда.

Рис. 4.5. Туннельная печь Гипрострома (Киев): а — зона подогрева; б — зона взвара (7 — кладка печи; 2 — воздухопро­вод; 3 — газопровод); в — схема тепловых зон.