Производство твердого фарфора

В зависимости от состава, технологических условий производства и физико-технических свойств различают изделия из твердого и мягкого фарфора. Из твердого фарфора изготовляют изделия бытового (хозяйственно­го) и электротехнического назначения. К твердому фар­фору причисляют высокоглиноземистый фарфор и дру­гие разновидности. Среди всех фарфоровых изделий 95% из твердого фарфора.

Сырьевыми материалами для производства фарфо­ровой посуды являются: каолины обогащенные для ке­рамических изделий (ГОСТ 21286—75 с изм.); глины бе-ложгущиесяд высокопластичные Веселовского месторож^ дения (МРТУ 21-40-69), а также Трошковского месторо­ждения высшего и 1-го сортов (РСТ РСФСР 305-72); глины бентонитовые для тонкой керамики (ГОСТ 7032— 75);.полевой шпат кусковой для тонкой керамики (ТУ 21-25> 97-72); пегматит (ГОСТ 7030—75 с изм.);. песок кварцевый длятонкой керамики (ГОСТ 7031—75)1' гли­нозем технический (ГОСТ 6912—74 с изм.); доломиты Мелехово-Федотовского месторождений (ТУ 21-01-135-67); кварциты вторичные Гусевского месторождения (РСТ РСФСР 432—73); мел природный обогащенный (ГОСТ 12085—73 с изм.); бой фарфоровый первого и второго обжига (нераскрашенный).

Массы изделий классического твердого фарфора со­держат 50% глинистых материалов (глины, каолины), 2б% полевого шпата, 25% кварца.

Предварительно кусковые каменистые материалы: кварц, полевой шпат, пегматит, доломит и мрамор, а в случае загрязнения и политой фарфоровый бой — промы­вают в моечном барабане, сортируют и обжигают при 850—900°С. Затем их измельчают на бегунах с гранит­ными или кварцитовыми катками и подом с самоотсе­вом или на бегунах, работающих в замкнутом цикле с ситом-бурат или вибрационным ситом и магнитным се­паратором. Полевошпатовые материалы просеивают че­рез сито № 1, 25 (37, 2 отв/см2), кварц и бой изделий — через сито № 09 (64 отв/см2), кварцевые отходы каоли­нового производства — через сито 4 отв/см2.

Тонкое измельчение каменистых материалов произ­водят в шаровых мельницах мокрого помола при соот­ношении (по массе) размалываемых материалов, шаров и воды 1: (1, 2: —1, 8): 1. При каждой загрузке материалов добавляют мелющие тела соответственно их истираемо­сти: для кремневых шаров — 0, 05%, для уралитовых — 0, 025% массы мелющих тел за 1 ч работы мельницы. Помол ведут дифференцированно. Сначала измельчают в течение 2, 5—3 ч кварцевые материалы и бой политых изделий, после этого загружают и размалывают полево­шпатовые материалы и бой изделий первого обжига. Для ускорения процесса измельчения и повышения ме­ханической прочности массы в воздушно-сухом состоя­нии рекомендуется добавлять при помоле ССБ в коли­честве 1% по массе сухого размалываемого материала.

Глинистые материалы, отходы при сушке и обрезки распускают в воде, чтобы довести влажность суспензии до 65—70%. Количество отходов сушки и обрезков не должно превышать 30% общего объема глинистых ма­териалов в массе. Допускается роспуск глинистых мате­риалов в шаровых мельницах, в которые их загружают по окончании измельчения каменистых компонентов, до­малывая совместно в течение 2—3 ч.

Суспензии, поступающие из мешалок и шаровых мельниц, перед подачей в сборники-смесители пропуска­ют через сито № 02 (918 отв/см2). Суспензию из сбор­ников-смесителей процеживают на виброситах № 009 (3460 отв/см2) и подвергают магнитному обогащению. Готовая суспензия должна иметь остаток в пределах 0, 5—1% на сите № 0056 (10085 отв/см2).

Готовую суспензию влажностью 55—60% подают в расходные сборники, оборудованные размешивающими механизмами. Для облегчения и ускорения процесса по­следующей фильтрации суспензию в этих сборниках по­догревают до температуры не более 45е С.

Обезвоживание суспензии до получения массы влаж­ностью 20—25% производят на фильтр-прессах. Давле­ние фильтрации 1—1, 5 МПа. Далее массу проминают на вакуум-прессах, после чего выдерживают ее в закрытом помещении не менее 10 сут в условиях повышенной влажности или двукратно проминают на вакуум-прессах при-разрежении не менее 0, 06 МПа.

При подготовке глазури компоненты измельчают в шаровых мельницах путем совместного помола до ве­личины частиц, характеризующейся остатком не более 0, 02—0, 05% на сите № 0056. Влажность глазурной сус­пензии 45—50%. В качестве мелющих тел применяют только кремневую гальку диаметром 15—20 мм. Соотно­шение М: Ш: В составляет 1: 1, 5: (0, 9—1). Глазурную сус­пензию процеживают через двойное вибросито № 009 и № 0071 (соответственно 3900 и 6400 отв/см2) и подвер­гают магнитному обогащению.

Формуют фарфоровую посуду из пластичной массы в гипсовых, полихлорвиниловых и других формах на ме­ханизированных формовочных станках, полуавтоматах или автоматах, а также отливают из шликера в гипсо­вых формах на литейных машинах или стендах.

Влажность пластичной массы для плоских изделий, формуемых на полуавтоматах с роликовым шаблоном, должна быть 20—22%, для плоских изделий, формуе­мых на шпиндельных формовочных станках, — 22—23%, для чашек, кружек, пиал, чайников, сахарниц, сливоч­ников, формуемых на шпиндельных станках, — 24—26%, для крышек и бомз, формуемых на полуавтоматах, — 19-21%.

При снижении влажности изделий до 12—18% про­изводят их оправку мелкозернистой шлифовальной шкуркой. Абразивной шкуркой и резаком оправляют края плоских изделий, а внутреннюю поверхность за­глаживают влажным поролоном только при наличии на ней исправимых дефектов или для удаления пыли. Под­вяленные чашки и кружки выправляют после выемки из форм. Отделку и приставку ручек, носиков и других деталей производят вручную или при помощи специаль-. ных полуавтоматов. В случае необходимости подбивку приставленных деталей производят после окончательной сушки.

Сушат изделия в один или несколько приемов: блюд­ца—в один, тарелки —в один или два. Длительность сушки в одни прием 2—3 ч. Сушка полых изделий обыч­но осуществляется в два приема, а при приставке дета­лей по «сухому» корпусу изделия — в три. При сушке в два приема изделия при первой сушке в конвейерной сушилке подвяливаются в гипсовой форме до влагосо1-держания от 15—17% (чашки, кружки) до 16—18% (чайники, сахарницы, пиалы и др.). Продолжительность подвялки в формах от 1 до 2 ч при температуре тепло-носителя от 35—40° С до 65—70° С и относительной влажности теплоносителя 50—30%. Одностадийная суш­ка плоских изделий на гипсовых формах в конвейерных конвективных сушилках длится 3—4 ч и требует трех­кратного количества форм по сравнению с высушивани­ем изделий за 1 ч.

Более прогрессивна двухстадийная сушка изделий: на первой стадии — направленным потоком теплоноси­теля, нагретого до 70—75° С при скорости 16—17 м/с, на второй — конвективным способом. Досушка плоских из­делий после снятия с гипсовых форм до влажности 1, 5—2, 5% осуществляется в конвейерной сушилке за 1—1, 2 ч при 85—100° С, а полых изделий за 3 ч при температуре теплоносителя 45—50°С и относительной его влажности 50—35%.

Перед первым обжигом тонкостенные чашки и блюд­ца склеивают попарно, что устраняет возможность де­формации и «засорки», повышает плотность садки, ис­ключает потребность в бомзах. Мастика для склеивания состоит из 33% клея столярного, 10% глинозема обож­женного, 10% кварца молотого, 47% воды.

Первый обжиг осуществляют в печах непрерывного действия. Влажность изделий, поступающих на обжиг, не должна превышать 2% при обжиге в туннельных пе­чах и 1 % при обжиге в конвейерных печах. Температу­ра обжига должна быть 900—1000° С. Печная среда — сильно окислительная. Продолжительность обжига в туннельной печи 6—14 ч, в щелевой с сетчатым подом 1—1, 2, в щелевой с роликовым подом 3—3, 5, вертикаль­ной щелевой 0, 5—Л ч. Расход условного топлива 0, 55— 0, 65 кг на 1 кг изделий.

Обожженные изделия с небольшими дефектами опг равляют абразивной шкуркой, отставшие детали повтор­но приставляют.

Глазурование изделий производят на полуавтоматах или конвейерных линиях, организуемых по следующим технологическим схемам: при механизированном спосо­бе—очистка полуфабриката от пыли, глазурование на глазуровочных машинах, зачистка опорных поверхностей (ножек, краев) на машинах для зачистки глазури, скле­ивание попарно изделий для обжига; вручную — очист­ка полуфабрикатов от пыли, пропитка опорных поверх­ностей изделий расплавленным парафином, ручное гла­зурование изделий, зачистка опорных поверхностей, склеивание попарно изделий для обжига.

Нормальная плотность глазурной суспензии для гла­зурования утельных изделий в зависимости от водопо-глощения черепка — 1, 35—1, 42 г/см3, для глазурования при однократном обжиге высушенных изделий — 1, 38— 1, 45 г/см3.

Второй обжиг изделий в зависимости от состава мас­сы осуществляют при 1350—1410° С. Считается, что оп­тимальная температура обжига фарфора должна состав­лять 80—85% его огнеупорности.

Политой обжиг по технологическим соображениям делят на пять периодов (рис. 103). Первый: подогрев до 250—300° С, среда — окислительная, содержание С02 5—6%, скорость подъема температуры до 125° С в 1 ч. Второй: подогрев до 900—940° С, среда — окислительная, содержание С02 9—14%, скорость подъема температу­ры 200—250° С в 1 ч и более. Третий: выдержка при 940—1040° С, среда — сильно окислительная, содержание 02 8^10%, С02 10—12%, скорость подъема температу­ры снижают до 12—25° С в 1 ч. Четвертый: период вос­становительного огня, температура 1040—1280°С, содер­жание С02 15—17%, 02 0, 5—1%, СО + Н2 2—6%, ско­рость подъема температуры 30—50° в 1 ч. Пятый: пе­риод нейтрального огня от 1280° С до конечной темпера­туры обжига 1350—1410°С, содержание С02 16—19%, 02 0, 5—3%, СО 1—2%. Коэффициент избытка воздуха а=1, 05.

Выдержка изделий при максимальной температуре обжига в течение 1—1, 5 ч способствует повышению со­держания жидкой фазы, более равномерному распреде­лению в ней кристаллических фаз, газовых пузырьков. Выдержка не должна быть длительной. Однако корот­кая выдержка при высокой конечной температуре об­жига обусловливает образование крупных, беспорядочно

располагающихся в жидкой фазе игл муллита. Чрезмер­но короткая выдержка не обеспечивает протекания до конца процессов фарфорообразования и требуемого роз­лива глазури. При обжиге фарфоровых изделий в тун­нельных печах продолжительность выдержки составля­ет 3—6% общей длительности обжига.

Аэродинамический режим в туннельной печи следую­щий: в зоне подогрева — разрежение, в зоне большого огня — слабо положительное давление, в зоне охлажде­ния — положительное давление. В подвагонеточном ка­нале давление должно быть на 1 Па меньше, чем в печ-ho^l канале.

'Для того, чтобы повысить белезну фарфоровых изде­лий, снижают температуру начала окислительной вы­держки и скорость нагрева, повышают содержание в печных газах кислорода, снижают температуру начала восстановительного периода, повышают концентрацию в печных газах продуктов неполного сгорания топлива, увеличивают длительность этого периода, удлиняют про­должительность конечной выдержки при умеренной тем-пературеГСоздание слегка восстановительной (содержа­ние СО^—0, 4%) газовой среды на участке первых пяти позиций вагонеток в зоне охлаждения туннельной печи способствует повышению белизны фарфоровых изделий на 3—4%,

Обработку обожженных изделий для улучшения их товарного вида и устранения исправимых дефектов про­изводят в следующем порядке: шлифовка и полировка краев изделий, обжигаемых на бомзах или склеенных по­парно; шлифовка или зачистка ножек; шлифовка и по­лировка «засорки», выбоин и щербин.

Края полых изделий, обжигаемых на бомзах, а так­же чашек и блюдец, обжигаемых склеенными попарно, шлифуют и полируют на карусельных полуавтоматах с помощью абразивных лент следующей зернистости: для грубой шлифовки — 16—25, для окончательной шлифов­ки — 10—12, для полировки — 3—6 мкм.

Ножки тарелок, крупных полых и плоских изделий шлифуют на шлифовальных станках с помощью абра­зивных кругов, покрытых синтетическими алмазами обычной прочности.

«Засорку» на изделиях, а также небольшие щербины и зашибы края сошлифовывают на шпиндельных стан­ках с помощью кругов из синтетических алмазов высо­кой прочности или абразивных кругов марки Э946СТ 19КВ.

Затем изделия сортируют по степени деформации и раскраске. Рассортированную продукцию маркируют, на­нося при помощи штампа товарный знак (клеймо). То­варный знак ставят по центру дна изделий надглазур-ными красками с последующим закреплением их обжи­гом.

Декорируют фарфоровые изделия в основном над--глазурным декором. Для нанесения декора используют все способы надглазурного декорирования (см. рис. 96) и их комбинации.

При обжиге изделий с надглазурным декором со­блюдают следующий режим термообработки: обжиг ведут в окислительной атмосфере, температура обжига должна соответствовать паспортным данным обжигае­мых красок, длительность выдержки при максимальной температуре не менее 8—10 мин, охлаждение изделий в интервале температур 650—500° С замедляют по срав­нению с другими периодами.

Во время обжига нельзя допускать быстрого повы- -шения температуры в печи, приводящего к вскипанию красок, более высокой температуры обжига по сравне­нию с установленной для данного номера краски, что­бы предупредить изменение тона краски или полное ее

обесцвечивание вследствие пережога, а также восста­новительной газовой среды, вызывающей закопченность красок (задымление и сероватость оттенков).

Упаковку, транспортирование и хранение готовых из-делений производят в соответствии с действующей норма­тивно-технической документацией.

Организация производства изделий на автоматизиро­ванных линиях. Совершенствование технологических процессов, создание прогрессивных тепловых агрегатов (радиационных сушилок, щелевых печей и др.), освое­ние однократного скоростного бескапсельного обжига позволяют по-новому решать вопросы организации про­изводства изделий на поточных механизированных ли­ниях.

Эксплуатация поточных линий подтвердила возмож­ность сократить цикл производства на участках от фор­мования до политого обжига до 10 ч включительно при однократном обжиге и до 15 ч при двукратном. По срав­нению с длительностью производственного цикла при использовании обычной технологии и обжиге в туннель­ных печах количество производственных операций и расход топлива сократились в 3 раза, а электроэнергии в 6 раз.

Отличительной особенностью современного формо­вочного оборудования, используемого на автоматизиро­ванных линиях, является его высокая производитель­ность — 3, 6—4, 2 тыс. тарелок в 1 ч, что обусловлено уве­личением числа шпинделей с 2—4 до 5—15 и компонов­кой их с сушилками и печами на одной линии.

На рис. 104 изображена автоматическая линия ФЛТ-9 для формования и сушки фарфоровых тарелок, разработанная в ОМА-45 ЦПТКБ Минлегпрома РСФСР. Дозирование массы осуществляется струйным дозато­ром от вакуум-мялки ВМ-220. Отрезанные заготовки из двухручейкового мундштука вакуум-мялки одновремен­но подаются на две формы. После окончания формова­ния шпиндели опускаются, оставляя формы с изделиями на захватах конвейера, который перемещает их на по­зицию сталкивания на полки сушилки. Форм в сушилке 804, люлек—135. Температура сушки 70—95° С, продол­жительность ее 30 мин, расход воздуха 40 м3/4-

Сдвиг формы с конвейера (одновременно сдвигает­ся 12 форм) производится периодически через каждые 21, 6 с во время его останова. За это время конвейер совершает три передвижки, автомат — соответственно три формовки и цикл работы повторяется.

Производительность линии составляет 0, 8 тыс. таре­лок в 1 ч. Обслуживает линию один оператор. На базе этой линии создана новая — производительностью 1, 2 тыс. изделий в 1 ч. В нее включен полуавтомат для двухстадийного формования тарелок и участок их суш­ки направленным потоком теплоносителя, механизмы для съема изделий после сушки, зачистки края и по­верхности, укладки тарелок в стопки.

На автоматизированной линии для производства ча­шек, также разработанной ОМА-45 ЦПКТБ Минлегпро-ма РСФСР, технологические операции выполняются в последовательности, указанной на рис. 105. Гипсовая форма подается автоматически на участок дозирования массы 1. Приготовление заготовок массы диаметром 48—50 мм и выдача их в гипсовые формы осуществляет­ся двухмудштучным шнековым вакуумным дозатором 2 производительностью до 1, 5 тыс. изделий в 1 ч. Величи­на разрежения 0, 09 МПа. Отрезаются заготовки элект­ромагнитным резаком. Гипсовая форма 3, заполненная массой, вынимается из гнезда конвейера подъемным шпинделем, и при последующем ходе его вверх в ней формуется корпус чашки. Срезанные излишки мас­сы удаляются по конвей­еру 4. После формова­ния корпуса чашки и установки гипсовой фор­мы в гнездо конвейера производится контроль­ная фиксация ее на пози­ции 5.

Предварительная суш-•ка изделий в гипсовой форме происходит в лен­точной конвейерной су­шилке 6 воздухом, нагре­тым в калорифере до тем­пературы 300° С и пода­ваемым направленным потоком. Продолжитель­ность сушки 2.мин. Да­лее изделие автоматиче­ски извлекается из гип­совой формы на позиции 7 и передается на оправ­ку 8 с одновременным контролем наличия изде­лия на переставителе. Оправляют поверхность изделия влажной губкой, край подрезают профиль­ным резцом. Перестави-телем 9 изделия подают­ся на позицию приставки ручек 10. Нанесение шликера на торцы ручек и приставка ручек к кор­пусу осуществляются ав­томатически. Перестави-телем 11 изделие пере­дается на позицию 12 для нанесения клея на край чашки с последую­щим склеиванием двух чашек на позиции 13 для

спаренной сушки и обжига. Окончательно высушивают спаренные изделия в одноканальной сушилке 14 возду­хом, нагретым до 400° С. Продолжительность сушки 1 мин. Высушенные изделия переставителем 15 переда­ются в щелевую печь для утельного обжига. Произво­дительность линии составляет 1, 44 тыс. изделий в 1 ч. Обслуживают линию 2 чел. Мощность, потребляемая линией, 25 кВт.

Представляют интерес поточные линии К/ДТе-А2 и К/ДТе-Ai народного предприятия «Тюрингия» (ГДР), предназначенные для изготовления глубоких и мелких тарелок диаметром 200—240 мм. Каждая линия состоит из узлов подготовки пластов, формования, сушилки для предварительной сушки изделий на формах и оконча­тельной досушки.

Массу влажностью 22, 5—24, 5% перед поступлением на формование по наклонному ленточному конвейеру с двойным разветвлением подают в двойной одношнековый вакуумный пресс, выдающий уплотненную скалку диаметром 80 мм, разрезаемую струнным гидравличе­ским устройством на отдельные заготовки требуемой ве­личины с помощью фотоэлемента. Загрузки вакуум-прес­са также контролируется фотоэлементом. Гипсовые фор­мы автоматически подаются на формующие шпиндели и удерживаются в формодержателях вакуумным присо­сом. Заготовки закладываются в формы под влиянием собственной массы. Формующая головка имеет электри­ческий обогрев, регулируемый двумя термостатами с точностью до 1—3°С.

Сформованные изделия поступают в конвейерную су­шилку, разделенную на три горизонтальные зоны пред­варительной (две нижние зоны) и окончательной (верх­няя зона) сушки. После подсушивания на форме изде­лия снимаются пневмосъемником и переставляются на полку для досушивания.

В нижней части зоны предварительной сушки прохо­дит конвейер с люльками, на которых размещены гип­совые формы с изделиями. Движение цепей нижней и верхней зон сушилки синхронизированы с работой фор­мовочного автомата. Теплоносителем является горячий воздух, получаемый в специальных нагревателях (паро­вых или водяных). Давление пара 0, 3—0, 5 МПа. Тем­пература теплоносителя в зонах предварительной сушки составляет 65—70° С, в зоне окончательной сушки — 95—110° С. Циркуляция воздуха, осуществляемая вен­тиляторами по всем трем зонам, обеспечивает равномер­ную сушку изделий (рис. 106). Производительность ли­нии достигает 1, 2 тыс. изделий в 1 ч.

На автоматизированных линиях для изготовления фарфоровых чашек фирмы «Сервис Инжинирс» (Анг­лия), установленных на отдельных фарфоровых заводах страны, выполняются следующие операции: подготовка заготовки, формование изделий, оправка и приставка ручек. Каждая операция выполняется агрегатами, работающими самостоятельно, но синхронно друг с другом. Последовательность выполнения технологических опера­ций на линии показана на рис. 107. Линию обслужива­ют 3 чел. Ее производительность 1, 2 тыс. изделий в 1 ч, потребляемая мощность 5 кВт.

Автоматизированная линия фирмы «Нейтчш» (ФРГ) предназначена для изготовления чашек и блю­дец четырех типоразмеров. Производительность линии достигает 20 млн. изделий в год. Конструктивно линия представляет собой комплекс узлов формования, сушки, оправки и приставки ручек (рис. 108).

Узел формования имеет четыре подъемных шпинделя и четыре формующие головки, закрепленные на трубча­той раме, расположенной над конвейером сушилки для предварительной сушки изделий. Во время формования для удержания гипсовых форм в шпиндельных голов­ках поддерживается вакуум 0, 06—0, 08 МПа.

Подсушенные изделия извлекаются из гипсовых форм подъемником переставителя с резиновыми при­змами для чашек и колпачками для блюдец. Кантова­тель, захватив изделия, поворачивается и устанавли­вает их на подставки полок горизонтального конвейера, подающего чашки под механизм зачистки краев. Зачи­стка краев блюдец на линии не производится.

На позиции приставки ручек с двух сторон конвейе­ра изделия приподнимаются подъемными штоками. Ка­ретка с уложенными в зажимы ручками по направля­ющим перемещается к изделиям. Приблизившись к по­следним, зажимы с ручками принимают вертикальное положение. Места приставки ручек к изделиям опрыс­киваются из пульверизатора жижелем. При дальнейшем движении каретки ручка прижимается к изделию, зажи­мы раскрываются и каретки возвращаются в исходное положение. В конце горизонтального конвейера опера­торы снимают изделия и переставляют их на подстав­ки, установленные на полках сушилки для окончатель­ной сушки при температуре 100°С до влажности 1%.

Вопросы для самопроверки

Состав твердого фарфора и особенности подготовки пластической массы для формования изделий.

Характеристика способов изготовления фарфоровых изделий,

Назначение первого обжига изделий и его особенности,

Способы глазурования фарфоровых изделий.

Особенности политого обжига изделий.

Принципы организации производства изделий на автоматизиро­ванных линиях.