Производство ковровой керамики

Воздушная усадка (усушка) глин—уменьшение размеров и объема сырцового изделия. В процессе сушки вода испаряется, толщина водных оболочек вокруг глинистых частиц сокращается и отдельные частицы глины сближаются между собой, в результате чего происходит воздушная усадка. Воздушную усадку выражают в процентах от первоначального размера сырцового изделия.

Огневая усадка глин — изменение размеров и объема''при обжиге изделия. При обжиге наиболее легкоплавкие соединения глины переходят в состояние жидкости, которая обволакивает нерасплавившиеся частицы и частично заполняет промежутки между ними.

Огнеупорность — свойство глин выдерживать действие высокой температуры без деформации. Глины вследствие неоднородности состава не имеют определенной температуры плавления. При действии высоких температур они размягчаются и постепенно деформируются. По огнеупорности различают глины трех групп: огнеупорные (огнеупорность выше 1580 °С), тугоплавкие (1350...1580 °С) и легкоплавкие (ниже 1350 °С).

В данном курсовом проекте в качестве глинистого компонента используется глина веселовская.

 

2.1.2 Корректирующие добавки

 

Для уменьшения усадки при  сушке и обжиге, а также для  предотвращения деформаций и трещин в жирные пластичные глины вводят искусственные или природные  отощающие материалы.

В качестве искусственных  отощающих материалов используют дегидратированную глину и шамот, а также отходы производства (котельные и другие шлаки, золы, очажные остатки и т.д.). Дегидратированную глину получают нагреванием обычной глины примерно до 600-700°С (при этой температуре она теряет свойство пластичности) и применяют в качестве отощителя при производстве грубой строительной керамики. Шамот изготовляют путем обжига огнеупорных или тугоплавких глин при температурах 1000 - 1400°С. Шамот является основным сырьем в производстве огнеупорных шамотных изделий.

К природным отощающим материалам относятся такие вещества, которые неспособны в смеси с водой образовывать пластичную массу, например кварцевые пески, пылевидный кварц.

Введение в глину плавней  способствует понижению температуры  ее спекания. К числу плавней относятся  полевые шпаты, железная руда, доломит, магнезит, тальк и др.

В качестве добавок в данном курсовом проекте используются перлит и стеклобой для снижения температуры спекания и мел в качестве выгорающей добавки.

 

2.1.3 Клеи для изготовления ковров

 

Клей для изготовления ковров должен прочно крепить керамику к бумаге, легко смываться, не разрушать  бумагу и плитки и не вызывать изменения  цвета плиток, не загрязнять лицевую  поверхность керамического ковра, не давать после пропарки на поверхности  плиток несмываемых пятен, не быть токсичным.

При изготовлении ковров используют в основном клеи – костный, синтетический, из отходов муки.

Костный клей (галерту) приготовляют следующим образом. Выпускаемый промышленностью  костный клей (ГОСТ 2067—71)  добавляют в горячую воду температурой 80°С из расчета 1 мас. ч. галерты на 1 мас. ч. воды. Затем клей варят в водяной бане при этой температуре в течение 1 ч. В процессе варки клей периодически помешивают. При нанесении клея на бумагу его температура должна быть не менее 40°С. Плотность готового клея 1,07—1,12 г/см³, влажность 25%. При наборе особой партии ковров, рассчитанных на более длительное хранение, в клей добавляют технический глицерин — 0,4% от массы клеи.

Ковры, изготовленные на костном  клее, сушат либо на стеллажах не менее 4 ч при температуре 18—20°С, либо в сушилках при скорости движении воздуха 3 м/с и температуре 35—50°С.

Синтетический клей представляет собой смесь мочевиноформальдегидной смолы МФ и водного раствора натриевой карбоксиметил целлюлозы КМЦ или мочевиноформальдегидную смолу, стабилизированную аммиачной водой. Клей приготовляют следующий образом. За сутки до приготовления синтетического клея порошок КМЦ замачивают в 11-кратном количестве воды. После интенсивного перемешивания в пропеллерной мешалке в течение 30 мин раствор оставляют набухать. На следующий день перемешивают при комнатной температуре 10 мас. ч. смолы МФ и 3,5—4,5 мас. ч. 8%-кого раствора КМЦ. Используют клей не ранее чем через 3 ч после приготовления. Температура клея при нанесении должна быть не ниже 15°С, плотность не выше 1,2 г/см³.

Ковры на синтетическом клее следует сушить в сушилках с температурой теплоносителя 50 - 70°С. Срок сушки при 50°С 30 мин, при 70°С-15 мин.

Клей из отходов муки готовят  следующим образом. В котел заливают воду из расчета три объема воды на один муки и подогревают до 90—100°  С, Затем высыпают муку и помешивают при нагревании, пока мука не заварится  в клейстер. Полученный клей пропускают через краскотерку для получения  массы однородной консистенции. Затем  клей охлаждают и полают к рабочему месту. [2]

 

2.1.4 Глазурь

 

При скоростном однократном обжиге используют глазури, температура начала размягчения которых не более  чем на 150—200° С ниже максимальной температуры обжига плиток. С подъемом температуры вязкость расплава должна резко снижаться, что обеспечивает получение плиток с качественным глазурным покрытием без наколов  и разрывов глазури. При этом рекомендуется  плитки подогревать быстро (6—9 мин), при 800—950°С (до начала размягчения  глазури) выдерживать 15—25 мин для  более полного удаления из черепка  и глазури газообразных продуктов. Затем быстро нагревают плитки до максимальной температуры обжига и  выдерживают при этой температуре 10—15 мин.

В состав глазури для однократного обжига вводят больше глинистой добавки (до 10%) или других веществ для  лучшего сцепления глазурной  суспензии с поверхностью необожженной плитки. Большинство глазурей, предназначенных  для однократного обжига фасадных плиток, могут быть использованы и для  двукратного обжига.

Из приведенных составов чаще всего  при скоростных режимах обжига применяют  глазури К 33 и ЗЗБ. Их используют при однократном обжиге при температуре 960—1000° С фасадных глазурованных  плиток размером 48*48*4 мм, 125*60*7 мм. Могут быть использованы и при двукратном обжиге.

Для получения глазури глубокого  черного цвета применяют смесь  фритт № 33 и 25 с добавкой соответствующего красителя.

В данном курсовом проекте используется глазурь № 33.

 

2. Выбор состава и расчет сырьевой массы

 

В состав сырьевой массы  входят 4 компонента: глина веселовская, перлит, стеклобой и мел.[2] Состав шихты представлен в таблице 2.

 

Таблица 2 – Состав шихты

Наименование материала	Содержание компонентов
	%
Глина веселовская	60
Перлит	21
Стеклобай	16
Мел	3
Всего	100

 

Состав глазури №33 представлен  в таблице 3.

Таблица 3 – состав глазури  № 33

Компонент	%
Фритта	90
Глина	10
КМЦ	0,25

 

Таблица 4 – состав фритта для глазури №33

Компонент	%
Кварцевый песок	35
Глинозем	6,5
Углекислый магний	2
Окись цинка	1,5
Углекислый барий	4,4
Борат кальция	26
Кристаллическая бура	16,5
Циркон	8

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА

 

1. Обоснование выбора способа производства и технологической схемы

 

Керамические материалы и изделия  имеют разнообразные размеры, форму, физико-механические свойства и различное  назначение, но основные этапы технологического процесса производства их примерно одинаковы  и складываются из добычи сырьевых материалов, подготовки сырьевой массы, формования изделия (сырца), сушки, обжига, сортировки, упаковки и хранения их на складе. Сырьевую смесь готовят  полусухим, пластическим или мокрым (шликерным) способами. Выбор того или иного способа зависит от свойства сырьевых материалов, состава керамических масс и способа формования, а также их размеров и назначения. Производство изделий складывается из следующих основных операций: добычи и хранения сырья, подготовки отощающих и других добавок, составления и обработки массы, формования сырца, его сушки и обжига.

Изделия изготавливают двумя способами, которые отличаются методом оформления сырца.

Способ пластического  формования предусматривает в процессе переработки исходных материалов для разрушения природной текстуры глины, получение пластичной глиняной массы обычно с влажностью 18 – 23% с последующим формованием сырца на ленточных прессах путем продавливания массы через мундштук или механическим штампованием при низких давлениях заготовок, полученных на ленточном прессе. Затем сырец подвергается сушке и обжигу. Пластическим способом выпускают керамический кирпич пластического формования, керамические камни, черепицу, трубы и др.

При этом переработку исходных материалов для  получения однородной пластичной массы  можно осуществлять в естественном и сыром виде, когда предварительно сшихтованные глину и добавки последовательно обрабатывают на ряде машин и «сухим» способом. В последнем случае материалы путем дробления, сушки и тонкого измельчения превращают в порошки, которые затем смешивают, увлажняют и обрабатывают в пластичном состоянии.

Способ  полусухого; прессования предусматривает  переработку исходных материалов по «сухому» способу для получения  однородной смеси порошков (шихты) с  влажностью 8 – 14%, которую прессуют (штампуют) на механических прессах при высоких удельных давлениях порядка 100 – 250 кг/см².

Оба способа  имеют свои преимущества и недостатки. Способ пластического формования позволяет  выпускать изделия в широком  ассортименте, более крупных размеров, сложной формы и больше пустотности. В отдельных случаях предел прочности при изгибе и морозостойкости таких изделий выше, чем у изделий, полученных способом полусухого прессования из того же сырья. При переработке глин в сыром виде схема подготовки сырья несколько проще и экономичнее.

Недостатком способа пластического формования является большая длительность технологического цикла за счет процесса сушки сырца, продолжающегося от 1 до 3 суток. Низкая прочность сформованного сырца, в особенности пустотелого, большая  усадка материала при сушке и  наличие отдельного процесса сушки  затрудняют возможность механизации  трудоемких операций при садке сырца  на сушку, перекладки высушенного сырца  для обжига и совмещения в одном  агрегате процессов сушки и обжига.

Способ полусухого прессования  обеспечивает получение изделий  более четкой формы. Незначительная влажность сырца позволяет в  ряде случаев исключить самостоятельный  и короткий процесс досушки, перенеся его в печь. Высокая прочность отформованного сырца позволяет в случае обжига в туннельных печах производить многорядную садку непосредственно на печные вагонетки, минуя ручной процесс перекладки с сушильных вагонеток на обжиговые.

Выбор способов производства и подготовки массы определяется свойствами глинистого сырья, сложностью шихты, формой и размерами  изделия и требованиями к качеству обожженного материала. При этом стремятся наиболее полно и целесообразно  использовать специфические свойства каждого типа глины.

Если  глинистое сырье легкоплавкое, неспекающееся, имеет много примесей, определяющих невысокую пластичность, связность  и неоднородный цвет изделия после  обжига, то его можно использовать только для получения простых  по форме, наиболее грубых по структуре  и пористых изделий  – полнотелого и пустотелого кирпича с небольшой пустотностью. Если сырье при увлажнении хорошо размокает, легко перерабатывается с добавками и без них в достаточно однородную массу с невысокой чувствительностью к сушке, рационален способ пластического формования с более простой подготовкой массы.

При малопластичных, плохо размокающих, трудно перерабатывающихся или имеющих большую чувствительность к сушке глинах возможен способ полусухого прессования. Изготовление тонкостенных изделий сложного профиля (например, фасадных изделий) больших размеров и пустотностью при сложной шихте и большом проценте добавок (до 30 – 50%), требующих тщательной шихтовки и обработки массы, производят по наиболее сложной схеме – методом пластического формования с «сухой» подготовкой массы.

Способ  производства устанавливают на основании  всестороннего исследования глинистого сырья в лабораторных и полупроизводственных условиях с учетом использования  местных материалов, например песка  и отходов производства: шлака, опилок, паровозной изгари, угольной мелочи и  др., которые служат отощающими и выгорающими добавками.