Введення, тонка кераміка - технологія виробництва і види тонкої кераміки

Тонкокерамічних маси вимагають особливо ретельної підготовки. При цьому на кожному її етапі повинна бути гарантований захист керамічної маси від забруднення фарбувальними оксидами. Для подрібнення сухих глинистих матеріалів застосовують глінорезкі, молотковідробарки, дезінтегратори. Тонкий помел непластічних матеріалів виробляють в кульових млинах періодичної або безперервної дії сухим або мокрим способом з використанням в якості тіл, що мелють кремнієвої гальки, порцелянових куль або куль з високоглиноземисті мас типу «Ураліт». Тривалість помелу становить 6-12 год. Глинисті матеріали після грубого подрібнення розпускають у воді в лопатевих або пропелерних мешалках.

Формують тонкокерамічних вироби з сухих порошків, пластичних мас і рідких шликеров, але, як правило, у всіх випадках перший етап приготування тонкокерамічних мас - отримання шликера. Цей спосіб забезпечує найкраще руйнування природної структури глин і його перевага висока однорідність вихідної шихти.

Для підготовки первинного шликера отдозірованние і подрібнені непластичні матеріали і глинистий шликер змішують в пропелерної мешалке 40 - 90 хв і пропускають через вібросито для очищення від великих включень. Усереднення і зберігання маси здійснюється в збірних басейнах лопатевими тихохідними мішалками. Зазвичай отриманий в мешалках шликер має вологість 50--65%. Для зниження її в шликер вводять електроліти (рідке скло і ін.), Що дозволяють при збереженні плинності знизити вологість до 32--33%.

З рідких шликеров методом водного лиття можна виготовляти вироби як простої форми (плитка), так і складною (санітарно-технічні вироби). Однак з огляду на позитивні сторони шликерного способу підготовки мас (висока якість) і його недоліки (підвищена витрата палива), більшу частину шликеров підлягають попередньому зневоднення. Для формування пластичним способом його зневоднюють на фільтр-пресах до вологості близько 25% (рис. 1). При виробництві високоякісних виробів додатково двічі повторюють обробку маси на вакуум-м'яльницю спочатку в массозаготовітельном, а потім у формувальному цеху. При цьому з маси видаляються шкідливі домішки.

Для підготовки мас до напівсухому пресування шликера зневоднюють в розпилювальних сушарках (рис. 2). Суспензію розпилюють через форсунки, розташовані тангенціально до внутрішньої проверхності сушильної камери. Сушка крапель суспензії відбувається в підвішеному стані протягом 15-30 с в противотоке з потоком теплоносія. Розпилювальна сушка дозволяє механізувати процес і дає можливість отримувати прес-порошки з практично сферичних гранул практично одного розміру (30-40 мкм), що володіють високою сипучістю. Вибір способів підготовки мас і формування визначається видом виробів тонкої кераміки.

Сформований напівфабрикат піддають сушінню. Для виробів тонкої кераміки поряд з традиційними способами конвенктівной сушки в сушарках з повітряним або пароповітряним теплоносієм застосовують і інші способи сушіння. Найчастіше використовують радіаційний метод, коли сушильним агентом також є повітря, але він служить в основному для відводу вологи від висушуваних виробів, а нагрівання виробів і виділення вологи відбуваються за рахунок радіаційного нагріву від теплоізлучателей (газові Безполуменевий пальник, електролампи інфрачервоного випромінювання та ін.) .

Мал. 1. Схема камерного прес-фільтра: 1 - канал подачі шлікера; 2 - натискна плита; 3 - канали відведення фільтрату; 4 - фільтрувальна плита; 5 - фільтрувальна тканина

Мал. 2. Схема розпилювальної сушарки: 1 - сушильна камера; 2 - калорифер; 3 - вентилятор; 4 - розпилювальні форсунки; 5 - конічний підставу.

Високочастотна сушка заснована на перетворенні електричного струму частотою (1--6 МГц) в теплову енергію при проходженні через вологе тіло. В цьому випадку напівфабрикат сушиться не тільки з поверхні, але і по всьому об'єму, що призводить до істотного скорочення часу сушіння.

Специфічна операція в технології тонкої кераміки - глазурование. Глазур - тонке (0,1-0,3 мм) склоподібне покриття, що утворюється при випалюванні на керамічному виробі в результаті плавлення її компонентів, нанесених на виріб у вигляді водної суспензії. Поливання підвищує атмосферо і химстойкость виробів, їх водо і газонепроникність, покращує естетичні та декоративні властивості. У той же час правильно підібрана глазур «заліковує» поверхневі тріщини напівфабрикату і підвищує міцність виробів при стисненні на 40-50, при вигині - на 30-40%.

Складність підбору глазурі полягає в тому, що, з одного боку, температура її плавлення повинна строго перебувати в межах інтервалу спеченого стану, так як розлив глазурі на пористому виробі призводить до її вбирання в підкладку, а розлив на щільному виробі - до стікання. З іншого боку, хоча при випалюванні глазур взаємодіє з підкладкою і утворюється проміжний шар забезпечує їх зчеплення, глазур і підкладка мають різний температурний коефіцієнт лінійного розширення (ТКЛР) і відмінність між ними більш ніж в 20-30% призводить до утворення тріщин (Цеку) або відшаровування глазурі. За температурі розливу розрізняють глазурі: тугоплавкі, призначені для глазурування фарфору, з температурою розливу 1250--1400 ° С, і легкоплавкі, призначені для глазурування фаянсу гончарних виробів, з температурою розливу 900--1250 ° С.

Сировиною для приготування тугоплавких глазурі служать польовий шпат, кварц, каолін, а також добавки крейди і магнезиту. Вихідні матеріали піддають спільному мокрому помолу в кульовий млині і отриману водну суспензію наносять на вироби.

Для зниження температури розливу легкоплавких глазурей в них додатково вводять солі лужних або лужноземельних елементів, а також сполуки свинцю. Оскільки легкоплавкие глазурі містять водорозчинні компоненти, а також оксиди свинцю, вихідну шихту піддають фріттованія - сплавлению з частиною кварцу, що входить до складу глазурі. Це необхідно, тому що водорозчинні компоненти, переходячи в глазурований шликер, викликають порушення однорідності одержуваного покриття за рахунок їх концентрації в поверхневих шарах, а свинець зумовлює його токсичність. При фріттованія в результаті взаємодії з кремнеземом водорозчинні компоненти шихти стають нерозчинними, а свинецсодержащие з'єднання - нетоксичними. Отриманий стеклообразний склад (фриту) гранулюють, виливаючи в воду, гранули подрібнюють мокрим помелом з додаванням відсутніх компонентів, і отриманий глазурований шликер наносять на вироби. Відповідно такі глазурі називають фріттованнимі, а тугоплавкі, що не піддаються попередній обробці, сирими.

За прозорості глазурі розрізняють на глухі і прозорі. Колір і непрозорість глухих обумовлені введенням спеціальних добавок-глушників (оксиди олова, цирконію, цинку та ін.), Що виділяються в глазурі у вигляді мікрокристалів відповідної твердої фази. Їх наносять на облицювальні плитки і санітарно-технічні вироби з фаянсу і напівпорцеляни, виготовлені з використанням забарвлених глин. Забарвлення кольорових прозорої глазурі також обумовлена ​​введенням барвників - оксидів або солей металів зі змінною валентністю (Сі, Ni, Со, Сг, Мп). Розчиняючись в глазурного шарі, барвники надають йому відповідний відтінок внаслідок утворення забарвлених силікатів.

Роботи з нанесення глазурі передує очищення поверхні від жирних плям і пилу щітками або стисненим повітрям під високим тиском. Глазурований шликер наносять на вироби різними способами - зануренням, пульверизацією або поливом на конвеєрі.

Поливання товстостінних виробів проводять після їх сушіння. Тонкостінні вироби щоб уникнути їх розмокання в глазурного шлікером і подальшої деформації спочатку підлягають попередньому утельного випалу, а потім глазуруванню.

Найбільш поширені вироби тонкої будівельної кераміки - плитка фасадна, плитка облицювальна і плитка для підлог.

Плитки фасадні дрібногабаритних розміром 48x48, 22x22 мм, товщиною 3-4 мм і плитки типу «кабанчик» розміром 60--65, 120-- 125 мм, товщиною 6-8 мм знайшли широке поширення в великопанельному житловому будівництві. Їх випускають глазурованими і неглазурованими. Найбільш поширене їх виробництво (рис. 3) способом напівсухого пресування з прес-порошків з вологістю 6-8%, отриманих в розпилювальні сушилі. Невелика товщина плиток дозволяє інтенсифікувати їх сушку в роликових сушилах. де відпресовані плитки, розміщені в один ряд, переміщаються по роликовому конвеєру. Підсушені до вологості 1,75--2,5% плитки глазурі і вдруге досушувати до 0,5% вологості при 30-40 ° С. Після досушування плитки, укладені в стопи, подаються в роликову щелевую піч. Випал відбувається протягом 30 хв при 850--950 ° С.

Роликові щілинні печі (рис. 4) можна розглядати як різновид тунельних печей. Висота каналу в них становить усього 2-3 висоти випалюються виробів. Перепад температур по перетину каналу не перевищує 5 ° С. При рівній продуктивності роликові печі простіше і в кілька разів дешевше тунельних, в них менше витрата вогнетривких матеріалів, легко поєднуються процеси сушіння і випалу, а тривалість випалу знижується до 6 ч. Витрата палива знижується вдвічі і підвищується якість виробів.

фаянс фарфор кераміка

Мал. 3. Потокова лінія виробництва фасадних глазурованих плиток: 1 - транспортер; 2 - сито-БУРАТ; 3 - бункер; 4 - прес; 5 - сушильно-глазуровочний транспортер; 6 - грубе розпорошення глазурі; 7 - басейн глазурі; 8 - тонке розпилення глазурі; 9 - візки з плитою; 10 - щілинна роликовий піч.

Можливе отримання малорозмірних плиток також з пластичних мас. Така технологія дозволяє виробляти кольорові мозаїчні плитки способом нашарування. Для отримання плиток різного кольору можна використовувати глини, що дають після випалу забарвлене керамічне тіло (білий, жовтий, червоний і ін.) Або додавати барвники. Відформовані плитки висушують в радіаційному сушилі, обпалюють на підставках в щілинних печах або в Капсель в тунельних печах. Виробництво малорозмірних плиток шляхом пластичного нашарування має ряд переваг в порівнянні з методом напівсухого пресування або лиття: короткий цикл технологічного процесу (8-10 год), спрощений спосіб підготовки маси і малі виробничі площі.

Килимова кераміка являє собою дрібнорозмірні плитки (32 типорозмірів, блискучі і матові, з широкою гамою кольорів), які наклеюють на паперову основу. ВУкаіни отримало найбільш широке поширення виробництво килимовій кераміки способом лиття. Його суть полягає в нанесенні на пористі керамічні форми-підставки послідовно трьох шарів: розділового, основного шару плиткової маси і глазурі. Для кожного шару шликер готують окремо в кульової млині мокрим помелом.

Під час переміщення форм-підставок на ливарному конвеєрі волога з шликеров вбирається і на поверхні форми утворюється плитковий шар товщиною 2,5--3,5 мм. Його розрізають дисковими ножами на плитки встановлених форми і розмірів, які надходять на сушку (10-15 хв при температурі 220-- 260 ° С). Далі плитки надходять на випал в щілинні роликові печі. Максимальна температура випалу 1200-- 1250 ° С. Після випалу плитки знімають з підставок, наклеюють відповідно до заданого малюнка на аркуші паперу, очищають від розділового шару і подають на склад готової продукції. Технологічний цикл виготовлення плиток способом лиття становить 2-2,5 год проти 48--50 ч при виготовленні напівсухим пресуванням і випалюванням в тунельних печах.

Технологічна схема виробництва фаянсових облицювальних плиток представлена ​​на рис. 5.

Вступники з кар'єру сировинні матеріали звільняють від сторонніх домішок, підсушують і дозують по масі. Потім їх подають в кульові млини для подрібнення і перемішування з водою.

Отриману суспензію пропускають через віброгрохоти і направляють в збірник, обладнаний пропелерної мішалкою. Зі збірки суспензію подають у форсунки розпилювальних сушарок. Суспензія викидається через форсунки вгору з вологістю 40-50%, а потім, падаючи вниз, висушується в підвішеному стані до вологості 7% і виходить з сушила у вигляді порошку розміром до 1-1,5 мм, який проходять крізь сито, вилежується в бункері, а потім подається на конвеєрну лінію.

Облицювальні плитки пресують на автоматичних коліно-важільних пресах. Для підвищення якості плиток формування ведуть в 2-3 стадії. Спочатку зусилля ущільнення становить 4-5 МПа, потім штамп піднімається і з заготовки виходить повітря. На другій стадії ущільнення тиск пресування підвищують до 18-22 МПа.

Мал. 5. Технологічна схема виробництва фаянсових глазурованих плиток: 1 - бункера сировинних матеріалів; 2 - вагонетка; 3 - кульова млин; 4 - електромагнітний сепаратор; 5 - пропелерна мешалка; 6 - насос; 7 - розпилювальне сушило; 8 - транспортер; 9 - просівши порошку; 10 - видатковий бункер; 11 - прес; 12 - тунельна сушарка; 13 - глазурование; 14 тунельна піч; 15 - сортування та пакування.

Конвеєрна лінія складається з пресового ділянки з кількома пресами, ланцюгового або сітчастого транспортера, за яким плитка надходить в сушильні камери ділянки глазурования і печей. Зазвичай випал проводять в безперервно діючих роликових печах. Обпалені плитки сортують за розмірами, кольором, типом і сорту і упаковують в ящики.

Плитки для внутрішнього облицювання стін використовують в приміщеннях, до яких висувають підвищені санітарно-гігієнічні вимоги, або в приміщеннях з підвищеною вологістю.

Плитки керамічні для підлог виготовляють з глиняної маси з фарбуючими домішками або без них шляхом формування і подальшого випалення до спікання. Краще сировину - високоякісні пластичні, нізкоспекающіеся глини з високою сполучною здатністю і мають великий інтервал плавкости - не менше 80-100 ° С.

Незважаючи на те, що плитки для підлог пресують виключно з напівсухих мас, готують порошок сухим або шлікерного способом. Останній використовують при глинах, що вимагають додавання плавнів і фарбувальних речовин. Сухий спосіб застосовують, якщо глина однорідна і не вимагає добавок.

Технологічна схема виробництва плиток для підлог представлена ​​на рис. 6.

Вона включає приготування шлікера, зневоднення його в розпилювальні сушилі і пресування на гідравлічних або механічних пресах при тиску 25-30 МПа, що забезпечують отримання щільного керамічного тіла. Обпалюють плитку в щілинних роликових печах при температурі 1100--1300 ° С, тривалість випалу 40-60 год.

Випускають 28 типорозмірів плиток для підлог, за фактурою вони можуть бути гладкими, шорсткими і тисненими; за кольором - одно- і кольоровими.

Мал. 6. Технологічна схема виробництва керамічних плиток для підлог: 1 - склад глини; 2 - транспортер; 3 - Планшетний подавач; 4 - зубчасті вальці; 5 - кульова млин; 6 - розпилювальне сушило; 7 - витратні бункера; 8 - прес; 9 - сушило плиток; 10 - тунельна піч; 11 - сортування та пакування.