Производство керамического кувшина

Керамика (греческое — гончарное искусство, от слова keramos — глина) — это изделия, которые производятся путем спекания глин и смесей глин с минеральными добавками. Керамика распространена в быту (посуда, фигурки из керамики, вазы, картины), она применяется в строительстве, в искусстве.

История керамики разнообразная и очень интересная. Когда человек научился обрабатывать глину, он начал изготавливать посуду. Все керамические изделия делаются из глины, но из разных сортов глины, с различными добавками, поэтому они выглядят такими разными. С самых древнейших времен человек изготавливает изделия из керамики, произведения искусства, посуду. В развитии художественной керамики было сделано много замечательных открытий. Люди экспериментировали с сортами глин и примесей, с приемами формовки и обжига, украшения изделий. В стремлении получить тонкую, красивую, прочную керамику, производители из разных стран делали похожие изобретения.

Термин «керамика» происходит от греческого слова «керамос», что означает глина. Керамическими называют изделия, изготовленные из глины с различными добавками и обожженные до камнеподобного состояния. В результате термической обработки керамика приобретает огнеупорность, химическую стойкость и ряд других свойств, определяющих широкое использование ее в самых различных отраслях народного хозяйства. Среди всех известных материалов по совокупности физико-химических, механических и художественно-эстетических свойств керамика не имеет себе равных.

С древнейших времен и вплоть до наших дней керамические изделия занимают одно из ведущих мест в декоративно-прикладном искусстве всех народов мира. В музеях разных стран хранится немало шедевров керамического мастерства. От примитивных сосудов, вылепленных вручную и обожженных на костре, до изделий, изготовляемых на основе самых последних достижений современной науки; от грубого кирпича до тонкого прозрачного фарфора — таков путь развития керамики.

1. Ресурсно-сырьевые материалы

Сырьевые материалы, используемые для изготовления керамических изделий, можно подразделить на:

1) Пластичные (каолины и глины);

2) Отощающие (шамот, кварцевый песок, шлаки, бой изделий);

3) Плавни (перлиты, нефелиновый концентрат, шлаки и искусственные стекла;

4) Технологические добавки (дегидратированная глина, опилки, молотый уголь, зола, шлам и д.р.) — улучшают формовочные свойства глин, обеспечивают получение изделий заданной макрои микроструктуры.

1) Пластичные (глинистые) материалы — это вещества, будучи замешанные с водой, приобретающие способность принимать под действием внешних сил ту или иную форму и сохранять ее после сушки и обжига. Для производства строительной керамики наибольшее применение получили глины каолинитовые, гидрослюдистые, а также глины, содержащие монтмориллонит и смешанно-слойные образования.

Каолины — образовались в природе из полевых шпатов и д.р. алюмосиликатов, не загрязненных окислами железа. Они состоят преимущественно из каолинита (минерала) — Al2O3*2SiO2*2H2O. После обжига, присущий им белый или почти белый цвет сохраняется.

Глины — это осадочные породы, представляющие собой тонкоземлистые минеральные массы, способные независимо от их минералогического и химического состава образовывать с водой пластичное тесто, которое после обжига превращается в водостойкое и прочное камневидное тело.

Состоят глины из тёмной смеси различных минералов, среди которых наиболее распространенными являются:

· каолинитовые

· монтмориллонитовые

· гидрослюдистые Представителями каолинитовых минералов являются:

· каолинит — Al2O3*2SiO2*2H2O

· галлуазит — Al2O3*2SiO2*4H2O

Монтмориллонитовых:

· монтмориллонит — Al2O3*4SiO2*nH2O

· бейделлит — Al2O3*3SiO2*nH2O и их железистые разновидности.

Гидрослюдистых:

Продукты разной степени гидратации слюд.

Наряду с этими минералами в глинах встречаются: кварц, полевой шпат, серный колчедан, гидраты окислов железа и алюминия, карбонаты кальция и магния, соединения титана, ванадия и органические примеси. Они влияют и на технологию керамических изделий и на их свойства:

· снижают огнеупорность глин тонкораспределенный углекислый кальций и окислы железа;

· способствуют образованию трещин или разрушению изделий крупные зерна и песчинки углекислого кальция (при обжиге из них образуются включения извести, которые на воздухе гидратируется с увеличением объема;

· ухудшают внешний вид фасада соединения ванадия, которые образуют выцветы на кирпиче.

По отношению к действию на глины высоких температур они подразделяются на:

1. Огнеупорные (огнеупорность выше 15 800С). Это каолинитовые глины с малым содержанием механических примесей. Используют для производства тугоплавкого, облицовочного кирпича, канализационных труб, плиток для полов.

2. Легкоплавкие (ниже 13 500С) — содержат значительное количество примесей кварцевого песка, окислов железа, известняка, органических веществ. Применяются для производства кирпича и черепицы, легких заполнителей для бетонов.

В производстве искусственных обжиговых материалов применяются и другие осадочные породы:

· диатомиты;

· трепелы;

· сланцы.

Физико-механические свойства, фазовый состав керамических материалов определяются минералогическим составом исходных глин.

Обожженный материал из глин каолиинто-гидрослюдистых и гидрослюдистых состоит из аморфной фазы, кварца и муллита и обладает высокой механической прочностью, кислотостойкостью, морозостойкостью, водонепроницаемостью. Материал же полученный после обжига каолинитовых и каолинито-монтмориллонитовых глин состоит из аморфной фазы, кварца, муллита, значительного количества кристобалита и имеет значительную пористость, пониженные морозостойкость и прочность. Тонкодисперсные примеси железистых соединений окрашивают материал, снижают огнеупорность глин. Значительное количество железистых соединений увеличивает склонность глины к вспучиванию в процессе обжига.

Тонкодисперсные примеси кальциевых и магниевых соединений снижают огнеупорность глины, сокращают интервал спекания, а при увеличении их количества способствуют вспучиванию в процессе обжига, минуя спекшееся состояние.

Глинистое сырье по ГОСТ 9169–75 классифицируется по следующим признакам:

· по содержанию красящих окислов;

· по содержанию тонкодисперсных фракций и крупнозернистых включений;

· пластичности;

· огнеупорности;

· спекаемости.

2) Отощающие материалы Пластичные жирные глины редко применяют в чистом виде (без специальных добавок), т.к. в процессе сушки и обжига они дают большую усадку, сопровождающуюся короблением и растрескиванием, что сильно затрудняет возможность изготовления из них изделий правильной формы и точных размеров. С целью уменьшения усадки керамических масс при сушке и обжиге и увеличения скорости обжига в их состав вводят отощающие материалы. Их делят на естественные и искусственные. К искусственным отощителям относят шамот, получаемый путем обжига глины, топливные и другие шлаки и золы.

Природными отощителями являются глинистые породы, число пластичности которых не выше 7 (глинистые сланцы, глины естественно жженые и др.). Эти материалы напоминают по свойствам низкожженый шамот.

Одним из лучших природных отощителей являются кварцевые материалы. Чаще всего пески. Для тонкой керамики используют также жильный кварц, кварциты и др., в производстве строительной керамики наилучшими отощителями являются кварцевые, пески с размером зерен от 0,25 до 1 мм. Мелкий песок ухудшает сушильные свойства, а также снижает связность глины, что уменьшает прочность сырца. Очень крупный песок придает изделиям шероховатую поверхность.

Эффективными отощителями являются шлаки, состав которых близок к волластониту, например шлаки химического производства. Образующиеся в результате взаимодействия ортофосфата кальция с углеродом и кремнезёмом шлаки используют на ряде предприятий в комбинации с глинами в количестве 50−55%.

При вводе этих шлаков в составы плиточных масс снижаются усадка и водопоглощение, повышаются морозостойкость и механическая прочность плиток. Температура обжига этих плиток резко снижается до 840−870.

Выгорающие добавки — полностью или частично выгорают при обжиге керамических изделий. К ним относятся: древесные опилки, различные виды каменных углей, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС, лигнин.

Древесные опилки вводят для улучшения сушильных свойств полуфабриката — сырца. Они как бы армируют керамическую массу, повышая ее сопротивление разрыву и трещиностойкость в сушке. В обжиге опилки выгорают, оставляя в черепке относительно крупные поры, увеличивающие водопоглощение кирпича и его морозостойкость Добавляют 8−28%.

Угли добавляют в количестве 2−2,5% от объема глины. Основное назначение — создать восстановительную среду в толще обжигаемого материала. Благодаря чему железистые окислы из окисного состояния переходят в закисное, обладающее большой реакционной способностью и интенсифицируют процесс спекания и упрочнения черепка.

Лигнин — порошковый тонкодисперсный отход производства древесного спирта. Он действует не только как выгорающая, но и как пластифицирующая добавка. Вводят 4−15%, комбинируя с другими выгорающими (опилки, уголь).

При использовании тощих глин в производстве керамики вводят в керамические массы добавки пластифицирующие: высокопластичные глины, бетониты и отходы производства мыла, спирта, масложировой промышленности.

3) Плавни — при обжиге изделий вступают во взаимодействие с сырьевыми материалами шихты, давая легкоплавкие соединения, образующаяся в обжиге жидкая фаза способствует спеканию материала, сближению частиц твёрдой фазы и срастанию их. Кроме того, жидкая фаза заполняет поры между частицами твердой фазы. При введении плавней понижается t0 спекания и огнеупорность, тем самым повышается плотность черепка, прочность на разрыв, сжатие и изгиб, уменьшается водопоглощение.

Плавни можно разбить на две группы:

1. плавни, т. е. вещества, флюсующее действие которых обуславливается низкой температурой их плавления;

2. материалы с высокой температурой плавления, но дающие при взаимодействии с компонентами керамической массы при нагревании легкоплавкие соединения.

Типичными представителями первой группы плавней являются полевые штапы, пегматиты, нефелиновые сиониты, сподументы м др.

2. Топливо

Топливо — вещество, из которого с помощью определённой реакции может быть получена тепловая энергия.

Топливо по происхождению делят на:

· Природное топливо (уголь, торф, нефть, горючие сланцы, древесина и др.);

· Искусственное топливо (моторное топливо, генераторный газ, кокс, брикеты и др.).

По своему агрегатному состоянию топливо делят на:

· Твёрдое;

· Жидкое;

· Газообразное.

По своему назначению при использовании топливо делят на энергетическое, технологическое и бытовое. Наиболее высокие требования предъявляются к энергетическому топливу, а минимальные требования — к бытовому.

Твёрдое топливо — древесно-растительная масса, торф, сланцы, бурый уголь, каменный уголь.

Жидкое топливо — продукты переработки нефти (мазут).

Газообразное топливо — природный газ; газ, образующийся при переработке нефти, а также биогаз.

Ядерное топливо — расщепляющиеся (радиоактивные) вещества (уран, плутоний).

Органическое топливо, т. е. уголь, нефть, природный газ, составляет подавляющую часть всего энергопотребления. Образование органического топлива является результатом теплового, механического и биологического воздействия в течение многих столетий на останки растительного и животного мира, откладывающиеся во всех геологических формациях. Всё это топливо имеет углеродную основу, и энергия высвобождается из него, главным образом, в процессе образования диоксида углерода.

В нашей работе я выбирала твердое топливо, конкретно уголь Канско-Ачинского бассейна, месторождение — Ирша-Бородинское.

3. Глазурь

Глазурь доставляется в пластиковых ведрах, объёмом 5 литров, которые потом переливаются в резервуар, оборудованный медленными мешалками для поддержания во взвешенном состоянии глазури. Далее с помощью специального насоса глазурь перекачивается в глазуровочную распылительную кабину.

Насос для перекачки глазури Насос центробежного типа изготовлен из нержавеющего материала и предназначен для перекачки керамической глазури из бака в гразуровочные машины.

Таблица 1 — Технические характеристики насоса «Vicentini»

Медленная мешалка LABOR 50:

Медленные мешалки модели «Labor» предназначена для поддержания во взвешенном состоянии любых видов жидких смесей в соответствующих резервуарах (например, керамические шликеры, жидкие шликеры, краска, глазури и т. д.). Все мешалки модели «Labor» оснащены лопастями, количество и форма которых зависит от рабочего резервуара, и одним редуктором с высоким коэффициентом понижения. Лопасти обеспечивают медленное и непрерывное перемешивание гидросуспензии, что предотвращает оседание твердых частичек на дно.

Таблица 2 — Технические характеристики LABOR 50

Полевой шпат (ссылка на ГОСТ 4422–73):

Правила приёмки

1. Полевой шпат поставляют партиями. Партией считают количество полевого шпата массой до 63 т одного месторождения, одной марки, сопровождаемое одним документом о качестве.

2. Для проверки качества полевого шпата от партии отбирают пробы: для кускового не менее 400 кг; для молотого от каждого 50-го мешка, но не менее чем от 10 мешков каждой партии.

3. Испытания на соответствие крупности полевого шпата, поставляемого в кусках, проводят периодически один раз в 3 месяца.

4. При несоответствии результатов испытаний требованиям настоящего стандарта хотя бы по одному из показателей проводят повторные испытания по этим показателям на удвоенном количестве пробы, отобранной от той же партии. Результаты повторных испытаний являются окончательными и распространяются на всю партию.

4. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение

1. Молотый полевой шпат упаковывают в чистые четырехслойные бумажные мешки по ГОСТ 2226–88. Масса нетто полевого шпата должна быть не более 50 кг.

2. На каждом мешке должны быть обозначены:

· наименование предприятия-изготовителя;

· марка полевого шпата;

· масса нетто;

· номер партии;

· обозначение настоящего стандарта.

3. Маркировка транспортной тары — по ГОСТ 14 192–96.

4. На каждую партию полевого шпата высылают документ о качестве, в котором должны быть указаны:

· наименование предприятия-изготовителя или товарный знак;

· наименование и марка продукции;

· номер и дата выдачи документа;

· результаты испытаний;

· дата отгрузки;

· масса партии;

· номер партии;

· обозначение настоящего стандарта.

5. Транспортируют кусковой полевой шпат всеми видами транспорта навалом.

6. Молотый полевой шпат при транспортировании должен быть защищен от атмосферных осадков.

7. Молотый полевой шпат хранят в закрытых складских помещениях в упакованном виде.

Кварцевый песок (ссылка на ГОСТ 22 551–77):

Правила приёмки

1. Кварцевый песок принимают партиями. Партией считают количество продукции одного месторождения, одной марки, оформленное одним документом о качестве, в котором указывают:

· наименование предприятия-изготовителя и его товарный знак;

· наименование и марку продукции;

· номер и дату выдачи документа;

· результаты испытаний;

· дату отгрузки;

· массу партии;

· номер партии;

· номер вагона или номера контейнеров;

· обозначение настоящего стандарта.

2. Для контроля качества продукции, упакованной в мешки, точечные пробы отбирают от 5% мешков, но не менее чем от пяти мешков.

3. При несоответствии результатов испытаний требованиям настоящего стандарта хотя бы по одному из показателей проводят повторное испытание по этим показателям. Результаты повторных испытаний распространяются на всю партию.

Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение

1. Кварцевый песок допускается упаковывать в четырехслойные мешки по ГОСТ 2226 массой не более 50 кг или специальные контейнеры.

2. Маркировка транспортной тары — по ГОСТ 14 192 с нанесением следующих дополнительных данных:

· марки и названия месторождения;

· даты изготовления;

· номера партии;

· обозначения настоящего стандарта.

4. Кварцевый песок транспортируют транспортом всех видов с соблюдением правил перевозки грузов, действующих на транспорте данного вида.

5. Кварцевый песок должен храниться в закрытых складских помещениях или силосных башнях раздельно по маркам.

Допускается хранение необогащенного кварцевого песка на открытых складах, обеспечивающих сохранность их качества.

5.6. Транспортирование кварцевого песка, молотых песчаника, кварцита и жильного кварца по железной дороге осуществляется в соответствии с правилами перевозки грузов и условий размещения и крепления грузов, утвержденных Министерством путей сообщения.

Погрузочно-разгрузочные работы должны производиться в соответствии с требованиями ГОСТ 22 235.

Доставка:

Заводы керамических изделий обычно располагаются вблизи карьеров. Добывают глину открытым способом:

· экскаваторами;

· фрезерными лопатами;

· скреперами;

· бульдозерами и другими механизмами.

Глина доставляется на завод из Маганского месторождения. По технологическим свойствам суглинки этого месторождения относятся к легкоплавким.

Доставка на территорию завода топлива и сырья осуществляется самосвалом КамАЗ 6520. Грузоподъемность машины 10 000 кг. КамАЗ 6520 оборудован дизельным двигателем, мощность которого составляет 240 л.с., и 10-ти ступенчатой коробкой передач. Расход топлива на 100 км — 24,4 литра. Максимальная скорость — 80 км/ч.

Рис. 1 — Самосвал КамАЗ 6520

Таблица 3 — Технические характеристики КамАЗ 6520

Предварительные операции:

Основная задача первых стадий обработки сырья — получение однородной массы определенной влажности. Поэтому из глины необходимо удалить вредные включения — камни, корни деревьев, куски угля и известняка, другие примеси, которые могут усложнить формование и обжиг изделия.

Этого можно достичь с помощью методов естественной обработки глины (выветривание, вымораживание, вылеживание с замачиванием), механической обработки (рыхление глины, первичное дробление с выделением камней, вторичное измельчение, тонкое измельчение), комбинированной с физико-химической обработкой глиняной массы (увлажнение, пароувлажнение) и с вводом отощающих, выгорающих и пластифицирующих добавок, а также вылеживанием обработанной массы.

Естественная обработка глины:

Естественными методами обработки называют такие, при которых используют погодно-климатические факторы и фактор времени. К этим методам естественной обработки относятся:

1. Выветривание;

2. Вымораживание;

3. Вылеживание глины в замоченном состоянии, в том числе и предварительно обработанной иными методами.

1) Выветривание Добытую глину укладывают на несколько летних месяцев для выветривания на открытой площадке в виде небольших конусов или грядок высотой до 0,5 и шириной до 3 м. Выветривание проходит успешно, если летом жаркие, сухие дни чередуются с дождливыми и ветреными. Если лето сухое, жаркое и без дождей, то для повышения эффективности выветривания глину периодически увлажняют. По мере того как выветрившаяся часть глины расходуется, на ее место закладывают свежую глину.

В процессе выветривания происходит многократное насыщение водой и набухание глины с последующим многократным ее высы-ханием, что вызывает разрушение природной структуры глины, ее измельчение.

2) Вымораживание.

Глину укладывают в гряды высотой, не превышающей глубину промерзания грунта в данной местности, и при недостаточно дождливой осени заливают водой. В таком состоянии глину подвергают примерно годичному вылеживанию на открытом воздухе.

В процессе многократного замораживания и оттаивания вода, замерзая в капиллярах глиняных частиц и увеличиваясь при этом з объеме на 9%, разрушает связи между ними и приводит к интенсивному разрушению природной структуры и очень тонкому измельчению глины.

Методы естественной обработки глины требуют значительных площадей и могут быть использованы на заводах с небольшим годовым расходом глины, когда возникает необходимость в резком улучшении технологических свойств сырья для производства высококачественной продукции и особенно когда имеющееся оборудование не обеспечивает надлежащей обработки сырья.

Для заводов большой мощности глину можно вымораживать путем предварительного ее рыхления взрывами непосредственно в карьере. Для этого на участке, освобожденном от вскрышного слоя, бурят скважины диаметром 10 см, глубиной 0,85 мощности полезной толщи пласта, с расстоянием между скважинами, равным их глубине. Взрывание производят аммонитом № 6. Мощность взрывного заряда рассчитывают таким образом, чтобы глина подвергалась рыхлению без выброса.

3) Вылеживание с замачиванием.

Эта операция состоит в том, что глину, поступающую из карьера, укладывают в специальные емкости — траншеи-силосы (бучильные ямы) слоями толщиной 10 — 20 см и каждый слой увлажняют водой до формовочной влажности. В зависимости от скорости набухания глину используют для производства через одни или более суток. Если сырье требует отощения, то при замачивании слои глины перемежают со слоями отощителя в соответствующей пропорции. Замоченную глину из бучильных ям забирают многоковшовым экскаватором и подают по ленточному конвейеру на последующую обработку. Этот способ иногда применяют на заводах малой мощности.

При больших расходах глины иногда организуют вылеживание непосредственно в карьере, увлажняют здесь же добытую глину и забирают ее через несколько суток. Вылеживание замоченной глины улучшает формовочные и сушильные свойства глины, повышает производительность оборудования и снижает расход энергии.

Предварительно обработанную глину вылеживают в механизированных башнях-силосах. Вылеживание можно совмещать с паро-прогревом, что ускоряет процесс набухания глиняной массы.

Хранение глины:

Для бесперебойного снабжения сырьём и организации его контроля на территории предприятия строят глинохранилища.

В южных районах, при открытом хранении глину хранят рыхло насыпанной массой в виде конуса или грядой высотой 6−7 м, имеющей объем около 25 тыс. м3. Над конусом устраивают иногда передвигающиеся по рельсам металлические тепляки, обеспечивающие разработку при t0 до 200 с. Закрытое хранение глины осуществляется в складах сырья различной вместительности. Оборудование складов глины подбирается в зависимости от их вместимости. Глинохранилище с мостовым краном (КМГ-1, КМГ-2, КМГ-3) имеет вместимость 39, 82, 155 тыс. соответственно. Глинохранилища с экскаватором Э-1, Э-2, Э-3, Э-4 имеют вместимость 82, 41, 24, 27, тыс.; глинохранилища с канатным скрепом (СК-1, СК-2) имеют вместимость 26 и 73 тыс. .

Добыча глины в зимнее время В производство керамических изделий необходимо подать только талую глину. Мерзлая глина увеличивает нагрузку на глиноперерабатывающие и добычные машины, вызывает определенные пороки при изготовлении изделий и выводит их в брак.

Существует 4 группы способов обеспечения керамических предприятий талой глины в зимнее время:

· сохранение тепла массивном глиняного пласта;

· рыхление мерзлого грунта;

· внесение тепла в замерзший массив грунта до его разработки (оттаивания);

· создание запаса глины для работы в зимнее время летом с хранением ее в утепленных складах.

Способы, основанные на принципе сохранения тепла в грунте

1) Мягкое утепление.

Удаляют вскрышной слой, поверхностный слой вспахивают на возможно большую глубину. На поверхность рассыпают утеплитель (опилки) с наступлением холодов. Предварительное рыхление уменьшает глубину промерзания толщи глин и тем самым снижает потребность в утеплителе. Отработанные участки фронта утепляют мягкими плитами (соломенными, минераловатными), мешками с опилками и т. д., а также пленки, нагретая под них теплый воздух с температурой от 25 до 400.

2) Жесткое утепление Устраивают деревянные настилы из горбыля, накрывают их толем, а с наступлением заморозков накрывают опилками. В торце участка отрабатывают небольшую въездную траншею и в торцевой стенке устраивают ворота для проезда транспорта. Выработанное производство отапливают коксовыми жаровнями.

Более совершенными является покрытые из инвентарных металлических ферм с плитными утеплителями.

Оттаивание промерзшего грунта Заводы Сибири не утепляют карьеров, а удаляют в летнее время вскрытый слой, рыхлят обнаженную поверхность экскаватором на глубину 1,5−1,8 м, завозят на нее бурый уголь. Зимой слой угля толщиной 20−35 см поджигают, отогревая тем самым промерзший слой глины.

На данном заводе хранение глины и угля происходит на открытых складах.

Грубое измельчение компонентов:

На керамических заводах для первичной обработки глины, ее измельчения используют разнообразные устройства — глинорезки, глинорыхлители, бегуны, валковые дробилки.

Дробилка валковая ДВ-600:

Дробилка валковая предназначена для дробления материалов минерального, органического и промышленного происхождения с пределом прочности при сжатии до 250 МПа. Отличительной особенностью валковых дробилок является их способность перерабатывать материалы, склонные к налипанию (глина), а также возможность получения мелкодисперсного материала.

Основным рабочим элементом валковых дробилок является вращающиеся на горизонтальной оси цилиндрические валки, которые вращаются навстречу друг другу и дробят попавший между ними материал. Зазор между валками регулируется при помощи болта регулировочного и гайки на нем. При попадании между валками не дробимого предмета передвижной валок, преодолевая сопротивление пружины отходит, предотвращая поломку дробилки. Бандажи валков отлиты из марганцовистой стали и обладают значительной износоустойчивостью.

Рис. 2 — Дробилка валковая ДВ-600

Таблица 4 — Технические характеристики ДВ-600

Щековая дробилка СМД-109:

Универсальная машина для дробления материала. Используется для дробления горных пород любой прочности (кварцит, базальт), шлаков, некоторых металлических материалов. Нельзя применять для вязкоупругих материалов: древесины, полимеров, некоторых металлических сплавов.

Рабочие поверхности дробилки (щеки) образуют камеру в форме клина. В верхнюю (широкую) её часть поступает исходный материал, который в процессе измельчения под действием силы тяжести переходит вниз в выходному отверстию.

Одна из щек крепится неподвижно. Вторая приводится в движение шатуном, к которому прикреплена. Вал шатуна начинает вращаться благодаря электрическому или дизельному двигателю. Совершая сжатие и сдвиг, щека разрушает материал, уменьшает его частицы до меньшего размера. Нижняя часть подвижной щеки снабжена гидравлическим или ручным приводом, который позволяет регулировать ширину выходного отверстия.

Рис. 3 — Щековая дробилка СМД-109

Таблица 5 — Технические характеристики СМД-109

Тонкое измельчение компонентов:

Тонкое измельчение частиц отощающих компонентов, иногда вместе с пластичными, проводят в шаровых мельницах — одних из самых распространенных машин и в керамической мастерской, и на крупном заводе. Вращаясь в металлическом барабане в смеси с твердыми шарами или цилиндрами, материал измельчается до нужных размеров. Чаще тонкий помол в шаровой мельнице проводят мокрым способом, добавив к сухому материалу примерно столько же воды.

Существенными преимуществами принципа мокрого помола считаются:

1. Возможность классификации и очистки порошковых материалов через очень тонкие сита в виде суспензий.

2. Гомогенное перемешивание измельчаемого материала параллельно измельчению.

3. Быстрая разгрузка барабана мельницы без образования пыли Совместный помол пластичных и отощающих материалов обеспечивает более тщательное перемешивание компонентов, но резко снижает производительность мельниц. Для того чтобы повысить производительность мельницы (10−20%) добавляют небольшое количество (0,5−2%) ПАД (сульфитно-спиртовая барда). Влияние добавки ПАД на размол материала основывается на том, что имея сильные полярные группы, они, втягиваясь в микротрещины частиц материала, оказывают расклинивающее действие и тем самым облегчают и ускоряют разрушение размалываемого материала.

Для достижения необходимой текучести шликера при минимальной влажности в него добавляют пептизирующне электролиты. Влажность шликеров составляет 42−45%. Шаровые мельницы загружают путем перекачивание жидкости из расходной емкости или резервуара насосом или под вакуумом. В последнем случае барабан мельницы соединяют шлангами с емкости или резервуаром расходного бассейна и вакуум-насосом. При включении насоса в мельнице создается разрежение и жидкая масса из бассейна начинает поступать в мельницу, заполняя ее (5−8 л3) в течение 3−5 мин.

Шаровая мельница мокрого помола МШм-100:

Мельница шаровая барабанная мокрого помола предназначена для периодического тонкого механического измельчения (диспергирования) материалов для различных видов производств химической, керамической, лакокрасочной или близкой к ним отрасли промышленности.

С её помощью по принципу мокрого помола могут быть измельчены материалы максимальной крупности 1…5 мм, при этом достигается тонкость помола 1…20 мкм (0,001… 0,020 мм).

Мельница может измельчать материалы для получения фарфора, глазурей, эмалей, надглазурных красок, свинцовых белил, сурика, красок для глубокой печати.

Длительность работы барабанной мельницы мокрого помола при тонком измельчении в зависимости от степени твердости и крупности зерен измельчаемого материала и при соблюдении заданных технологических параметров может составлять от 0,5 до12 часов.

Принцип измельчающего действия мельницы барабанной мокрого помола состоит в том, что при вращении барабана мельницы мелющие тела приводятся в непрерывное движение, вследствие которого, измельчаемый материал, находящийся между поверхностями мелющих тел, разбивается, раздавливается, Работа на истирание составляет ~2…3% от всей работы, затрачиваемой мелющими телами.

Периодическая загрузка барабана мельницы мелющими телами и предварительно измельченным до размера 1−5 мм измельчаемым материалом производится в таком его положении, когда загрузочное отверстие при остановленном барабане занимает свое верхнее положение.

Разгружается мельница через то же загрузочное отверстие, находящееся при этом в своем нижнем при остановленном барабане. Чтобы при разгрузке не выпадали мелющие тела, в загрузочное отверстие (при его верхнем расположении в остановленном виде) вставляется разгрузочное устройство, включающее в себя крышку разгрузочную с диском-решеткой и сливным краном.

Для ускорения разгрузки с противоположной стороны от разгрузочного устройства вывинчивается пробка-болт из трубки и в барабан поступает воздух.

В любых случаях, перед открыванием загрузочного отверстия необходимо делать сброс давления из барабана с помощью вывинчивания пробки-болта из трубки, при этом пробка-болт должна иметь верхнее положение. После вывертывания пробки постоянно прочищать от засорения отверстие в трубке.

Для контроля и наблюдения за развитием процесса измельчения берутся пробы измельчаемого материала и определяется достигнутая степень измельчения с помощью различных устройств (например, пробных сит и др.). При достижении желаемой крупности зерен (степени измельчения) производится опорожнение барабана. Загрузочное отверстие, при этом, в конечном итоге должно находиться внизу.

Рис. 4 — Шаровая мельница мокрого помола МШм-100

Таблица 6 — Технические характеристики МШм-100

Процеживание шликера:

Размер полученных частиц контролируют, просеивая полученный шликер (при мокром помоле) или порошок (при сухом) через сито с определенным размером ячеек. В качестве самого мелкого наиболее распространено сито 0063 с размером отверстий 0,063 мм (63 мкм) или 10 000 отверстий на 1 смІ.

Вибросито SVR 900:

Материалы, из которых изготавливается конструкция вибросит (алюминий, нержавеющая сталь и др.), исключают возможность попадания посторонних примесей в просеиваемое сырье. Полностью закрытый и влагонепроницаемый эксцентриковый вибратор позволяет регулировать интенсивность вибраций в зависимости от типа просеиваемого материала.

Рис. 5 — Вибросито SVR 900

Таблица 6 — Технические характеристики SVR 900

Перемешивание шликера:

После измельчения компонентов достигают однородности шликера, перемешивая его в сосудах (бассейнах) с пропеллерными или лопастными мешалками.

Пропеллерная мешалка МП-003:

Пропеллерные смесители можно устанавливать в различных точках бассейна. Перемешивание компонентов осуществляется быстровращающимися лопастями — пропеллером, установленным на вертикальном валу, приводимом в движение от двигателя через редуктор.

При вращении винта происходит циркуляция смеси в основном и вертикальном направлениях: в центре поток направлен вниз, у периферии — вверх. Куски глины увлекаются струями воды, ударяются о дно и, находясь в интенсивном движении, диспергируют до жидкой суспензии. Чтобы предотвратить вращательное движение суспензии, бассейны изготовляют шестиили восьмигранной формы. Обычно диаметр резервуара делают в 1,5 раза больше его высоты.

Рис. 6 — Пропеллерная мешалка МП-003

Таблица 7 — Технические характеристики МП-003

Обезвоживание шликера:

На керамических заводах для обезвоживания шликера применяют фильтр-прессы — устройства, в которых шликер под давлением фильтруют через ткань, после чего с нее снимают образовавшийся слой пластичной массы.

Для приготовления пластичной массы необходимо довести ее влажность до 18−25% при начальной влажности шликера 40−65%.

Фильтр-пресс NP12C:

Система состоит из двух отдельных блоков: предварительного сгустителя и пресса для ила. Внутри предварительного сгустителя происходит первое отделение жидкости от твердой фракции, доводя процент сухого вещества в шламе после флокуляции от 0,5 — 3% до 5 — 15%.

Обезвоживание происходит сначала в зоне низкого давления, потом в зоне среднего давления и затем, в зоне высокого давления, где осадок проходит между перфорированным скребковым цилиндром и самим полотном.

На выходе из пресса достигаемый процент сухого вещества варьируется от 18 до 30 процентов.

Использование бесконечного фильтрующего полотна в комбинации с уникальной конструкцией фильтр-пресса обеспечивают быструю и простую эксплуатацию с существенным сокращением издержек. Все компоненты системы полностью автоматизированы и позволяют отслеживать работу и возможные неисправности системы в режиме реального времени.

В подтверждение высоких стандартов качества фирмы TEKNOFANGHI фильтр-пресс MONOBELT целиком выполнен из нержавеющей стали AISI 304.

Рис. 7 — Фильтр-пресс NP12C

Таблица 8 — Технические характеристики NP12C

Промин массы:

Для перемешивания пластичных масс и удаления из них воздуха на керамических заводах применяют массомялки и вакууммялки.

Пузырьки воздуха играют отрицательную роль — при формовании они снижают пластичность массы, «отощают» ее, при сушке, расширяясь и выходя на поверхность изделия, образуют трещины.

Вакуумная смесительная установка для гипса DE 250−3000:

Электромагнитный клапан, управляемый весами, наполняет водой ведро до требуемого объема. Шнек транспортирует гипс, который находится в питающем бункере, в дозатор с автоматическим остановом посредством весов. Перемещение ведра на роликовом столе под смесителем. Время замеса регулируется, по окончании цикла звучит оповещающий сигнал. Во время замеса соответствующий вакуумный насос осуществляет деаэрирование гипса.

Рис. 8 — Вакуумная смесительная установка для гипса DE 250−3000

Таблица 9 — Технические характеристики DE 250−3000

Способы формования литьём:

Существует несколько способов формования изделия:

· Свободное формование на гончарном круге;

· Пластическое формование ручным оттиском в форме;

· Пластическое формование во вращающейся гипсовой форме с помощью формующих шаблона или ролика;

· Шликерное литье в гипсовые формы;

· Изготовление керамических изделий сочетанием нескольких способов формования.

Шликерное литье является одним из наиболее распространенных и передовых способов получения керамических материалов (чайников, ваз, кувшинов), благодаря которому можно производить изделия сложной формы широкого назначения. Прогрессивными способами являются горячее литье под давлением, пленочное литье. Качество отливок зависит от ряда реологических свойств шликерных масс — вязкости, текучести, загустеваемости, седиментационной устойчивости, тиксотропности.

Среди методов формования керамических изделий литьем можно выделить три главные группы:

1. К первой группе относится литье из водных суспензий в пористые формы. При этом тело отливки приобретает плотность и требуемую прочность, достаточную для извлечения из формы, последующего транспортирования и сушки.

2. Ко второй группе относится горячее литье с использованием термопластичного связующего. Благодаря изменению агрегатного состояния связующего, происходящего при соприкосновении шликера с холодной формой, материал упрочняется, и тело отливки извлекается из формы.

3. К третьей группе относится литье тонких пленок из шликеров на полимерных связующих. Упрочнение пленки происходит в результате быстрого испарения растворителя, в котором растворено связующее.

Шликерное литье из водных суспензий применяется при формовании тонкой керамики, санитарно-технических изделий, декоративной керамики, а также при изготовлении термостойких специальных огнеупорных изделий, технической керамики.

Метод основан на способности глинистых компонентов массы образовывать в водной среде устойчивые суспензии, обладающие реологическими свойствами, и на поглощении жидкой фазы капиллярами гипсовой формы с образованием на ее поверхности твердого слоя.

Шликерные массы — концентрированные суспензии с объемным соотношением дисперсной фазы к дисперсионной среде от 9.5 до 2.5, содержащие в своем составе твердый наполнитель, временную связку и технологические добавки.

Временные связки шликерных масс бывают водными и неводными.

Водные временные связки (вода или ее растворы с кислотами, основаниями или солями), подразделяются на:

· Кислые рН = 2ч4;

· Нейтральные рН = 6ч7;

· Щелочные рН = 10ч13.

Неводные временные связки встречаются двух видов:

· Термопластичные — обратимо твердеющие (парафин, стеарин, церезин);

· Термореактивные — необратимо твердеющие (фенолформальдегидные и другие смолы).

Технологические добавки в шликерных массах выполняют роль дефлокуляторов (разжижителей), стабилизаторов, коагулянтов или пластификаторов. К числу технологических добавок относятся различные электролиты (растворимое стекло, сода и т. д.) и поверхностно-активные вещества (сульфитно-спиртовая барда, щелочные препараты метил — или карбоксил-целлюлозы и т. п.).

Независимо от вещественного состава, различия технологических и физико-химических свойств к керамическим шликерным массам предъявляют ряд общих требований, важнейшими из которых являются:

— однородность, агрегативная устойчивость шликера по всему объему;

— хорошая текучесть при относительно низком содержании связующего и обеспечение полного заполнения массой всех деталей форм;

— качественные внутренняя и наружная поверхности набранной массы;

— высокая скорость набора черепка, быстрая сушка массы в форме после слива шликера и минимальное корродирующее воздействие на форму;

— свободное отделение от формы, высокая плотность и связность (малая деформируемость) отливок.

Существует три способа формования литьем:

1. Сливной;

2. Наливной;

3. доливной (комбинированный).

1) Сливной способ повсеместно применяется для изготовления полых тел с относительно тонкой стенкой. По этому способу форму заполняют литейной массой. После окончательного образования отливки остаточный шликер сливают. Форму оставляют в перевернутом положении, пока не стекут остатки шликера. Таким образом изготавливают посуду, санитарную, специальную техническую и огнеупорную керамику.

2) Наливной способ применяется при отливке сплошных изделий, например, специальных изоляторов низкого напряжения, овальных блюдец, ручек для посуды. Часто при этом применяют гипсовый сердечник. Отличие данного способа состоит в том, что толщина массы определяется расстоянием между отдельными деталями формы, а не продолжительностью набора массы.

3) При доливном (комбинированном) способе отдельно отливают детали изделия, затем их помещают в форму, в которой отливается корпус изделия. Приставляемые детали — ручки, носики и т. д. изготовляют методом многосерийной отливки в многогнездных двусторонних гипсовых формах с центральным каналом. Операции отливки выполняют на механизированных установках, а также вручную на литейных столах.

Рис. 9 — Последовательность операций при литье изделий Залив шликера в гипсовые формы:

Залив шликера в гипсовые формы происходит с помощью формовочного устройства.

Формовочное устройство UF 400:

Формовочное устройство модели UF 400 представляют собой устройства с вращающейся горячей фасонной головкой, которые предназначены для производства высококачественных керамических изделий разнообразных форм.

Процесс формования керамического изделия осуществляется с внутренней или внешней стороны гипсовых форм. Формовочные устройства оснащены устройством для формования под углом.

Возможен как автоматический, так и ручной цикл работы, линейные перемещения управляются гидравликой; рабочие параметры (скорость, ход, время) регулируются независимо друг от друга; есть вакуумная установка для фиксации гипсовых форм в требуемой позиции во время формования.

Формовочные устройства модели UF 400 поставляется в комплекте с устройством для сушки горячим воздухом и системой перемещения гипсовых форм.

Рис. 10 — Формовочное устройство UF 400

Таблица 10 — Технические характеристики UF 400

Сушка изделия:

Изделия, полученные методом шликерного литья, необходимо сушить в специальных сушилках до остаточной влажности не более 2%.

Сушка керамических изделий может быть естественной на открытом воздухе (под навесами, в сараях и т. д.) и искусственной (в специальных устройствах, сушилках). Процесс естественной сушки очень длителен (до 20 суток).

Для искусственной сушки в керамической промышленности чаще всего применяют:

· Камерные сушилки;

· Конвейерные сушилки;

· Туннельные сушилки.

Туннельная сушилка непрерывного действия представляет собой камеру длиной 24−36 м, высотой 1,4−1,8 м, шириной 1 -1,2 м.

Рис. 11 — Туннельная сушилка 1 — рельсовые пути; 2 — канал для подачи теплоносители; 3 — вагонетка; 4 — канал для отвода теплоносителя.

Изделие поступает в сушилку на вагонетках, которые перемещаются в туннелях по рельсовым путям с помощью передвижных или канатных толкателей. Используются вагонетки сушильные консольные СМК 110-А:

Таблица 11 — Технические характеристики вагонеток СМК 110-А

Таблица 12 — Технические характеристики туннельной сушилки конструкции Гипрострома

Отдельные туннели объединяют в блоки по 4−20 туннелей, имеющих общие каналы для подачи и забора теплоносителя.

Основные преимущества туннельных сушилок:

· поточность производства;

· высокий уровень механизации;

· высокая производительность труда.

К недостаткам туннельных сушилок относятся:

· Большое количество вагонеток и необходимость их пополнения;

· Подверженность металлических изделий вагонеток коррозии;

· Неравномерность сушки изделий по поперечному сечению туннеля (вверху температура теплоносителя выше, чем внизу)

· Необходимость круглосуточной загрузки и разгрузки вагонеток.

Параметры режима сушки в туннельных сушилках: срок сушки 12−50 ч, температура теплоносителя 50−80°С, температура отработанных газов 25−40°С, относительная влажность 75−95%, расход теплоносителя на один туннель 3000−10 000 м³/ч, скорость движения теплоносителя в туннеле 0,8−2 м/с. Начальная влажность массы 18−25%, конечная — 5−7%.

Использование отработанного теплоносителя (до 70−80%) для сушки позволяет повысить влагосодержание свежего теплоносителя, смягчить режим сушки и сократить его срок.

Стены сушила выполнены из красного строительного кирпича толщиной 380 мм. Сверху сушило покрыто железобетонными плитами толщиной 70 мм и слоем шлаковой теплоизоляционной засыпки толщиной 150 мм. Дверки со стороны подачи и выдачи вагонеток выполнены из дерева толщиной 50 мм.

Туннель снабжён двумя вентиляторами: циркуляционным и отсасывающим. Кроме того, туннель обслуживается двумя центробежными вентиляторами: один из которых подаёт отходящие газы из зоны охлаждения печи в распределительный канал, а другой нагнетает в специальный канал холодный воздух. Часть отработанного воздуха отсасывающим вентилятором выбрасывается в атмосферу, остальная часть по каналу забирается циркуляционным вентилятором. Циркуляционный воздух в камере смешивается с отходящими дымовыми газами, поступающими в эту же камеру при открытом положении жалюзийного канала на распределительном канале.

Смесь циркулирующего воздуха и отходящих газов подается в туннель, сосредоточено на 7 позиции вагонеток, считая с выгрузочного конца. У самой выгрузочной двери из канала подаётся холодный воздух для охлаждения высушенных изделий, которые затем несколько согревшись, сливается с общим потоком, протекающим по туннелю. Отработанный воздух отбирается на второй позиции вагонеток, считая от загрузочного конца. Регулирование параметров сушильного агента, поступающего в туннель из камеры автоматизировано.

Сушилка оборудована системой автоматического регулирования температуры теплоносителя в подводящем канале, количества теплоносителя, температуры и давления по длине туннеля, а также дистанционным включением и выключением вентиляторов и дымососов.

5. Обжиг изделия (утильный и политой)

Обжиг — это ключевая операция при производстве керамических изделий, поскольку в ходе обжига формируются многие важные свойства готовой продукции: механическая прочность, износостойкость, постоянство размеров, химическая и водостойкость, огнеупорность.

Физико-химические процессы при обжиге:

Сырьевые материалы для формования изделий — это, как правило, сложные смеси глинистых и иных минералов, в частности, кварца, полевых шпатов, карбонатов, гипса, оксидов железа, иногда содержащие примеси органических веществ. Огнеупоры изготавливают из целого ряда минералов, не присутствующих в глинах, при введении специальных добавок и связующих (к числу которых также относятся некоторые виды глин). При обжиге изделий на основе глины в интервале температур 100 — 200 °C происходит удаление остатков влаги. Окисление органических включений и пирита протекает при температуре 300 — 500 °C, удаление воды, химически связанной в структуре глинистых минералов («кристаллизационной» воды) — в интервале температур 500 — 600 °C, а разложение карбонатов (кальцита, доломита), сопровождаемое выделением CO2, — при температуре 750 — 900 °C.