Разработка технологической линии по производству керамического умывальника литьевого формования

Введение

В современном мире в строительстве очень широко применяются керамические материалы и изделия. Это обусловлено большой прочностью, значительной долговечностью, декоративностью многих видов керамики, а также распространенностью в природе сырьевых материалов.

Происхождение самого слова «керамика» имеет несколько версий. Согласно одной из них оно происходит от греческого слова «керамейя», что означало в древнее время искусство изготовления изделий из глины. В связи с этим под технологией керамики длительное время понимали науку о методах производства из глинистого сырья изделий с заданными свойствами. Но за последние годы это понятие получило более широкое толкование. Дело в том, что для керамической технологии типичны определенные производственные приемы: формование из сырьевых материалов изделий, их сушка и обжиг для придания им камнеподобных свойств. Эти приемы в последнее время нашли распространение в производстве изделий также из другого минерального (не глинистого) сырья. И понятие технологии керамики получило толкование как науки о методах производства изделий из минерального сырья путем их формования, сушки и придания им камнеподобных свойств посредством спекания при высоких температурах. Более того, методы керамической технологии получили применение для изготовления некоторых деталей из металлических порошков, в связи с чем порошковую металлургию именуют часто также металлокерамикой.

В технологии керамики изучаются методы механической и тепловой обработки сырья и изделий, а также происходящие в них при этом процессы. Поэтому основы физической химии силикатов, механическое и теплотехническое оборудование предприятий керамической промышленности являются основными опорными дисциплинами для изучения технологии керамики.

Глины всегда в истории человечества были и являются одним из основных видов строительных материалов. Вначале 8000 лет до н.э. глины применялись в необожженном виде для глинобитного строительства и изготовления саманного и сырцового кирпича. 3500 лет до н.э. отмечается начало применения керамического кирпича, а 1000 лет до н.э. глазурованного кирпича и черепицы. С середины первого тысячелетия в Китае начинается производство изделий из фарфора. В России первый кирпичный завод был построен в Москве в 1475 г., а в 1744 году в Петербурге начал работать первый фарфоровый завод. В конце XVIII — середине XIX в. бурное развитие металлургической, химической и электротехнической промышленности привело к развитию производства огнеупорной, кислотоупорной, электроизоляционной керамики и плиток для полов. С начала текущего столетия получило развитие производство эффективного кирпича и пустотелых камней для возведения стен и перекрытий, а также керамических плиток для внутренней и наружной отделки и санитарно-технических изделий. В последнее время получило распространение производство специальной керамики с уникальными свойствами для нужд ядерной энергетики, машиностроения, электронной, ракетной и других отраслей промышленности. Большой практический интерес имеют керметы, состоящие из металлической и керамической частей. В России начало производства керамических изделий относится к очень давним временам. Древние соборы во Владимире, Киеве и Новгороде украшены настенными деталями, служащими образцами древнерусского гончарного производства. Состав белой эмалевой поливы был известен в России раньше, чем в других европейских странах. Основоположники нашей наукиМ.В. Ломоносов, Д. И. Менделеев, а также крупные ученые-керамики Д. И. Виноградов, акад. Е. И. Орлов, профессора Я. А. Соколов, Б. С. Швецов и многие другие внесли свой вклад в развитие керамической промышленности. С первых лет Советской власти большое внимание стало уделяться изучению технологии керамических изделий. В 1919 г. были созданы Государственный научно-исследовательский керамический институт в Петрограде и Институт силикатов в Москве. Большая заслуга в разработке научных основ керамической технологии принадлежит Герою Социалистического Труда академику АН УССР П. П. Будникову.

Несмотря на большое разнообразие, керамические материалы имеют много общих признаков, в соответствии с которыми их можно классифицировать по ряду признаков.

По конструктивному назначению керамические изделия подразделяют:

Декоративно-художественные, стеновые (кирпич, камни, блоки, панели), кровельные (черепица), фасадные, для внутренней облицовки, для устройства полов, трубы керамические (дренажные и канализационные), теплоизоляционные, огнеупорные, пористые заполнители (керамзит, аглопорит, термолит), кислотоупорные (кирпич и трубы, фасонные изделия), санитарно-технические Санитарно-технические изделия предназначены для санитарно-гигиенического и хозяйственного применения и представлены умывальниками, унитазами, смывными бачками, писсуарами, и другими изделиями, которые устанавливают в санитарных узлах жилых, общественных, и промышленных зданий и различных обьектов.

Керамический умывальник — умывальник изготовленный из фарфоровых, полуфарфоровых и фаянсовых масс методом литья в гипсовых формах с последующей сушкой и обжигом.

Целью данного курсового проекта-закрепление теоретических знаний, выраженное в разработке технологической линии по производству керамического умывальника литьевого формования с графическим оформлением выбранной технологической схемы.

1. Основная часть

1.1 Номенклатура выпускаемой продукции Керамические умывальники изготавливают двух конструкций: с переливом и без перелива; последние получили наибольшее распространение.

В настоящее время промышленность выпускает умывальники следующих типов:

Умывальники со спинкой без перелива (ГОСТ 752−51).

Умывальники с утолщенными бортами (ГОСТ 4550−51) без спинки Умывальники отличающиеся формой и размерами:

Полукруглый (ГОСТ 7288−60)

Прямоугольный без спинки (ГОСТ 4550−60)

Прямоугольный со спинкой (ГОСТ 752−60)

Угловой (ГОСТ 754−47)

В данном курсовом проекте был выбран керамический умывальник полукруглой формы (ГОСТ 7288−60)

Умывальники без перелива используют только при умывании под проточной водой, уходящей через выпуск в канализацию[4].

Умывальники с переливом могут быть использованы в качестве тазов.

Перелив через отверстие, устраиваемое в верхней части чаши, которое соединяется с канализационной трубой ниже пробки выпуска для удаления избытка воды. Расположение и размеры отверстий для выпуска устанавливают в соответствии с ГОСТ 8447–57.

К санитарно — техническим изделиям предьявляются следующие требования (ГОСТ 10 547−63).

Форма, тип, основные размеры и допускаемые отклонения от них должны соответствовать действующим стандартам на данные изделия или техническим условиям. В зависимости от показателей внешнего вида изделия подразделяются на I, II, III сорта.

Изделия должны быть хорошо обожжены, иметь правильную форму, без искривлений, прогибов, выпуклостей, и трещин. При постукивании деревянным молотком издавать чистый не дребезжащий звук. Цвет глазури обожженных изделий должен быть белый, блестящий.

Глазурное покрытие должно быть выполнено равномерно, без пропусков. При покрытии изделий белой глазурью белизна ее по фотометру должна быть не ниже 65% для изделий I и II сортов и 60% для изделий III сорта.

Кроме того изделия должны быть устойчивы против образования цека и выдерживать испытания на термическую стойкость.

Таблица 1- Номенклатура выпускаемой продукции

1.2 Области применения продукции Изделия санитарно-технической керамики предназначены для оборудования санитарных узлов жилых, общественных, промышленных зданий, а также на речных и морских судах и железнодорожных вагонах.

1.3 Технологическая часть

1.3.1 Обоснование выбора и характеристика сырьевых материалов Многие сырьевые материалы, применяемые в производстве изделий строительной керамики, можно обьединить в четыре основные группыпластичные, отощающие, плавни и специальные добавки (в производстве глазурей).

Для производства санитарных изделий используют пластичные глины, каолины, кварц-полевошпатовые материалы.

В качестве основных сырьевых материалов используют огнеупорные глины ДН-1, ДН-2, ВГО-1, ВГО-2 и ФК-1;

Глина огнеупорная-землистая обломочная горная порода осадочного происхождения, которая состоит в основном из высокодисперсных гидроалюмосиликатов, при смешивании с водой дает пластичное тесто, сохраняющее при высыхании форму, и приобретает после обжига прочность камня.

Глина огнеупорная имеет сложный химический состав: она включает в себя Si02−52,34% А1203−15,29% CaO-0,49% MgO-0,24% К20−0,31% Na20−0,17%.

Технические характеристики глины: содержание влаги не более 5%, огнеупорность составляет от 1530 до 1830 °C, в зависимости от состава, водопоглощение-7,8%, средний размер зерна-1,9 мм.

Важнейшими физико-керамическими свойствами огнеупорных глин являются пластичность и связность, воздушная и огневая усадка, спекаемость огнеупорность.

Наиболее характерным свойством огнеупорных глин является пластичность. Этим свойством называют способность увлажненных глин под действием незначительных внешних усилий изменять свою форму без появления трещин и сохранять ее в статическом состоянии.

Огнеупорность-свойство противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. Огнеупорная глина имеет показатель огнеупорности выше1580°.

Указанная способность достигается за счет малого содержания примесей в глине. Такие глины используют для производства фарфора, фаянса и огнеупорных изделий.

Огнеупорная глина обычно имеет белый или серо-белый цвет. В её состав входят каолинит и гидрослюды. Такие глины используют для производства огнеупорного кирпича и других жаропрочных изделий. Огнеупорные глины должны выдерживать при обжиге температуру не менее 1580 градусов. После обжига изделия из данной глины становятся непроницаемыми для воды.

Каолины — продукты разложения и выветривания в основном полевошпатовых горных пород, состоящие преимущественно из каолинита и каолинитовой группы.

В соответствии с ГОСТ 21 286–82 каолин, обогащенный для производства санитарных керамических изделий КС-1, должен содержать не менее 35% Al2O3, не более 2% Fe2O3 + TiO2 и 0,9% CaO, pH должен быть не более 9,5. Остаток на сите № 0063 должен быть не более 0,6% [3]

Кварцевый песок — материал, получаемый дроблением и рассевом молочно-белого кварца. В сравнении с песками естественного происхождения этот материал выгодно отличается мономинеральностью, однородностью, высокой межзерновой пористостью, а, следовательно — грязеемкостью. Его сорбционная способность позволяет удалять из воды окисленные железо и марганец. Обладает высокой стойкостью к механическим, химическим, атмосферным воздействиям.

Кварцевый песок вводят в состав масс для уменьшения воздушной усадки изделия и улучшения сушки. В соответствии с требованиями ГОСТ 7031– —75 кварцевый песок, выпускают марок ПК-95 и ПК-93.

Полевые шпаты — важнейшее семейство породообразующих минералов; слагают примерно 60% объема земной коры (до 50% ее массы). Полевые шпаты являются алюмосиликатами калия, натрия, кальция. Применяют для повышения степени спекания глины и снижения температуры спекания.

Сырьевые материалы не должны содержать в значительных количествах примесей окислов железа в пересчете на Fe2O3-в глинах не более 1,6%, каолинах мокрого и сухого обогащения не более 0,5%, в полевых шпатах не более 0,2%, в кварцевых материалах 0,2−0,3%.

1.3.2 Выбор состава и расчет сырьевой массы Характеристики сырьевых масс представлены в виде таблиц и подобраны в литературе.

Таблица 2 — Состав типовых масс для производства керамического умывальника, %

Таблица 3 — Химический состав типовых масс для производства керамического умывальника, %

Таблица 4 — Технологические характеристики масс и глазурей, %

1.4 Технологическая схема производства

1.4.1 Обоснование выбора способа производства и технологической схемы Санитарно — технические изделия изготавливают способом литья из шликера и в очень редких случаях способом пластического прессования. Шликер приготавливается из масс, которые должны обеспечивать:

а)хорошие литейные свойства (текучесть, фильтрационная способность) б) допустимую величину усадки изделий при литье во избежание растрескивания;

в)получение черепка необходимых физико-механических свойств;

г)соответствие коэффициентов расширения черепка и глазури.

1.4.2 Структура и режим работы предприятия Структура предприятия во многом зависит от вида выпускаемой продукции.

Типичными подразделениями предприятия при производстве керамического умывальника являются:

— склады сырьевых материалов (нормативный запас сырья 2 — 10 суток);

— производственные цехи (выпуск готовой продукции);

— вспомогательные цехи (ремонт оборудования, выработка энергии);

— обслуживающие цехи (транспортный);

— склад готовой продукции.

Режим работы для предприятия, цехов и агрегатов устанавливается исходя из необходимости достижения наибольшей производительности труда. Он является исходным материалом для расчета технологического оборудования, потоков сырья, производственных площадей и штатного состава работающих. Режим работы выбирается в соответствии с режимом оборудования и характеризуется количеством рабочих дней в году, количеством рабочих смен в сутки и продолжительностью рабочей смены.

Годовой фонд рабочего времени рассчитывают по формуле:

ВР = СР * n *КИСП где СР — расчетное количество рабочих дней в году, сут;

n — количество рабочих часов в сутки, ч;

КИСП — коэффициент использования оборудования; принимают равным 0,8 — 0,95, отражает время затраченное на остановочные ремонты оборудования и вынужденные простои.

Принятый режим работы предприятия представлен в виде таблицы.

Режим работы предприятия

1.4.3 Описание технологической схемы Приготовление шликерной массы Для изготовления керамического умывальника литьевым методом принята шликерная технология приготовления массы .

Приготавливаемая масса многокомпонентна, каждый из компонентов выполняет вполне определенную роль на стадии оформления изделия и на стадии его термической обработки. Одни из них не требуют предварительной подготовки и обработки, а другие требуют значительной переработки.

Каолин чаще всего требует просева через сито со стороной отверстия 8−10мм.

Глины рыхлятся до кусков не более 100 мм в поперечнике и по возможности освобождаются от вредных примесей-железистых, карбонатных, органических и др.

Кварцевый песок, получаемый при обогащении каолина, также просеивается через сито 8−10мм.Остатки каолина, содержащиеся в отходах должны учитываться при расчете шихты или отмыты от них, после чего кварцевый материал просушивается.

Полевой шпат и пегматит обжигают при температуре 850−950°С промывают и подвергают сортировке, в процессе которой отбирают включения слюды, железа и отделяют крупные куски кварца, идущие на приготовление глазури. После сортировки полевой шпат и пегматит размалывают на бегунах с гранитными катками и подом, просеивают, через сито — бурат с 64−81отв/см2 и подвергают магнитной сепарации для отделения железистых включений. Если вода очень жесткая и содержит много растворимых солей, то ее смягчают в специальных установках.

По способу приготовления шликера различают два вида — беспрессовый и прессовый (с использованием рамного фильтр-пресса).

Приготовление прессового шликера сложнее и дороже чем беспрессовый, и кроме того, при этом требуются большие производственные площади.

Поэтому в курсовом проекте приготовление шликера выполнен по беспрессовому способу.

Приготовление беспрессового шликера из указанных материалов приводится на рисунке 1.

Совместное измельчение компонентов массы производят в шаровых мельницах мокрого помола периодического действия, используя в качестве мелющих тел кремневую гальку. Мельницы загружают в два приема («завеса»). Первый завес длится 1,5 — 2ч (остаток на сите 6400 отв/ 6,5−8,5%), второй завес до остатка на сите в 10 000 отв/ не более 3−8% для фаянсовой массы.

По достижении заданных показателей по влажности, тонкости помола, загустеваемости и т. п. шликер пропускается через вибрационное сито, имеющее 400 и 900 отв/ и электромагнитную очистку, осуществляемую стержневыми электромагнитами, которые устанавливаются на пути следования шликера от шаровой мельницы до приемной пропеллерной мешалки. В пропеллерной мешалке происходит дополнительное смешивание компонентов массы, иногда с добавлением неотдозированного полностью каолина, после чего шликер мембранным или героторным насосом перекачивается в сборную мешалку. На этом пути шликер вновь процеживается через сито и очищается от железистых частичек с помощью феррофильтра. В сборной мешалке шликер в течении 5−6 сут. вызревает, непрерывно перемешиваясь тихоходной (180−250 об/мин) пропеллерной мешалкой. После созревания готовый шликер подается также мембранными насосами в расходные мешалки с пропеллерными винтами, из которых он забирается на отливку изделий.

Формование Подготовленный шликер из расходных мешалок с помощью мембранных насосов подается по кольцевому (чтобы избежать засорения загустевшой массой) шликеропроводу с антикоррозионным покрытием к месту отливки изделий. Предварительно проверяют качество шликера по влажности, тонкости помола, удельному весу, текучести, загустеваемости, и при необходимости корректируют свойства шликера по этим показателям.

Рисунок 1 Приготовление беспрессового шликера Санитарно-технические изделия формуют в настоящее время в гипсовых формах тремя способами: наливным, сливным или комбинированным.

При сливном способе после образования на внутренней поверхности формы плотного слоя заданной толщины избыток шликера сливают и затем используют для отливки других изделий. Этот способ применяют преимущественно для отливки изделия с примерно одинаковой толщиной стенок.

При наливном способе отливки шликером заполняется полость между двумя или несколькими разъемными формами. Изделие формуется отложением плотного слоя на двух поверхностях форм. Сначала образуется наружный плотный слой изделия, а внутренний жидкий слой по мере его уплотнения пополняется из установленных на формах литников. Этим способом можно получать разнотолщинные изделия. При комбинированном способе некоторые элементы изделия отливаются наливным, а некоторые — сливным способом.

Рабочий процесс отливки изделия в гипсовой форме в общем случае слагается из следующих основных операций: очистка гипсовой формы, сборка формы, заливка шликера, набор черепка (до влажности отливки 22—24%), разборка формы и выемка изделия из формы, оправка изделия, подвяливание и сушка.

Существуют два метода организации рабочего процесса отливки изделий: стендовый и конвейерный. При стендовом методе все операции (до подвяливания) выполняются последовательно во времени на одном и том же посту. При конвейерном способе гипсовые формы движутся на конвейере и все операции осуществляются на различных позициях конвейера. Применяемая на конвейерах искусственная сушка форм стабилизирует их оборачиваемость. Основные достоинства конвейерного способа заключаются в механизации ряда трудоемких операций и увеличении съема с 1 м² производственной площади. Стендовое литье по сравнению с конвейерным имеет следующие преимущества: простоту применяемого оборудования и соответственно отсутствие потребности в квалифицированных рабочих для его обслуживания, более высокую производительность труда в связи с равномерной загрузкой рабочих-литейщиков, отсутствием монотонности, возможность широкого варьирования ассортимента и повышения качества изделий. Поэтому, несмотря на значительную трудоемкость ручных операций, стендовый способ достаточно широко применяется на предприятиях. В последние годы внедряются механизированные стенды, что позволяет сохранить все преимущества стендового способа, устранив основной его недостаток — трудоемкость.

Литейно — подвялочный конвейер для производства умывальников работает по комбинированному способу. Этот конвейер имеет две самостоятельные параллельные двухъярусные ветви, между которыми расположены подвялочный люлечный конвейер, конвейер возврата воронок и подвесная дорога для уборки отходов. Формы укреплены на каретках, перемещаемых по рельсам толкателями. На нижнем ярусе рабочие очищают гипсовые формы и обдувают их сжатым воздухом. Затем формы автоматически закрываются и в них вставляют воронки и сливные пробки. В формы заливается шликер, после чего формы поступают в камеру набора черепка. По окончании набора черепка из формы вынимают сливную пробку и сливают избыточный шликер из бортов умывальника, которые отливаются полыми. Здесь же вынимают воронки, очищают их и укладывают на конвейер возврата к местам заливки форм. После слива шликера каретку передают гидроподъемником в верхний ярус в камеру закрепления черепка, пройдя которую она передается снижателем в нижний ярус на позиции съема изделий. Отлитый умывальник вынимают из формы, предварительно оправляют и пневмосъемником устанавливают на люльку подвялочного конвейера; по окончании подвялки влажность изделия снижается до 12−14%. После этого изделие окончательно оправляют и направляют в сушилку.

При отливке изделий часто образуются воздушные пузырьки на различных частях изделий. Образование пузырьков воздуха происходит при бурном и длительном перемешивании шликера в смесителях и неправильной работе смесителей, когда лопасти их бьют по поверхности шликера; подсосе воздуха в насосы для перекачивания шликера; отсутствии рассекателя при подаче шликера в емкость; перемешивании шликера сжатым воздухом, а также неправильном способе заливки форм, когда струя шликера направлена не на степу формы, а в уже налитый шликер, что вызывает образование пены при слишком быстрой заливке форм; неправильной конструкции гипсовых форм (при заливке форм не обеспечивается свободный выход воздуха из. форм).

Чтобы предупредить образование воздушных пузырьков, следует избегать бурного и очень длительного (не более 2—3 ч) перемешивания шликера, соблюдать правила заливки шликера в формы, правильно располагать отверстия для выхода воздуха в гипсовых формах.

При контроле качества отлитых изделий определяют влажность изделий при разъеме гипсовых форм, время и режим подвялки изделий, влажность изделий при оправке.

Сушка Сушка санитарно-строительных изделий протекает в два периода: предварительная сушка, в процессе которой происходит усадка (подвяливание), и окончательная (досушка). Отформованные изделия после извлечения их из гипсовых форм имеют влажность 21—23%, подвяленные 12—15%, окончательно высушенные 0,3−1%

Для подвяливания необходимы мягкие условия—невысокая температура (30—32°), несколько повышенная относительная влажность (65—82%). Такие условия могут быть в открытых помещениях, непосредственно в цехе, а иногда — в литейно-подвялочных конвейерах—требуется устройство специальных подвялочных камер.

Досушку производят еще в камерных сушилах. В них удобно регулировать режим сушки, но они непригодны для поточного производства и срок сушки в них удлиняется до 70 ч и более. В большинстве используют сушила непрерывного действия (в конвейерно-поточной линии), туннельные или конвейерные сушила. Конвейерные многоярусные сушила являются продолжением поточно-конвейерных линий, в частности литейно-подвялочных конвейеров для умывальников и унитазов. Все они работают как на отходящем тепле, отбираемом из обжиговых печей, так и с паровым обогревом. Наряду с этим в последнее время все чаще стали применять радиационные сушилки и сушку токами высокой частоты.

Выбор типа сушилки и режима сушки изделий осуществляется в зависимости от их формы, размеров и состава массы. Фаянсовые и полуфарфоровые изделия с тонкими и средними по толщине стенками и средними габаритами (умывальники, унитазы, писсуары, смывные бачки, крышки к ним и т. д.) сушат преимущественно в туннельных сушилках с монорельсовым подвесным и железнодорожным узкоколейным транспортом, в конвейерных противоточных и радиационных сушилках. Туннели объединяются в блоки.

В зависимости от производительности предприятия блок сушил состоит из двух, четырех туннелей и более. Подвесные вагонетки по монорельсу перемещаются тяговым канатом или цепью. На них удобно производить оправку изделий. Вагонетки-платформы с изделиями по узкоколейному пути перемещаются с помощью толкателя.

Температура сушки в туннельных сушилах около 80°. Срок сушки в пределах от 24 до 30 ч. Длительность сушки в конвейерных противоточных и радиационных сушилках намного сокращается.

Крупноразмерные и толстостенные изделия сушат в открытых помещениях, в камерных или радиационных сушилках, а иногда комбинированно. Например, при комбинированной сушке ванны, отлитой из шамотированного фаянса, ее после суточного подвяливания освобождают от боковых форм, укладывают на гипсовый поддон и сушат в течение 3 сут. теплом электрических ламп мощностью 500 вт. После этого ванну досушивают теплым воздухом до требуемой влажности. Эффект теплового воздействия на изделие при радиационной сушке во много раз больше, чем при сушке теплым воздухом.

При сушке токами высокой частоты свежеотформованное изделие располагают между двумя электродами (могут быть металлические сетки), к которым подводят от лампового генератора ток высокой частоты. Вследствие этого между пластинами (или сетками)-электродами возникает электромагнитное поле, сопровождаемое диэлектрическими потерями, обусловливающими нагрев изделия. Токи высокой частоты вследствие высокой проницаемости равномерно распределяются в массе изделия, поэтому и сушка также проходит равномерно.

Отличительной особенностью этого вида сушки является движение влаги и тепла в материале от центра к периферии по всему объему, что обеспечивает значительное ускорение сроков сушки по сравнению с обычными условиями. Расход электроэнергии составляет 2— 3 квт-ч па 1 кг испаренной влаги; при комбинированной сушке — вначале электросушка токами высокой частоты, а затем досушка подогретым воздухом —1,0—1,2 квт-ч.

При сушке изделий, сформованных методом литья, по их поверхности возможны следующие дефекты.

Посечки и мелкие несквозные трещины образуются при использовании свежеприготовленного (невыдержанного) шликера; нарушении последовательности введения электролитов в шликер и правильной подготовке их; избытке электролитов в шликере; заделке литников массой по влажности, не соответствующей изделию; передержке отливок в форме; использовании деталей гипсовых форм, имеющих различные влажность и пористость; разнице во влажности основной массы и приставляемой детали; нарушении режима подвялки, сушки и обжига (в зоне подогрева), а также при обжиге изделий, влажность которых более 1%.

Для предупреждения и устранения посечек следует соблюдать необходимое время выстаивания шликера (не менее 3 сут); последовательность введения электролитов в шликер и правильность подготовки их; норму добавки электролитов, обеспечивающих оптимальные литейные параметры шликера, технологические параметры литья и время разъема форм, аккуратную заделку литников массой соответствующей влажности; режим подвялки, сушки, обжига изделий.

Трещины образуются при неправильной конструкции гипсовых форм, передержке отливок, в гипсовых формах, резких перепадах влажности в местах сопряжений сливной и наливной частей изделия, нарушении режима сушки (чрезмерно высокая температура в начале сушки). Устранение этого дефекта требует корректировки конструкции гипсовой формы (исключение резких переходов, острых углов), соблюдения сроков набора, закрепления черепка, заданного режима подвялки, сушки изделий.

Высушенные изделия зачищают наждачной бумагой, обдувают сжатым воздухом; проверяют на трещиноватость, смачивая керосином; покрывают парафином места, не подлежащие глазурованию; при необходимости ангобируют; ставят под глазурной краской знак заводской марки и затем глазуруют на специальной глазуровочной машине. Подготовленные изделия поступают на обжиг.

Глазурование Глазурование изделий строительной керамики осуществляется тремя ровными способами — поливом изделия глазурной суспензией, окунанием в глазурную суспензию и нанесением тонко распыленной различении способами глазури на поверхность высушенного изделия. Каждый способ глазурования имеет свои положительные и отрицательные стороны, поэтому при выборе наиболее оптимального способа для конкретного изделия необходимо тщательно анализировать все особенности каждого способа.

Все санитарные изделия глазуруют для придания им необходимых свойств и улучшения их внешнего вида.

Санитарные изделия глазуруют различными способами — ручным окунанием, на карусельных механических установках и на конвейерных глазуровочных машинах.

В курсовом проекте был выбран способ пульверизации. Этот способ экономичен, обеспечивает равномерность нанесения глазурного слоя, проста в обслуживании и не требует пылеосадительных и очистных устройств. На основном цепном конвейере этой машины последовательно установлены камера для обдувки полуфабриката, две глазуровочные камеры с центробежными распылителями глазури и камера ручной контрольной доглазуровки. На цепи конвейера закреплены площадки для установки умывальников, бачков и унитазов. При прохождении через глазуровочные камеры на все наружные поверхности изделий (кроме специально защищенных) последовательно наносят два слоя глазури. Для глазурования внутренних поверхностей унитаза к конвейеру устанавливают приставку, на которой автоматически методом «полива» производится указанная операция Обслуживают установку два человека — один парафинит и ставит изделия на приставку и на конвейер, второй снимает изделие с конвейера и производит операции по маркировке и зачистке отдельных мест на изделии. Производительность конвейера 140—180 изделия/ч.

Глазурование распылением обеспечивает равномерное покрытие изделия, причем при нанесении глазури на горячее изделие влага быстро испаряется, что особенно важно при глазуровании необожженных изделий.

Глазури для санитарных изделий должны обладать химической стойкостью и твердостью. Тонкость помола глазурных суспензий должна быть такой, чтобы остаток на сите № 0063 составлял не более 0.1—0,2%, плотность глазурных суспензий при глазуровании методом распыления глазури 1,68—1,72 г/см3, при окунании изделий в глазурь 1,5—1,55 г/см3. В процессе глазурования могут возникать следующие дефекты на поверхности изделия.

Натеки — местные утолщения глазури в виде полос или пятен. Образуются они из-за неравномерности нанесения глазури, при использовании глазури высокой плотности (более 1,52—1,56 г/см3 при глазуровании окунанием), слишком большой подвижности (вязкости) глазури, грубом помоле, а также несоответствии температуры разлива глазури температуре обжига черепка. Для устранения этого дефекта необходимо регулировать плотность н подвижность (вязкость) глазури, соблюдать заданную топкость помола глазури, добиваться согласованности температуры обжига черепка н температуры плавления глазури.

Плешины образуются в результате плохой очистки и обдувки изделий от пыли перед глазурованием, а также от попадания парафина, масел на поверхность изделия, подлежащую глазурованию. Чтобы избежать образования этого дефекта, следует тщательно очищать изделия перед глазурованием от пыли и не допускать жировых загрязнений на поверхности изделий.

Засорка (массная)—частицы массы, образующие выступы на поверхности изделия (покрытые или не покрытые глазурью). Наблюдается засорка при плохой обдувке полуфабриката, наличии на изделии стружки после оправки, сверлении отверстий, попадании крупинок размокшей массы из глазуровочных чанов в процессе глазурования, а также при отсутствии обдувки перед ставкой изделий на печные вагонетки. Для устранения массной засорки изделия систематически обдувают сжатым воздухом перед глазурованием, протирают изделия внутри и снаружи влажной губкой, не реже двух раз, а смену процеживают глазурь, обдувают глазурованные изделия, прежде чем ставить на вагонетки Виды глазурей и их характеристики. Глазури по способу приготовления бывают сырые и фриттованные. В сырых глазурях глазурный шликер приготовляют мокрым помолом и смешиванием нерастворимых в воде компонентов. Растворимые в воде вещества вводить в состав сырых глазурей не рекомендуется, так как при нанесении глазурного шликера на изделия растворимые вещества вместе с водой впитываются в изделие и заданный состав глазури нарушается.

Если в состав глазури необходимо вводить растворимые в воде вещества, то глазурь фриттуют, т. е. исходные компоненты глазури предварительно сплавляют, а затем ведут тонкий помол полученного спека или стекла для получения глазурного шликера.

По способу приготовления глазури в курсовом проекте был выбран фриттованный.

Химические характеристики и составы глазури приведены в таблицах 5,6 и 7 и подобраны в литературе.

Таблица 5 — Состав глазури для производства керамического умывальника, %

Таблица 6 — Составы фритт, используемых в глазурях для керамического умывальника, %

Таблица 7 — Химический состав глазури для керамического умывальника, %

Основные характеристики глазурных расплавов и покрытий: температура разлива, вязкость расплава, ее поверхностное натяжение, смачивающая способность и температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) глазурного покрытия.

Температура разлива характеризуется точкой полного плавления глазурей. Она зависит от их химического состава. У глазурей с простым, химическим составом типа моносиликата свинца начальная точка находится около 400 —500° С. Сложные глазури типа щелочных алюмоборосиликатных начинают плавиться при температуре 600—650° С. Для получения хорошего разлива глазурей их обжигают при температуре, которая выше точки начала их плавления на 400—500° С, т. е. для глазурей с простым химическим составом при температуре-800—900° С, а для сложных — в интервале 1000—1100° С и выше.

Вязкость глазури при максимальной температуре обжига должна находиться в определенных пределах. При чрезмерно жидком, текучем состоянии глазури в этот период она впитывается пористым черепком. Кроме того, маловязкая глазурь в процессе обжига может стекать на поверхности изделия, образуя натеки (наплывы) и вызывая неравномерность толщины глазурного покрытия. В то же время вязкая, очень густая глазурь не дает хорошего разлива и блестящей поверхности. Вязкая глазурь, расплавляясь, плохо растекается на черепке изделия, образуя рябоватую волнистую поверхность с мелкими внутренними пузырьками, газы из которых в процессе обжига изделий не успевают полностью удалиться.

При повышении температуры вязкость глазурей уменьшается. Вязкость глазури в конечной стадии обжига не должна резко меняться с температурой, т. е. важно, чтобы глазурь была достаточно «длинной». При переходе в область более низких температур вязкость глазури, охлаждающейся вместе с керамической основой, растет и при некоторой температуре глазурь становится уже твердой, составляя с черепком как бы одно тело. С этого момента в глазури начинают возникать напряжения.

Поверхностное натяжение — это избыточная энергия, которая возникает в поверхностном слое глазури. Поверхностное натяжение стягивает поверхностный слой и стремится втянуть молекулы внутрь жидкого тела, благодаря чему они приобретают ориентированное положение. Поверхностное натяжение способствует заплыванию наколов на глазури, углублений от всплывающих и лопнувших газовых пузырьков, определяет растекание глазури по изделию, влияет на кристаллизацию. Поверхностное натяжение зависит от состава глазури.

Смачивающая способность представляет собой особый вид взаимодействия жидкости с твердым телом. На практике она проявляется либо в форме растекания жидкости по твердому телу, либо, наоборот, в форме свертывания пленок жидкости в каплю. Смачиваемость керамического черепка зависит от состава глазури, состава и химической природы смачиваемой поверхности.

Обжиг На современных заводах санитарно-строительные изделия обжигают однократно в капселях или чаще без них. Обжиг ведут преимущественно в туннельных печах (например, С-88, С-100 и др.), а крупногабаритных изделий из шамотированного фаянса — в периодических печах с выкатным подом. Капсели для крупногабаритных изделий устраивают разборными.

В качестве топлива для обжига используют природный или генераторный газ, а также мазут. Для предохранения изделий от непосредственного удара пламени их защищают шамотными плитами, применяют развитый под высотой до 320 мм и т. п. Горелки в печах располагают на уровне пода вагонеток, что способствует выравниванию температур в обжиговом канале в зоне обжига и подогрева.

В зоне подогрева температуры выравниваются также аэродинамическими завесами, в зоне охлаждения— поперечной циркуляцией воздуха с помощью инжекторов, расположенных в стенах печи. Кроме того, печь оборудуется нагнетательным вентилятором, подающим воздух в выходной конец печи, эксгаустером для отсасывания воздуха из зоны охлаждения, дымососом, а также устройством для автоматического регулирования давления газа в газопроводе, количества подаваемого и отсасываемого воздуха.

Максимальная температура обжига 1250—1280°, время обжига увеличивается до 50—60 ч. Вагонетки проталкиваются с интервалом 30— 55 мин. В случае бескапсельного обжига вагонетку загружают в 1, 2 и 3 яруса. Производительность печи С-88 2560 т, а С-100 4140 т продукции в год.

Расход условного топлива в туннельных печах от 0,62 до 1 т на 1 т продукции. По сравнению с печами периодического действия обжиг в туннельных печах позволяет сократить длительность цикла обжига, снизить в 2,5 раза удельный расход топлива, в четыре раза сократить количество рабочих в цехе обжига, улучшить условия труда, повысить качество продукции. Работа туннельных печей намного улучшается при оборудовании их беспламенными панельными горелками.

Обжиг в туннельных электрических печах дает возможность повысить выход изделий I сорта до 70% общего выпуска; муфельные туннельные печи обеспечивают выход продукции I сорта более чем на 60%. Однако эксплуатация электрических печей дорога — на обжиг 1 кг изделия расходуется 1,5—1,6 квт-ч, и поэтому применение их пока ограничено.

Обожженные изделия сортируют, укомплектовывают металлическими деталями и после испытания на специальном стенде упаковывают в деревянные решетчатые ящики с применением упоров, предохраняющих изделия от ударов о стенки ящика, или в контейнеры с укладкой между изделиями деревянной стружки и прокладкой каждого рода досками.

Упаковка Санитарные керамические изделия в связи с многими специфическими требования к определению их качества и сортности (размер и количество темных точек, утолщений глазурного покрытия, форма и размер неровностей после ручной отправки отлитого полуфабриката и т. д.) сортируются вручную с визуальным определением качества каждого изделия.

Рисунок 2 Технологическая схема производства керамического умывальника Упаковывают изделия, как правило, в решетчатые деревянные ящики. Для более экономичного и удобного транспортирования как при внутрицеховых перевозках, так и при доставке продукции потребителю все более широко применяются контейнерный и пакетный способы упаковки изделий. Наиболее экономичны пакеты на деревянных или металических поддонах, полностью закрытые термоусадочной полиэтиленовой пленкой. Процесс упаковки в такой пакет очень прост и не требует дорогостоящих и ремонтосложных механизмов.

Для перевозки санитарных керамических изделий только автотранспортом или специально оборудованные автомашины. Способ удобен и экономичен, однако он может быть применен только при условии поставки изделий постоянному и крупному потребителю. Недостаток контейнерного способа перевозки на специально оборудованной автомашине — необходимость хранения изделий на промежуточных складах у потребителя в не упакованном виде, что требует дополнительных складских помещений.

Для поставки изделий в торговую сеть целесообразно применять для упаковки штучные ящики — коробки из гофрированного картона. Изделия в таких ящиках-коробках можно транспортировать с завода-изготовителя на торговые базы таких же контейнерах и пакетах на поддонах.

1.4.3 Выбор и расчет количества оборудования Выбор оборудования требует хороших знаний технологии производства, назначение и требования к используемым в производстве машинам и агрегатам, умение объединять их в оптимальные технологические потоки с эффективным использованием каждой единицы оборудования.

При выборе оборудования также необходимо учитывать качественную характеристику сырья и требования, предъявляемые к конечному продукту, после обработке на данном оборудовании.

Расчет производят в порядке установки оборудования в технологическом потоке от подачи сырья до выхода готового продукта.

Общая формула для расчета технологического оборудования имеет вид:

М = ПЧ: ПП: КВН где М — количество машин подлежащих установке, шт.;

ПЧ — часовая производительность по данному переделу, т/ч;

ПП — паспортная производительность выбранного оборудования, т/ч;

КВН — нормативный коэффициент использования оборудования по времени, равен 0,6 — 0,8.

Тонкий помол сырьевых материалов осуществляется на шаровых мельницах непрерывного действия СМ6003А. Эти мельницы имеют достаточно высокую производительность и обеспечивают получение конечного продукта с заданным гранулометрическим составом.

В качестве оборудования для участка формования выбираем литейно — подвялочный конвейер СМ-462А. Литейно — подвялочный конвейер представляет собой две технологические двухъярусные параллельно расположенные ветви. Каждая ветвь имеет самостоятельный гидропривод и исполнительные органы, выполняющие технологические операции.

Основные узлы конвейера:

камеры, являющиеся основной несущей частью конвейера, внутри которых проложены рельсовые пути для перемещения тележек;

тележки, несущие гипсовую форму; в каждой ветви конвейера расположено по 139 тележек;

гидротолкатель, предназначенный для проталкивания поезда тележек, на каждой ветви конвейера установлено по два толкателя: один на первом этаже и другой на втором;

гидроподъемник, осуществляющий перемещение тележек с одного яруса на другой;

механизм поворота нижней полуформы, который освобождает прикрышу с изделием от формы и укладывает их на поворотный столик;

механизм слива избыточного шликера из полости борта умывальника; слив шликера осуществляется путем наклона тележки с формой;

люлечный конвейер, предназначенный для транспортирования изделий в камере подвялки. Камера подвялки размещена в приемке ниже нулевой отметки на 1500 мм. Привод конвейера гидравлический, посредством качающегося гидроцилипдра;

тельферная тележка для транспортирования воронок с позиции слива на позицию заливки форм;

механизм расталкивания тележек, обеспечивающий продвижение вперед от механизма слива четырех тележек, с целью обеспечения свободного поворота механизма слива; механизм автоматической заливки;

подвесное устройство для уборки отходов, образующихся на месте слива шликера, включающее ковш; тележку и рельсовые пути.

Для сушки санитарно — технических изделий: камерные или туннельные сушилки. В курсовом проекте была использована туннельная сушилка, а так же представлен теплотехнический расчет сушилки. Туннели объединяются в блоки. В зависимости от производительности предприятия блок сушил состоит из двух, четырех туннелей и более. Подвесные вагонетки по монорельсу перемещаются тяговым канатом или цепью. На них удобно производить оправку изделий. Вагонетки-платформы с изделиями по узкоколейному пути перемещаются с помощью толкателя. Температура сушки в туннельных сушилах около 80°. Срок сушки в пределах от 24 до 30 ч.

Первый глазуровочный конвейер для умывальников способом пульверизации был разработан в НИИ Стройкерамике и в 1970 г. успешно внедрен на ленинградском заводе «Стройфаянс». Конвейер состоит из следующих основных узлов:

двухцепного вертикально замкнутого непрерывно двигающегося конвейера с тележками; изделия устанавливают на тележках вертикально, передним бортом вверх.

Тележка конвейера представляет собой площадку с регулируемой по высоте подставкой, под которой крепятся поддоны, предохраняющие ходовую часть конвейера от попадания глазури;

камеры обдувки, в которой сжатым воздухом, подаваемым через отверстия специального коллектора, удаляется пыль с поверхности изделий;

камеры увлажнения, где с помощью пульверизаторов, работающих от сети сжатого воздуха, поверхности изделия, подлежащие глазурованию, увлажняются;

двух последовательно установленных камер автоматического глазурования, в каждой из которых при помощи 9 пульверизаторов (4 с каждой стороны и один сверху) изделия покрываются глазурной суспензией. Боковые и верхний пульверизаторы совершают качательное движение по круговой траектории в вертикальных плоскостях, перпендикулярных направлению движения конвейера. Амплитуда колебаний, а также положение пульверизаторов могут регулироваться;

камеры контрольной доглазуровки.

Конвейер оборудован системами вентиляции и централизованной подачи глазури, а также возврата отработанной глазури. На нижней ветви конвейера, у приводной станции, расположено устройство для промывки рабочих площадок тележек от глазури.

Недостатком конвейера с пневматическими пульверизаторами является относительно большое число распылителей (18 шт.), что усложняет его обслуживание и эксплуатацию. Кроме того, применение пневматических пульверизаторов обусловливает необходимость оборудования камер глазурования вентиляционными системами со сравнительно сложными и громоздкими устройствами для улавливания глазури. В связи с этим в НИИ Стройкерамике была создана принципиально новая глазуровочная линия для санстройизделий, в которой использованы центробежные распылители, получившие широкое распространение в последнее время и в машинах для глазурования плиток.

Туннельная печь — сквозной канал длиной до 100 м, в котором по рельсам движутся вагонетки с обжигаемыми изделиями. В туннельной печи имеются те же зоны, что и в кольцевой, и совершаются те же операции загрузки, подогрева, обжига, охлаждения и выгрузки. Однако в туннельной печи передвигаются по зонам изделия, а сами зоны остаются на месте.

Количество туннельных печей на годовую производительность:

Мсм = 35 000: 30 000: 0,8 = 1,45,

— т. е. для обеспечения выпуска продукции необходимо запланировать установку 1 туннельной печи.

Таблица 8 — Ведомость основного оборудования для производства керамическогоумывальника

1.4.4 Материальный баланс производства Под материальным балансом следует понимать равенство, выражающее соотношение между количеством материалов, поступающих в производство (или в переработку на данной технологической операции), и количеством полученных в результате переработки готовой продукции, полуфабрикатов, побочных продуктов, отходов и материальных потерь. При проектировании предприятия составление материального баланса имеет целью выявить количество материалов, необходимых для осуществления запроектированного технологического процесса.

Для составления материального баланса исходными данными являются:

— способ производства;

— производственная мощность, выраженная в единицах массы (кг, т);

— состав керамической массы выраженной в %;

— влажность сырья, массы, сырца, полуфабрикатов, отпускная влажность изделий, %;

— режим работы предприятия;

— технологические потери на всех стадиях производства изделий, % ;

— вес готового изделия, полуфабрикатов, сырца.

На основании расчета материального баланса определяется расходный коэффициент сырья на единицу продукции.

Величины производственных потерь и удельных расходов сырья при выполнении проекта принимаются из литературных источников или по данным действующих предприятий.

Удельный расход глинистых материалов в плотном теле на получение различных изделий составляет:

На 1000 шт. умывальников 1,5 т Расчет материального баланса производства керамических умывальников производительностью 100 тыс. т./год:

1)Расчет годового выпуска умывальников с учетом потерь при складировании, сортировки, транспортировании, а0=2%, составляет:

П0 =

П0 = = 102 040,82

2)Потери при складировании, сортировки и транспортировании умывальников, К0, т/год:

К0 = П0 — П год.

К0 = 102 040,82 — 100 000 = 2040,82

3)Масса умывальников, выходящих из печи П1, т/год, с учетом брака при обжиге, а1 = 2%:

.

4) Брак при обжиге, К1, т/год:

К1 = П1 — П 0.

К1 = 104 123,28 — 102 040,82 = 2082,46

5) Потери при прокаливании умывальников перед садкой в печь зависят от содержания глины, Г, %, в абсолютно сухом полуфабрикате:

Г=

Г=

D=0,12

6) Масса умывальников, поступающих в печь, П2, т/год, с учетом потерь при прокаливании, ППП=8−12%, в абсолютно сухом состоянии:

.

7) Масса умывальников, поступающих в печь, П3, т/год, с учетом остаточной полуфабриката, wост=2−5%