Техники и технологии нанесения эмали на стальные трубы Производство шамотного кирпича. 
Декорирование керамических изделий и стекла

То, что жизнь людей тесно связана с силикатными материалами, неудивительно, так как в основе их получения лежит самое распространенное в природе сырье.

Общие свойства силикатных материалов — высокая механическая прочность, огнестойкость, химическая стойкость — объясняются высокой долей ковалентных связей и полимерным строением силикатов. Изменение химико-минералогического состава и условий термической обработки позволяют получать материалы с существенно отличающимися свойствами, и предназначенные для различных областей применения. Однако при всем многообразии состава и свойств силикатные материалы могут быть разделены на три большие группы: минеральные вяжущие вещества, керамика и стекло.

Без силикатных материалов невозможно представить нашу жизнь. Распространенность сырья, относительная простота технологии в сочетании с высокими физико-техническими свойствами получаемых изделий — механической прочностью, тугоплавкостью, термостойкостью — обеспечили ведущее место силикатных материалов не только в быту и строительстве, как это было тысячи лет назад, но и в самых современных областях техники: авиации, космонавтике, электронике, радиотехнике, атомной энергетике и др. Широту спектра использования силикатных материалов наглядно характеризует их общая классификация.

В последние годы в промышленности строительных материалов наблюдается стабильный рост по всем основным видам продукции.

1. Покрытие стальных труб стеклоэмалью в условиях КП Донецкгортеплосеть

1.1 Подготовка стальных труб к нанесению стеклоэмали Подготовка включает в себя:

— укладку изделий;

— снятие избытка смазки;

— первое обезжиривание;

— второе обезжиривание;

— промывку изделий;

— сушку.

Снятие избытка смазки[1].

Операцию снятия избытка смазки следует производить в горячей воде при температуре в пределах 85−95 єС.

Давление воды (при струйной обработке) — 2,6 кгс/см².

Продолжительность операции — 1,5−2 мин.

Рекомендуемая частота смены воды (одного объема) — через 7−8 ч непрерывной работы[1].

Первое обезжиривание

Химический состав водного раствора при первом этапе обезжиривания следующий: триполифосфат — 70 г/л; едкий натр — 30 г/л; вспомогательное вещество (эмульгатор ОП-7 или ОП-10) — 3−5 г/л.

Температура раствора первого этапа обезжиривания должна быть в пределах 70−80 С[1].

Давление струи водного обезжиривающего раствора — 2,3 кгс/см².

Продолжительность операции — 1,7−2 мин.

Полную замену рабочего раствора следует производить не реже 1 раза в 2 недели[1].

Второе обезжиривание

Этот этап подготовки идентичен первому по всем указанным технологическим параметрам.

Промывка Химический состав промывного раствора содержит 4 г/л нитрита натрия. Характеристика воды, взятой для промывки, должна быть такой же, как и указанная в кислотном способе подготовки.

Температура промывного раствора должна быть в пределах 85−95 С.

Давление струи промывного раствора — 2,7 кгс/см².

Продолжительность операции промывки — не менее 2,5 мин[1].

Сменность одного объема промывного раствора следует обеспечивать через 7−8 ч непрерывной работы[1].

При необходимости может быть введена операция нейтрализации[1].

При замене рабочих обезжиривающих растворов, а также промывного (через указанные промежутки времени) необходимо предусмотреть также чистку и промывку всех ванн с последующей нейтрализацией стоков раствором кислоты перед сбросом их в канализацию[1].

Сушка

Сушку обезжиренных и промытых изделий следует производить в сушильной камере или устройстве любого типа в атмосфере нагретого до 200−240 С воздуха[3].

Продолжительность сушки может ориентировочно составлять 2−3 мин, однако сушку следует проводить до полного высыхания обработанных поверхностей[3].

1.2 Приготовление стеклоэмали Состав различных видов эмалей представлен в таблице 1.1.

Эмалеплавильная печь (рис. 1.1.) перед загрузкой шихты должна быть нагрета до температуры 1200 ⁰С[2].

Таблица 1.1. Состав эмалей

Рисунок 1.1- Эмалеплавильная печь При пуске новой печи или печи после мелкого ремонта ее обязательно промывают одной промывочной плавкой. Для этой цели можно применять забракованную выплавленную эмалевую фритту. Промывочная фритта в дальнейшем для приготовления эмалей непригодна[2].

Шихту для выплавки эмали в контейнере-смесителе подают краном на загрузочную площадку над печью и устанавливают на загрузочную воронку загрузочным отверстием вниз, открывают шибер и шихта засыпается в печь.

При засыпке шихты в печь прекращают подачу газа и воздуха для избежания выноса компонентов шихты. Потери шихты при загрузке в плавильную печь не должны превышать 0,5%[2].

После загрузки печь поворачивают на 90⁰. Загрузочное отверстие печи закрывают пробкой из огнеупорной глины толщиной 40−50 мм, а сверху — откидной крышкой[2].

Печь переключают на автоматическое управление с периодическими поворотами через 5−7 мин на ј оборота. Включают газ и воздух. Температура выплавки эмалей ориентировочно может колебаться в пределах 1150−1360 ⁰С. Максимальная температура выплавки должна быть достигнута за 20−30 мин до конца всего процесса. Подъем температуры осуществляют постепенно и расплав выдерживают при максимальной температуре до готовности[1].

Во избежание остывания расплава и футеровки печи подачу газа и воздуха не прекращают, а лишь уменьшают[1].

Сплавленную эмаль гранулируют:

— струей холодной воды;

— сухим способом — расплавленная эмаль проходит через охлаждаемые вращающиеся навстречу друг другу стальные валки. Барабанный гранулятор изображен на рис. 1.2.

В случае гранулирования струей холодной воды расплав выливают из печи через желоб в грануляционный контейнер. Перед сливом расплава из печи производят очистку загрузочного отверстия от глины[3].

Для получения равномерных и мелких гранул расплав необходимо выливать тонкой струей. Продолжительность слива расплава из печи составляет примерно 8−10 мин[3].

После слива расплава прекращают подачу воды, отводят желоб. Печь готовят к новой загрузке. Приямок грануляционного бассейна должен быть закрыт[3].

Контейнер с гранулированной эмалью (фриттой) выдерживают для стока воды[3].

Плавильщик от каждой плавки отбирает фритту для проведения технологической пробы: качество покрытия (на пластинках) и растекаемости (в лаборатории). Наличие «лепешки» обязательно[3].

Рисунок 1.2 — Барабанный гранулятор При удовлетворительном заключении лаборатории плавку из контейнера ссыпают в бункер с соответствующей маркой эмали для сушки. Фритту, сомнительную по каким-либо признакам (внешний вид, загрязнения), ссыпают отдельно до выяснения причин[3].

При переводе печи на плавку другой марки эмали производят промывочную плавку[3].

Грануляционные контейнеры должны быть закреплены за определенными марками эмалей.

Слив эмали из печи производят с разрешения мастера отделения в присутствии контролера ОТК, который фиксирует температуру расплава при сливе, а также время слива[3].

Годную фритту краном подают в установку для сушки. Сушку производят в бункерах с двойными стенками, между которыми подают горячий воздух, который подогревают в трубчатом рекуператоре до температуры 100−150 ⁰С за счет тепла отходящих дымовых газов. Природный газ сжигают в топке, продукты сгорания омывают трубы рекуператора, нагревают воздух, проходящий по трубам. Воздух продувают через фритту и затем отсасывают дымососом. В бункер может быть высыпана одна плавка. На каждую плавку, загружаемую на сушку, должен быть паспорт, в котором указывают номер бункера с фриттой[3].

На бункерах для фритты должна быть четкая надпись с указанием номера бункера и марки эмали[3].

Сухую фритту (влажность менее 3%) разгружают в короб, затем через полуавтоматические весы затаривают, например, в бумажные 5-слойные мешки по ГОСТ 2227, непропитанные, затем в тканые (джутовые) мешки по ГОСТ 18 225[3].

1.3 Подготовка стеклоэмали к нанесению на трубы Грунтовые и покровные эмали поступают в гранулированном виде, затаренными, с техническими требованиями в соответствии с нормативно-технической документацией (НТД) завода-изготовителя[8].

Эмали должны быть однородными, не иметь посторонних включений.

Эмали следует подвергать просеву через проволочную тканую сетку с квадратными ячейками размером в свету: 10 мм — для эмали водной грануляции, 20 мм — для эмали сухой грануляции[8].

В целях правильного расчета добавки воды в шаровую мельницу (рис. 1.3.) мокрого помола необходимо знать влажность эмали[8].

Грунтовый и покровный эмалевые шликеры доводятся до рабочего состояния путем придания им определенных параметров — объемной массы и консистенции (приставаемости)[8].

Для регулирования объемной массы шликера применяются: вода — для ее снижения; шликер с более высокой объемной массой — для ее повышения.

Рисунок 1.3 — Шаровая мельница Для придания шликеру определенной консистенции применяются электролиты (заправочные средства в виде растворов технических солей), например:

— бура (Nа₂B₄О₇*10H₂О) марки Б по ГОСТ 8429;

— сода кальцинированная (Nа₂СО₃) техническая марки Б, первого и второго сортов по ГОСТ 5100;

— калий хлористый (KСl) по ГОСТ 4234; 41

— калий углекислый технический (K₂СО₃) поташ первого сорта по ГОСТ 10 690;

— поваренная соль (NаСl) по ГОСТ Р 51 574;

— молибденово-кислый натрий (Nа₂MоО₄) по ГОСТ ;

— нитрит натрия (NаNО₂) по ГОСТ 194 и другие.

Все химикаты должны храниться в чистых ларях или емкостях с соответствующими надписями.

Растворы электролитов готовятся в чистых емкостях, желательно эмалированных[8].

1.4 Нанесение на стальные трубы Заправленный (доведенный до заданных параметров) шликер покровной эмали подают на участок нанесения эмалевых шликеров, тщательно перемешивают и проверяют на соответствие объемной массе и консистенции[1].

Объемная масса шликера доводится до нормы путем добавок: воды — для снижения; шликера с более высокой объемной массой — для ее повышения[1].

Консистенция шликера доводится до нормы добавлением электролитов. Их добавляют небольшими порциями при тщательном перемешивании шликера. Сначала перемешивается только верхний слой, затем шликер перемешивается по всему объему рабочей емкости[1].

Введение

избыточного количества электролита не допускается, так как вызывает перезаправку шликера — он комкуется и практически не разравнивается на покрываемой поверхности[1].

Температура шликера должна быть в пределах 18−25 ⁰С[1].

Перед началом работы необходимо сделать технологическую пробу на стальных пластинах размером, подготовленных к эмалированию с последующими сушкой и обжигом нанесенного слоя шликера покровной эмали[1].

Проба предъявляется на контроль сменному мастеру: замеряют толщину покрытия, визуально оценивают его качество[1].

Если покровная эмаль используется для нанесения на стальной лист для покрытие должно быть матовым; если испытывается эмаль для прочих целей (марки эмалей по НТД завода изготовителя) — покрытие должно обладать достаточным блеском[2].

Перед нанесением эмалевый шликер тщательно перемешивают.

Нанесение шликера покровной эмали может производиться различными методами в зависимости от типа покрываемого изделия[2].

На плоские поверхности (стальной лист) шликер наносят пульверизацией, например методом безвоздушного распыления при помощи агрегата высокого давления «Финиш-211» или при помощи распылителей других марок:

— лист подвешивается на крючки или другие приспособления в вертикальное положение;

— шликер заливают в рабочую емкость распылителя;

— напыление следует производить с расстояния 300…500 мм;

— ширина факела распыления регулируется до 1200 мм (агрегат «Финиш-211») в зависимости от величины эмалируемой поверхности;

— факел шликера направляют перпендикулярно поверхности листа;

— продолжительность процесса напыления зависит от требуемой толщины эмалевого покрытия;

— рабочее давление при безвоздушном напылении может достигать 15−20 атм и определяется подбором[2].

Наплывы шликера, образующиеся при его стекании на нижней кромке листа, следует удалять, не дожидаясь его высыхания[2].

На изделия сложной конфигурации шликер могут наносить также методами облива, окунания (в зависимости от формы изделия) при помощи щипцов, клещей или на полуавтоматах[2].

Изделия, покрытые шликером покровной эмали и имеющие дефекты (заметные наплывы, несплошности и т. п.), на сушку не допускают — их направляют на смыв шликера, после чего просушивают и снова отправляют на участок нанесения шликера изделия; не имеющие дефектов покровного слоя, направляют на сушку и обжиг[2].

1.5 Обжиг стеклоэмалевого покрытия В целом процесс сушки и обжига стальных изделий, покрытых шликером покровной эмали, аналогичен таковому для изделий, покрытых шликером грунтовой эмали (без учета технологического регламента)[3].

Так, например, листы для производства рабочей поверхности учебных досок обжигают при температуре 780−830 єС; прочие изделия — при 820−860єС или при других температурах (в зависимости от химического состава эмали в шликере, а следовательно, назначения покрытия)[3].

Обожженные изделия независимо от типа используемого оборудования снимаются с конвейера проходного агрегата или выгружаются из тупиковой печи для рассортировки работниками ОТК по соответствующей нормативно-технической документации[2].

Изделия, покрытые шликером силикатной эмали (грунтовой или покровной), просмотренные после сушки и признанные годными, попадают на обжиг[2].

Обжиг производят в камерных печах (рис. 1.4.) при соответствующей температуре (для грунтовой эмали, покровных эмалей различного назна? чения). Ориентировочный диапазон температур обжига может быть от 780 до 950 ⁰С[2].

Обжигаемое изделие устанавливают на обжиговый инструмент (для каждого вида изделий — свой)[2].

Инструмент для обжига должен быть исправным — не иметь окалины, заусенцев, должен быть смазан суспензией огнеупорной глины и нагрет перед работой (перед установкой на него изделия)[2].

Установку изделий на обжиговый инструмент следует производить в хлопчатобумажных рукавицах или перчатках, осторожно, не стирая эмалевый шликер[2].

К тому же следует удалить с изделий пыль (если она появилась) и соблюдать зазор между изделиями, если их устанавливают на один инструмент по несколько штук[3].

Снятие обожженных изделий с инструмента производят специальными приспособлениями (типа клещей, вил, ухвата), избегая ударов.

Изделия следует снимать с инструмента достаточно охлажденными.

Укладывают изделия, как правило, на асбестовую или металлическую поверхность приемного стеллажа[3].

Сортировщица производит зачистку следов от инструмента (обычно это делают при помощи наждачного камня).

Изделия, имеющие дефект после обжига, зачищают, наносят на дефектное место соответствующий эмалевый шликер, сушат и вновь подают на обжиг[3].

Рисунок 1.4 — Камерная печь для обжига эмалированных труб

2. Применение шамотных огнеупоров

2.1 Исходное сырье для производства шамотных огнеупоров Шамот делают из глины (рис. 2.1), в составе которой имеются высокодисперсные гидроалюмосиликаты. Из данной глины формируют куски любой формы или прессованные брикеты и обжигают в специальных печах, нагретых до очень высокой температуры[6].

Рецептур изготовления шамотной массы существует много. В некоторые составы добавляют больше обожженного порошка, другие состоят из порошка крупного помола, в одной массе больше воды и т. д[6].

Также шамот различается по длительности и высоте температуры обжига. В итоге из печей выходят массы различных цветов и фактуры[4].

Огнеупорная глина состоит из множества химических элементов:

Кварц (SiО₂);

Алюмооксидная керамика (Аl₂О₃);

Оксид кальция (СаО);

Оксид калия (К₂О);

Оксид магния (MgО);

Оксид натрия (Nа₂О),

Оксид железа (Fе₂О₃)[4].

Рисунок 2.1 — Шамотная глина

2.2 Подготовка сырья Природное огнеупорное сырье в большинстве случаев не готово к непосредственному использованию. Поэтому над ним производят целый ряд действий, включающие дробление, обогащение, сушку, измельчение, классификацию и др. О масштабах и содержании операций можно судить по схеме обогащения глин, приведенной на рис. 2.2). Обогащение глин. В подрисуночной надписи указаны операции и используемое для их проведения оборудование[4].

Рисунок 2.2 — Схема комбинированного обогащения глин[4]: 1 — склад глины; 2 — мостовой кран; 3 — стругач; 4, 6, 27 — транспортерные ленты; 5 — зубчатые вальцы; 7, 28 — сушильные барабаны; 8, 17, 29 — циклоны; 9 — элеваторы; 10, 13, 30 — бункеры технологические; 11, 31 — дезинтеграторы; 12, 22 — грохоты; 14 — дозаторы; 15 — трубная мельница; 16 — воздушный классификатор; 18 — вентилятор; 19 — шнек; 20, 32 — бункеры готовой продукции; 21 — мельница мокрого помола; 23 — пропеллерная мешалка; 24 — фильтр-пресс; 25 — насос; 26 — бункер отходов

Количество операций и их содержание зависит от вида обрабатываемого сырья[4].

Разделенные по крупности подготовленные порошки используют для составления шихты при помощи весовых дозаторов. Жидкие компоненты дозируют объемными дозаторами (вода, ССБ и др)[4].

Для обеспечения однородности шихты ее смешивают, используя смесители различных типов: смесители для перемешивания жидких смесей, смесители для получения пластических масс, смесители для получения полусухих масс. Последний способ получения смесей (полусухих) является основным в огнеупорной промышленности[6].

Из полученных смесей формуют полуфабрикат (сырец) изделия. Применяют три способа формования:

— пластическое;

— полусухое;

— шликерное литье.

Способы формования отличаются количеством вводимой в просушенную массу технологической связки, массовая доля которой составляет: при пластическом формовании 15 20, полусухом 3 8, при шликерном литье 35- 45%[6].

Различают формование при обычных и высоких температурах. К высокотемпературным относятся горячее прессование и литье из расплавов.

Отформованные заготовки подвергают термической обработке — сушке, обжигу[6].

В процессе сушки происходит удаление свободной, химически не связанной с материалом, влаги. Снижается влажность изделий, повышается механическая прочность. Режим сушки должен предотвращать возможность разрушения изделий из-за быстрого удаления влаги. В зависимости от способа формования, вида огнеупора и конечной влажности изделий сушку ведут при температуре 80−200 ^оС[4].

Следующая операция — обжиг. При обжиге протекают сложные физико-химические процессы, в результате которых происходит спекание материала и формируются основные свойства огнеупорных изделий. Основными являются повышение плотности и механической прочности в результате превращения конгломерата частиц в единое твердое тело[4].

Режим обжига зависит как от формы и размеров изделий, так и от состава и свойств массы, из которой сформировано это изделие. Условно обжиг подразделяют на три периода: нагрев, выдержка и охлаждение. Регламентируются скорость нагрева, т.к. подъем температуры сопровождается объемными изменениями, особенно если при этом протекают полиморфные изменения[4].

Максимальная температура обжига и время выдержки при этой температуре определяются достижением требуемого уровня спекания и завершенностью протекания физико-химических процессов между компонентами исходных материалов[4].

Охлаждение большинства видов огнеупоров проходит без протекания физико-химических процессов. Снижение температуры сопровождается затвердеванием жидкой фазы и термическим сжатием изделий. Процесс охлаждения осложняется только полиморфными превращениями, которые учитывают как при нагреве заготовки, так и при охлаждении изделий[6].

Огнеупорные материалы и изделия хранят в крытых складах с деревянным или твердым покрытием пола. Как правило, в настоящее время склады для хранения огнеупорных изделий сооружают в непосредственной близости от железнодорожных путей, чтобы при выгрузке из вагонов огнеупоры можно было подавать в складские помещения без дополнительного транспортирования[6].

Пакеты с шамотом устанавливают в три яруса и размещают в определенном порядке. Для этого до загрузки на плане склада размечают места укладки каждой марки и сорта изделия[6].

2.3 Технология изготовления шамота Шамот — огнеупорная глина, каолин, обожжённые до потери пластичности, удаления химически связанной воды и доведённая до некоторой степени спекания. Данное наименование применяется также в отношении других исходных материалов, используемых для производства огнеупоров, обожжённых до окускования смешанных с глиной порошков и стабилизации свойств материала[5].

Шамотный кирпич (рис. 2.3.) изготавливают путем обжига порошка-шамота и специальной размолотой огнеупорной глины при высоких температурах. Однако если он будет передержан, то на кирпичах может появиться стекловидная пленка. Это, несомненно, придаст кирпичам большую прочность, но вот использовать его при кладке печей и каминов, или строительстве бань и саун, не стоит. Так называемый железняк плохо связывается раствором и лучше его использовать в закладке фундамента[5].

Рисунок 2.3 — Шамотный кирпич Узнать шамотный кирпич можно и по внешнему виду — он имеет песочно-желтый цвет и зернистую основу. Размеры кирпича могут быть различными: 230 — 113 — 65 мм или 230 — 123 — 65 мм. Такой размер помогает избежать большого количества швов и создает более гладкую поверхность. Такими кирпичами, главным образом, выкладывают и футеруют топливные камеры (для сжигания каменного угля), кухонных очагов, отопительных печей и каминов (шамотный кирпич используют здесь для топочной части, т. е. в месте прямого соприкосновения с огнем). Так же он подходит для кладки дымовых труб. Он способен выдерживать температуры до 1600°С[5].

стеклоэмаль шамот декорирование керамический

3. Декорирование керамических изделий В лаборатории использовался метод деколи.

Деколь — один из способов переноса изображения на керамические, стеклянные и фарфоровые изделия (кружки, тарелки, стаканы, пепельницы и т. д.) путем обжига при температуре выше 500 градусов по Цельсию[7].

Технология декорирования на данный момент является одной из наиболее популярных технологий нанесения изображения на продукцию из фарфора, керамики или стекла. Деколь — представляет собой переводную картинку (рис. 3.1.), напечатанную методом шелкографии на гуммированной спецбумаге, с применением специальных декольных красок и лака.

Рисунок 3.1 — Переводная деколь Далее полученное изображение замачивают в воде, отделяют от спецбумаги и переносят на изделие, внимательно контролируя, чтобы не осталось пузырьков. Потом изделие подвергается высокотемпературному обжигу в печи для спекания картинки с поверхностью изделия. Поэтому, процесс производства деколированого изделия (рис. 3.2.) состоит из трёх этапов — собственно печати изображения, переноса печатного изображения на изделие и высокотемпературный обжиг[7].

Рисунок 3.2 — Керамические изделия после деколирования

Выводы Основные цели данной практики: изучение техники и технологии нанесения эмали на стальные трубы, производство шамотного кирпича и декорирование керамических изделий и стекла.

На ознакомительной практике мы посетили коммунальное предприятие «Донецкгортеплосеть», где нам наглядно продемонстрировали технологию нанесения эмали на стальные трубы; ознакомились с технологией производства шамотного кирпича; освоили технологию декорирования керамических изделий по методу деколи.

Подробное описание технологий представлено в отчете по практике.

Список источников

1. Петцольд А. Эмаль и эмалирование/ А. Петцольд. -М.: Металлургия, 1990.-576с.

2. Аппен А. А. Температуроустойчивые неорганические покрытия/ А. А. Аппен. -Л.: Химия, 1976.-296 с.

3. Лазуткина О. Р. Эмалирование металлов/ О. Р. Лазуткина. — Е.: УГТУ-УПИ, 2006.-175 с.

4. Аристов Г. Г. Шамотное производство/ Г. Г. Аристов. — М.: Металлургия, 1975. — 280 с.

5. Кащеев И. Д. Производство огнеупоров/ И. Д. Кащеев. — М.: Металлургия, 1993. — 256 с.

6. Мамыкин П. С. Технология огнеупоров/ П. С. Мамыкин. — С.: Металлургиздат, 1959. — 446 с.

7. Изготовление знаков пожарной безопасности, шильд технических, сувенирной продукции, декорирование изделий из стекла и керамики.

8. Орлов Е. И. Глазури, эмали, керамические краски и массы/ Е. И. Орлов. — М.-Л., 1938. — 106 с.

Аllbеst.ru