Технология производства керамической плитки

34

Содержание

Введение………………………………………………………………………….….3

1. Общие положения…………………………………………………………….….4

              1.1 Краткий обзор современных способов производства керамической плитки………………………………………………………………………………..4

              1.2 Характеристики сырья и вспомогательных материалов……………...10

              1.3 Характеристики и особенности изделий……………………………....12

2. Технологическая часть………………………………………………………….14

              2.1 Описание технологической схемы производства керамических фасадных прислонных плит……………………………………………………………...14

              2.2 Режим работы цеха (завода)……………………………………………18

              2.3 Расчет производственной мощности цеха (завода)…………………...19

              2.4 Расчет сырья и вспомогательных материалов………………………....20

              2.5 Подбор и расчет технологического оборудования и штатного

состава……………………………………………………………………………....22

              2.6 Контроль технологических процессов и качества продукции………..25

3. Экологические мероприятия…………………………………………………....26

4. Технико-экономические показатели проекта………………………………….29

Список литературы……………………………………………………………...…30

Введение

Продукцией керамического производства являются в основном изделия, поставляемые для различных отраслей народного хозяйства и прежде всего для строительства – кирпич, плитки для облицовки стен и полов, санитарно-техническая керамика. Все высокотемпературные агрегаты в металлургии, в химическом производстве, на коксовых, цементных, стекольных и керамических заводах футеруются огнеупорными материалами. Передача энергии осуществляется с использованием фарфоровых изоляторов. Из оксидной керамики изготовляют корпуса и отдельные детали электронных конструктивных элементов или же изделия технической керамики сами представляют активную часть этих электронных конструктивных элементов. Техника высокотемпературных измерений немыслима без керамических изоляционных материалов. Перечисление может быть продолжено, показывая разнообразие требований к применяемым керамическим изделиям. Если принять во внимание, что производство посуды и изготовление художественной керамики составляют другую значительную часть керамического производства, то можно сделать вывод, что на всех стадиях процесса производства керамических изделий ставятся различные требования, диктуемые использованием изготовляемого изделия. Это относится и к процессам формования.

Исходным пунктом для формования керамики является масса, которая чаще всего состоит из естественных, в различной степени обрабатываемых сырьевых материалов. Их свойства изменяются в широких пределах. В данной курсовой работе подробно описываются эти свойства сырья и керамических масс.

Цель данной курсовой работы состоит в углублении и закреплении теоретических знаний по дисциплине «Технология производства строительных материалов и изделий», самостоятельной детальной проработке технической, нормативной и проектной литературы по технологии производства керамических плиток и выработке навыков решения задач проектирования.

1. Общие положения

1.1 Краткий обзор современных способов производства керамической плитки

Керамические плитки различного назначения получают способами полусухого и сухого прессования из порошков влажностью 5-7% (основной способ), литьем из шликера влажностью 30-35% и пластическим формованием  из масс влажностью 14-20%. Принципиальная технологическая схема изготовления керамических плиток, заключающаяся в обработке глинистого сырья с добавками, формовании изделий, сушке и обжиге их до спекания различной степени в зависимости от назначения изделий и качества глинистого сырья, представлена ниже.

Схема 1

Глинистое сырье                                   Отощающие и другие добавки

Подготовка формовочной массы

(грубое и тонкое измельчение, сушка, смешение, увлажнение, вылеживание)

Формование

(сухое и полусухое прессование, пластическое формование, литье)

Тепловая обработка

(сушка, одно- или двукратный обжиг)

Декорирование плиток осуществляется либо в процессе их формования (нанесение рельефа, двухслойное формование) либо после сушки и даже после обжига изделий (глазурование, сериография) с последующим повторным обжигом.

Подготовка глинистого сырья на заводах, выпускающих керамические плитки, заключается в удалении или измельчении каменистых включений и достижении однородности и удобоукладываемости формовочной массы.

Основные способы переработки глинистого сырья в формовочную массу в производстве керамических плиток – полусухой, сухой, пластический и шликерный. Выбор способа определяется свойствами исходного сырья, видом выпускаемой продукции и объемом производства.

В таблице 2 приведены сравнительные сведения по способам подготовки формовочной массы в производстве керамических плиток.

Ниже даются схемы подготовки формовочных масс для производства керамических плиток с указанием основного оборудования, применяемого для этих целей.

На схеме 2 приведена последовательность сухого способа подготовки формовочной массы в производстве керамических плиток.

Схема 2

Подготовка формовочной массы сухим способом

Глинистые материалы  Отощающие добавки

Дозирование

(ящичный подаватель)

Грубое измельчение

(камневыделительные вальцы)

Смешивание

(смеситель с фильтрующей решеткой)

Грануляция

(дырчатые вальцы, пресс с гранулирующей приставкой)

Сушка

(противоточный сушильный барабан)

Смешение-помол

(стержневой смеситель)

Электромагнитная очистка

(магнитный сепаратор)

Промежуточное хранение

(бункер, силос-гомогенизатор)

Здесь смесь сырьевых компонентов подготавливают для сушки, сушат, измельчают до определенной толщины и хранят в силосах. Сухой способ подготовки целесообразно использовать при наличии одного или двух видов сырья, близких по составу и свойствам.

34

Таблица 2

Способы подготовки формовочной массы

34

Схема 3 характеризует подготовку массы по полусухому способу.

Схема 3

Подготовка формовочной массы по полусухому способу

Глинистые материалы

Дозирование

(ящичный подаватель)

Измельчение

(дезинтеграторные вальцы, стругач, зубчатые вальцы, камневыделительные вальцы)

Сушка

(прямоточный сушильный барабан, снижение влажности с 15-25% до 2-13%)

Промежуточное хранение

(бункер)

Дозирование

(ящичный подаватель, тарельчатый питатель)

Тонкий помол

(дезинтегратор, бегуны сухого помола, дырчатые вальцы тонкого помола, гладкие вальцы тонкого помола, молотковая, центробежная и роторная мельница)

Просев

(сито-бурат, струнное вибрационное и качающееся сита, грохот, воздушный сепаратор)

Промежуточное хранение

(бункер)

Дозирование

(тарельчатый питатель, автоматические весы)

Добавки, шликер, горячая вода, пар

Смешивание

(двухвальный смеситель, бегуны, бегунковый смеситель, стержневой смеситель)

Вылеживание

(силос-гомогенизатор)

По этой схеме смешивание подготовленной глины с плавнями, отощающими и другими добавками с одновременным увлажнением ее горячей водой или лучше паром при получении пластичных масс производят в двухвальных смесителях, малопластичных – быстроходных бегунковых смесителях, тощих масс – бегунах.

При шликерной подготовке массы измельчение и грубый помол глинистых материалов проводят в дробильно-размельных установках первичного дробления; тонкий помол и смешение компонентов – в шаровых мельницах либо пропеллерных мешалках или др. установках в течение 5-7 ч.

На схеме 4 показана технология подготовки формовочной массы шликерным способом.

Схема 4

Подготовка пресс-порошковой массы шликерным способом

Глинистые материалы                                                        Добавки (плавни, отощающие)

        Дозирование                                                                            Дозирование

(ящичный подаватель)                                                                (тарельчатый питатель)

   Грубое измельчение                                                                       Грубое измельчение 

(дезинтеграторные вальцы, дробилки)                                          (щековая, молотковая дробилки,

стругачи, валково-зубчатые бегуны)

Электромагнитная очистка

(магнитный сепаратор)

Промежуточное хранение

(бункер)

Добавки, электролиты, вода

Тонкий помол и роспуск глины

(шаровая мельница, пропеллерная мешалка, струйные, фрезерно-метательная и

роторная мельницы)

Процеживание

(вибрационное сито, дуговое сито)

Промежуточное хранение

(шламбассейн с пропеллерной мешалкой)

Обезвоживание шликера

(распылительная сушилка)

Просев

(сито-бурат)

Промежуточное хранение

(бункер)

В трех вышеперечисленных способах подготовки массы наибольшее признание получил шликерный способ с обезвоживанием в распылительных сушилках, как позволяющий получать однородный пресс-порошок.

Наиболее перспективным способом формования, нашедшим широкое применение в производстве керамических плиток, является прессование из керамических порошков, которое может быть полусухим или сухим. Средняя влажность порошка составляет 5-7%. Этот способ осуществляется на поточно-конвейерных линиях, включающих целый комплекс оборудования, каждый агрегат которого является самостоятельным узлом в единой технологической цепи: прессы полусухого прессования, распределительно-разгрузочные устройства прессованных полуфабрикатов перед сушкой и обжигом, щелевую конвейерную сушилку, глазуровочные и декорирующие устройства, печи скоростного обжига, установки для сортировки и упаковки изделий.

Прессование осуществляют при изготовлении облицовочных, фасадных и напольных плиток на гидравлических, коленно-рычажных прессах и гидравлических прессах.

Тонкостенные мелкоразмерные керамические плитки формуют литьем на литьевом конвейере. Суммарное время формирования отливки на лещадке составляет 7-9 мин. Затем отливка на лещадке поступает на зачистное и далее режущее устройство, где ее дисковыми ножами разрезают на плитки требуемых размеров.

За формованием следует сушка в противоточных туннельных сушилках, а также в конвейерных радиационных, сетчатых и цепных конвейерах.

Обжиг керамических плиток проводят в одно и двухъярусных щелевых печах в течение 17-50 мин.

Для ускорения охлаждения плиток до температуры ниже 40°С в конце печи на участке длиной 4,5 установлены обдувочные устройства.

Завершают технологический процесс изготовления керамических плиток сортировка и упаковка готовой продукции.

1.2 Характеристики сырья и вспомогательных материалов

Глина представляет собой рыхлый материал, размером частиц около 0,02 мм и часто менее 0,002 мм; в основном она состоит из алюмосиликатов, содержащих химически связанную воду. Глина – основной материал для производства керамических плиток и плит. Глину, содержащую частички известняка, называют мергелем, а содержащую много песка – суглинком. Очень тонкие частички глины, благодаря своей большой поверхности, хорошо впитывают воду, поэтому глина гигроскопична и во влажном состоянии сохраняет способность к пластическому формованию. Степень пластичности глины зависит не только от химического состава, но также от физических размеров и формы частичек глины, от количества содержащейся в ней воды. Очень чистая, пластичная (жирная) глина требует много воды для того, чтобы стать легко формуемой, менее «чистая» глина (тощая) нуждается в меньшем количестве воды. Жирные глины имеют большую усадку при сушке и обжиге, чем тощие.

Особо чистые, и наиболее ценные для производства керамики, глины содержат каолинит (Al2O3); содержание его может достигать 40%. Керамические глины характеризуются особенно однородным химическим и минералогическим составом и содержат глинистого компонента до 25-30%. Фарфор, самый тонкий и плотный продукт из глины, состоит из 40-65% каолина (фарфоровое сырье). Чистый каолин имеет белоснежный вид, а при наличии в нем кварца и полевого шпата имеет серо-желтый цвет.

Керамическая масса для формования керамических изделий должна быть приготовлена на основе глины, по составу соответствовать способу пластической обработки и требуемому качеству обжигаемого продукта. Окончательное приготовление керамической массы осуществляют смешением глины, воды и различных добавок, например кварцевого песка, полевого шпата, известнякового шпата или шамота. Для равномерного распределения воды по всей массе и большей пластичности, готовую массу выдерживают некоторое время для созревания во влажных погребах (ручное производство) или в специальных резервуарах или силосных башнях (промышленное производство). В зависимости от содержания влаги и предполагаемого способа формования керамические массы подразделяют на 3 вида: для полусухого прессования с содержанием воды 5-10%, пластического формования с содержанием воды 15-25%  и литьевой технологии с содержанием воды 26-40%.

При изготовлении керамических плиток и плит применяют только массы для полусухого прессования и пластического формования. Для изготовления санитарно-технических изделий и сосудов способом заливки в гипсовые формы используют керамические массы для литьевой технологии. Эти массы с введенными в их состав добавками могут использоваться для глазурования (шликеры для глазури). Сырьем для глазурей служат кварц, карбонат кальция, доломит и различные окислы металлов, которые тонко размалывают в барабанных мельницах. При обжиге глазурь плавится, образуя на поверхности плиток или плит стекловидный слой, облагораживающий поверхность.

В таблице 1 приведены типовые составы формовочных масс для получения керамических плиток [8].

Таблица 1

Типовые составы формовочных масс, %

1.3 Характеристики и особенности керамических плиток

Керамические плитки бывают: облицовочные, напольные и фасадные. Размеры плиток колеблются от 2,1×2,1 мм для коврово-мозаичных до 600×1200 мм для навесных фасадных систем.

Способы получения и свойства керамических плиток разного назначения приведены в таблице 3 [8].

Таблица 3

Характеристика керамических плиток

Керамические плитки для внутренней облицовки стен (облицовочные плитки) покрыты глазурью, что определяет их декоративные и гигиенические свойства. Такие плитки водонепроницаемы, долговечны, огнестойки. Их применяют для облицовки стен столовых и кухонь, санитарных узлов жилых помещений, больниц и поликлиник, бытовых помещений предприятий, плавательных бассейнов, станций метрополитена и других объектов.

Облицовочные плитки различают: по глазурному покрытию – белые и цветные, покрытые глазурями прозрачными и цветными, декорированные многоцветным рисунком и т.д.; по виду поверхности – плоские, рельефно-орнаментированные, фактурные и др.; по форме – квадратные прямоугольные, фасонные.

Особенностью керамических плиток для полов является малая пористость, высокая плотность, большая сопротивляемость истирающим усилиям, огнестойкость, устойчивость против атмосферных воздействий. Все это определяет долговечность материала. Напольные керамические плитки применяют для настилки полов в промышленных, жилищно-бытовых и общественно-культурных зданиях.

По виду лицевой поверхности различают плитки гладкие, тисненые, рельефно-глазурованные, гладкие глазурованные, с орнаментированной сериографическим способом поверхностью; по цвету – одноцветные, многоцветные; коврово-узорчатые, мраморовидные, порфировидные, рельефно-орнаментированые глазурованные и др.

Фасадные глазурованные и неглазурованные плитки используют для облицовки наружных стен и цоколей зданий, отделки стеновых панелей, крупных блоков, лоджий, обрамления оконных и дверных проемов и оформления других архитектурных элементов зданий, а также облицовки подземных пешеходных переходов и транспортных туннелей.

2. Технологическая часть

2.1 Описание технологической схемы производства керамических фасадных прислонных плит

Производство керамических фасадных прислонных плиток регламентируется нормами DIN 18 166 «Керамические фасадные прислонные плитки». Эти плитки изготовляют с серо-белым, светлым или цветным черепком, глазурованные либо неглазурованные. Они предназначены для внутренней и наружной облицовки стен или для покрытия полов.

Формование и сушка. Керамические прислонные плиты изготовляют из пластичной керамической массы, влажность которой при формовании составляет в среднем от 15 до 17%. Формование плит осуществляют вакуумным ленточным прессом методом экструдирования. Керамическая масса спрессовывается шнеком ленточного пресса и продавливается через сменный мундштук, закрепленный в конце выходной цилиндрической части пресса, проходя через который пластичный глиняный брус приобретает форму соответствующего керамического изделия, т.е. форму плиты. Отрезное устройство, работа которого синхронизирована со скоростью движения глиняного бруса, разрезает выходящий из мундштука пресса отформованный брус на части по длине плит, которые называют полуфабрикатами. Из пресса отформованные плиты выходят сдвоенными, обращенными друг к другу тыльными сторонами. Раньше плиты разделяли после обжига вручную на месте производства работ, а теперь разделение входит в процесс производства.

Сдвоенные отформованные плиты, поставленные вертикально, транспортируют по всей технологической линии; они проходят последовательно сушку в камерных или туннельных сушилках, глазурование, затем их грузят на обжиговые вагонетки и обжигают. Чтобы плиты по длине не подвергались короблению и повреждения во время движения по всей технологической линии, тыльная сторона их имеет ребра жесткости. После сушки в течение 2 суток уменьшается влажность плит вдвое от начальной, а их размеры – примерно на 4%, т.е. происходит усадка, и плиты становятся твердыми.

Рисунок 1 – Технологическая схема производства керамических

фасадных прислонных плит:

1 – добыча глины; 2 – подготовка; 3 – формование на ленточном прессе; 4 – сушка; 5 – глазурование; 6 – обжиг; 7 – сортировка-упаковка; 8 – загрузка.

Лицевая поверхность. Отделка лицевой поверхности прислонных плит осуществляется одним их следующих способов. Оставляют плиту неглазурованной, профилируют, придают определенную структуру, а затем проводят глазурование; глазурование выполняют цветными глазурями, художественное глазурование осуществляется вторичным обжигом. Глазурь наносят сразу после сушки изделия, а ее обжиг происходит при температуре около 1230°С, во время обжига самой плиты.

Некоторые глазури (преимущественно интенсивной окраски) обжигают при более низкой температуре. В этом случае вначале при более высокой температуре обжигают само изделие, затем наносят глазурь и изделие обжигают вторично (вторичный обжиг).

Лицевую поверхность некоторых плит выполняют профилированной или структурированной исходя из функциональных требований, например, чтобы препятствовать скольжению при ходьбе, либо из соображений эстетического оформления. Профилирование и рифление лицевой поверхности по длине плит осуществляют с помощью профильного мундштука. Другие виды структурирования лицевой поверхности плит выполняют профилируемыми вальцами, которыми сдавливают движущийся брус с двух сторон сразу не выходя из мундштука.

Тыльная сторона плит. На тыльной стороне керамических прислонных плит в процессе производства образуется характерный профиль, который обеспечивает наилучшее сцепление строительного раствора с устанавливаемой плитой. При прохождении сдвоенного бруса через мундштук с установленным посередине керном осуществляется очень четкое профилирование обеих сдвоенных тыльных сторон плит.

Обжиг плит. После загрузки высушенных плит на обжиговые вагонетки по определенной схеме, плиты обжигают в туннельной печи длиной более 100 м. вагонетки с плитами одна за другой продвигаются вдоль печи последовательно через зоны подогрева, обжига и охлаждения. Обжиг продолжается примерно 50 ч.

Программу температурного режима обжига выдерживают в соответствии с рецептурным составом плит и заданным качеством конечного продукта. Температура режима обжига поддерживается автоматически по данным измерения температуры термоэлементами и результатам наблюдения за конусом Зегера. Конусы Зегера представляют собой пирамидальные образцы из силикатной массы, имеющей различные точки плавления в зависимости от ее состава; конусы устанавливают вместе с обжигаемыми изделиями из вагонетки, подвигаемые последовательно через все зоны печи. При температуре около 1230°С керамическая масса уплотняется; причем дополнительная усадка массы при обжиге составляет примерно 4%. Далее, в процессе спекания керамическая масса уплотняется без деформации изделия, превращаясь в керамический жесткий черепок с плотной структурой.

Заключительные стадии производства предусматривают расщепление сдвоенных плит, сортировку, упаковку, связывание в стопки. В зависимости от качества изготовления керамические фасадные прислонные плиты сортируют на три класса:

1.      плиты I сорта имеют красную маркировку; они соответствуют высшему качеству по DIN 18 166, т.к. удовлетворяют наивысшим требованиям по морозостойкости, прочности на удар, цвету, уходу за ними в процессе эксплуатации;

2.      плиты II сорта имеют синюю маркировку; они имеют небольшие дефекты поверхности, повреждения ребер и дефекты окраски, которые, однако, не искажают общее цветовое восприятие поверхности;

3.      плиты III сорта маркируют зеленым цветом; цветовое восприятие таких плит значительно отклоняется от стандартных плит I сорта. Они могут иметь также дефекты поверхности и некоторые отклонения от допустимых размеров (длина, ширина, плоскостность поверхности, прямолинейность сторон).

2.2 Режим работы цеха (завода)

Производство керамических плиток может быть организовано в виде отдельного предприятия или входить в состав домостроительных или керамических комбинатов. Керамико-плиточное предприятие включает склады сырья и готовой продукции, массозаготовительный цех, цех основного производства,  ремонтно-механический цех. Предприятие по выпуску керамических плиток может также иметь в своем составе цеха по выпуску кирпича, черепицы или других строительных керамических изделий. Режим работы цехов и отделений предприятия при наличии буферных запасов представлены в таблице 4 [8].

Таблица 4

Режим работы