Анализ развития технологического процесса производства керамической плитки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «Белорусский государственный  экономический 

университет»

 

 

 

 

Кафедра технологии важнейших отраслей промышленности

 

 

 

 

 

 

 

ИНДИВИДУАЛЬНАЯ  РАБОТА

на тему: Анализ развития технологического процесса производства керамической плитки

 

 

 

 

 

 

 

Студент

ФМ, 1 курс, ДКТ-1                            К.В. Руденок 

 

 

Проверила

ассистент кафедры                                                      Л.М. Судиловская 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МИНСК 2012

РЕФЕРАТ

Индивидуальная  работа: 20 страниц, 1 таблица, 4 рисунка.

 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС, КЕРАМИЧЕСКАЯ ПЛИТКА, ГЛИНА, ФОРМОВКА, СУШКА, ОБЖИГ, ДИНАМИКА ТРУДОЗАТРАТ, УРОВЕНЬ ТЕХНОЛОГИИ, РАЦИОНАЛИСТИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ

 

Изучена и описана технология производства керамической плитки. Дана характеристика используемого сырья и получаемой продукции.

С целью определения варианта развития технологического процесса проведен анализ затрат живого и прошлого труда. Установлено, что вариант развития технологического процесса - рационалистический, вид развития - трудосберегающий, тип отдачи дополнительных затрат - убывающий.

Определены границы рационалистического  развития технологического процесса и  уровень технологии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………. 4 1. Технологический процесс производства керамической плитки  и его характеристика…………………………………………………………………….... 5 1.1. Характеристика получаемой продукции – керамической плитки…...……... 5

1.2. Характеристика используемого сырья…………………………………...…... 7

1.3. Характеристика технологии производства  керамической плитки………..... 8

2. Динамика трудозатрат при развитии  технологического процесса производства  керамической плитки……………………………………………... 13

3. Уровень технологии технологического  процесса производства керамичес-

кой плитки…………………………………………………………………………. 16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………. 18

Список литературы………………………………………………………………... 19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Тема данной  работы «Технологический процесс производства керамической плитки» актуальна в настоящее, поскольку значение керамической плитки в строительстве трудно переоценить. Внешняя отделка зданий, внутренняя отделка помещений с повышенной влажностью и помещений специального назначения, декоративная отделка современных интерьеров – это далеко не полный перечень работ с использованием керамической плитки. 

Керамическая плитка – это пластины разного формата, состоящие из керамического материала и используемые для облицовки полов и стен. Пластины (плитки) – это «элементы с гладкой поверхностью, у которых длина сторон намного больше толщины».

Плитка может быть различного формата (от «мозаики», когда площадь одной плитки меньше 90 см², до больших плит со стороной 1 м), толщина при этом меняется приблизительно от 3 мм до 20-25 мм Термином «керамика» обозначается природа материала, из которого изготовлена плитка. Словом «керамика» обозначаются изделия из смесей глин, песка и других природных материалов. После приготовления смеси придается нужная форма, после чего заготовки обжигаются при высокой температуре (от 900 до 1250°С. в зависимости от вида изделия).

Плитка обладает высокой твердостью и механической прочностью, которые  позволяют выдерживать высокие  нагрузки. 

Целью исполнения индивидуального  задания является приобретение практических навыков анализа закономерностей  научно-технического развития конкретного  технологического процесса и освоения методологии управления развитием.

  Необходимость выполнения работы вытекает из того, что материальной основой общества является народно-хозяйственный комплекс технологических процессов производства. Его качественное состояние и уровень, которые формируются за счет научно-технического развития производства, в конечном итоге и определяют уровень производительных сил. В связи с отсутствием удовлетворительных методик решения задач стратегического управления технологическим развитием производства существует острая необходимость подготовки специалистов экономического профиля, располагающих достаточно широкими знаниями, как экономических законов, так и принципов формирования и развития технологических систем. Ведь именно в области технологии необходимо искать источники экономического развития производства.

При написании работы была использована литература научно-популярная и технологического профиля.        

1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКОЙ ПЛИТКИ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКА

Основной частью любой  системы производственного процесса является технология производства, при  реализации которой достигается  цель производства – выпуск продукции. Продукция, ее вид и качество служат основной причиной создания любого производства, реализации любой технологии, поэтому  изучение технологии необходимо начинать с характеристики выпускаемой продукции.

1.1 Характеристика  керамической плитки

Керамическая  плитка с незапамятных времен применяется  при строительстве и ремонте  помещений различного назначения. Этот великолепный по своим техническим  характеристикам отделочный материал отлично зарекомендовал себя на протяжении не одного столетия. Его характеризует  высокая прочность, гигиеничность, износостойкость и эстетичность. 

Технические характеристики керамической плитки – это свойства, которыми она должна обладать, чтобы  выполнять функции облицовочного  материала должным образом, то есть в соответствии со стандартами. От технических  характеристик зависят назначение и срок службы отделочного материала, следовательно, при выборе и приобретении нужной плитки необходимо учитывать  ее характеристики, а значит надо уметь  разбираться в них. Наиболее значимые технические характеристики керамической плитки можно классифицировать по следующим  категориям: 

1. однородности;
2. утеля;
3. механические характеристики поверхности;
4. механические характеристики утеля;
5. химические;
6. термогигрометрические;
7. характеристики безопасности.

Таким образом, важнейшие  технические характеристики керамической плитки определяют: 

1) Основные типы воздействия,  которым керамическая плитка  подвергается в процессе эксплуатации. Это может быть, например, механическое, тепловое, химическое, гигрометрическое  воздействие.

2) Основные требования  потребителя (однородность и безопасность).

По назначению керамическую плитку делят на 4 типа: 

1. глазурованная или неглазурованная  плитка для внутренней облицовки  стен и перегородок. 

Средняя толщина плитки — 3-3,5 мм. Лицевая поверхность может  быть гладкой или рифленой, самой  разнообразной по цвету и рисунку. Боковые грани — с завалом  или без него. Часто плитка для  облицовки внутренних стен комплектуется керамическими фасонными деталями. Основные параметры плиток и деталей отечественного производства. 

2. глазурованная плитка  двойного обжига для наружной  облицовки стен (фасадная плитка). 

Фасадная плитка имеет  плотную (тонкокерамическую) структуру, обеспечивающую повышенную морозостойкость. Из-за высокой прочности и стойкости  к перепадам температур используется для облицовки не только наружных стен здания, но также печей и  каминов. 

Толщина фасадной плитки — 4-9 мм. Тыльная сторона обязательно  имеет рифленую поверхность или  снабжена выпуклостями высотой 0,7-2 мм (в зависимости от размеров плитки). 

3. напольная плитка 

По техническим параметрам напольная плитка во многом соответствует  фасадной: она обладает плотной структурой и низким водопоглощением, отличается высокой прочностью, жесткостью, стойкостью к истиранию и действию агрессивных  сред. Характерным отличием напольной  плитки является ее толщина: 5-13 мм. Напольный  кафель толще всех остальных видов  керамической плитки, так как предназначен для большой механической нагрузки. 

Лицевая поверхность у  половых плиток всегда фактурная, немного  шероховатая, что соответствует  правилам безопасности. На гладкой  плитке легко поскользнуться и упасть, особенно в условиях повышенной влажности.  
4. плитка со встроенными деталями

Показатели качества керамической плитки:

1. Показатели назначения

- водопоглощение;

- предел прочности при  изгибе;

- морозостойкость;

- твердость лицевой поверхности глазури;

- температурный коэффициент  линейного расширения;

- износостойкость;

- кислотостойкость;

- щелочестойкость;

- химическая стойкость  глазури;

- термическая стойкость  глазури;

- влажностное расширение;

- коэффициент скольжения;

- устойчивость к действию  моющих средств;

- ширина шва в коврах;

- отклонение от ширины  шва;

- прочность наклеивания  плиток на бумагу;

- плотность укладки плитки  в коврах;

- рифление монтажной  поверхности;

- размеры (длина, ширина, толщина);

- отклонение от размеров;

- косоугольность;

- искревление грани;

- кривизна поверхности;

- удельная эффективная  активность естественных радионуклидов;

2. Эстетические показатели

- цвет, фактура;

- дефекты внешнего вида (отбитости, щербины, зазубрины,  плешины, выплавки(выгорки), засорки,  мушки, пузыри, пятна, прыщи,  наколы, сухость глазури, сборка глазури,  волнистость, нарушение интенсивности    окраски, нечеткость контура рисунка,  разрыв декора, смещение декора, недожог  

красок);

3. Показатели сохраняемости

- условия хранения;

4. Показатели транспортабельности

- вид упаковки;

- комплектность.

1.2 Характеристика используемого  сырья

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.

1.3 Характеристика технологии производства  керамической плитки

Гамма производимых керамических плиток для покрытия полов и облицовки  стен очень велика и в первую очередь  зависит от производственного процесса и технологии их изготовления.

Технологическая схема производства керамической плитки включает следующие  основные фазы:

• Приготовление раствора (смеси)
• Формовка изделия
• Сушка
• Приготовление глазури и глазуровка (эмалировка)
• Обжиг

Приготовление смеси

Имеется две технологии приготовления  смеси: мокрая и сухая.

При мокрой технологии сырьевые ингредиенты подвергаются измельчению и смешиванию в барабанных дробилках в присутствии воды. Дробилки представляют собой огромные барабаны, вращающиеся вокруг оси: измельчающие детали (камни или шарики из спеченной смеси окиси алюминия), ударяя друг по другу, производят раздавливание сырьевых ингредиентов. В результате измельчения получается водная суспензия сырья (шликер).

При необходимости прессования  смеси вода удаляется процессом  атомизации (противоточное распыление шликера нагретым воздухом с немедленным  испарением воды). В результате этого  процесса получается смесь в виде порошка, который содержит 5-6 % влаги, необходимой для качественной прессовки  изделия.

При необходимости экструдирования  смеси остаточная влажность смеси  должна быть выше указанного значения: при этом возможно удаление воды из шликера при помощи фильтра-пресса.

При сухой технологии сырьевые ингредиенты подвергаются измельчению в молотковых дробилках, а затем увлажнению в специальных машинах.

Измельчение сырья необходимо для  гомогенизации смеси и крайнего сокращения размера ее частиц, что  облегчает следующий процесс  обжига керамического изделия.

Технология мокрого измельчения  дороже (необходимо много энергии  для удаления воды), но дает намного  лучшие результаты.

Керамическая плитка однократного обжига, высокой пористости и из фарфоровой керамики (грес) изготовляется  из смесей, полученных мокрым измельчением, а керамическая плитка типа - из смесей, приготовленных сухим способом. Клинкерную керамическую плитку и керамическую плитку двукратного обжига можно  изготовлять обоими способами. 

Формовка  изделия

Прессовка или экструзия - это два  метода формовки, применяемых в производстве керамических плиток.

Прессованные керамические плитки изготавливаются из порошкообразной  смеси, уплотняющейся и формующейся  под высоким давлением при  помощи гидравлического пресса посредством  пресс-форм.

Экструдированные керамические плитки изготавливаются из тестообразной  массы исходных материалов и формуются  при прохождении через специальное  отверстие экструдера при помощи матрицы-мундштука, обеспечивающей керамической плитке толщину и ширину. Далее  происходит нарезка изделия по длине  специальными ножами ( тонкой проволокой).

Сушка

Перед тем как попасть в печь керамическая плитка проходит через  сушильную камеру, куда подается горячий  воздух и где керамическая плитка теряет остаток влаги.

Приготовление глазури и глазуровка (эмалировка)

Керамическая глазурь покрывает  смесь, придавая ей важные эстетические характеристики (цвет, блеск, декоративный рисунок, неограниченное разнообразие орнаментальных украшений и т.д.), а также технические свойства (твердость, непроницаемость, легкость очистки и т.д.). Глазурь увеличивает  также износостойкость половой  керамической плитки.

Основой керамической глазури являются особые виды стекла (фритты), которые  в процессе обжига керамические плитки расплавляются и плотно прилипают  к смеси. Глазурь, состоящая из одних  фритт, используется только для получения  блестящей поверхности некоторых  видов облицовочной керамической плитки (высокопористой и двукратного обжига). Как правило, в массу фритт  добавляют другие ингредиенты, такие  как красители, сырье, способное  переходить в стеклообразное состояние  или сырье, не переходящее в стеклообразное состояние и остающееся «заполнителем» в стеклянной массе (кварц, корунд, циркон и др.). Последние вещества вызывают матирование глазури (придают ей непрозрачность) и могут даже нарушать присущий стеклу блеск («матовая» глазурь).

Нанесение глазури на керамическую плитку возможно как сухим, так и  мокрым способом. При мокром способе  глазурь имеет вид водной суспензии  тонкоизмельченных ингредиентов, а  при сухом способе - вид гранул.

Почти всегда покрытие керамической плитки состоит из ряда глазурей, нанесенных разными способами: методом шелкографии (стереографии) одно- или многоцветной, керамической калькой, напылением, а  также вручную с применением  золотых, интерференционных и зеркальных красок и другого рода декораций. Настоящее разнообразие поверхностей глазурованных керамических плиток связано именно с возможностью сочетания  разных видов глазурей. Глазурованные  керамические плитки бывают блестящие (глянцевые), матовые, с гладкой или  рельефной поверхностью, в широкой  цветовой гамме, с различными рисунками, узорами, декорациями.

Обжиг

Для глазурованных (эмалированных) плиток двойного обжига технология предусматривает  два раздельных обжига: для корпуса  плитки первый обжиг, для эмали второй обжиг.

Глазурованные плитки одинарного обжига подвергаются лишь одной процедуре  обжига, которой подвергается и основа, и эмаль. Особыми типами таких  керамических плиток являются "прессованно-эмалированные " плитки, полученные нанесением порошкообразной  эмали в момент прессования, и  плитки с "эмалировкой по раскаленному корпусу", полученные путем нанесения  специальных гранулированных эмалей на раскаленный корпус.

В процессе обжига при высоких температурах (от 900 до 1250 °С в зависимости от типа плитки) в смеси происходят химические реакции с выделением пара и др. химических веществ, что приводит к  уплотнению изделия.

Это вызывает усадку изделия, размер которой зависит от свойств используемой смеси: от нулевой усадки смеси в  высокопористой плитке до 8 %-ной усадки смеси в плитке из фарфоровой керамики. Восьмипроцентная усадка значит, что  для получения обожженной готовой  плитки с размером стороны 20 см нужно  прессовать плитку размером 21,6 см. Усадка смеси увеличивается по мере повышения  температуры обжига изделия. Небольшие  колебания температуры вызывают равные колебания усадки, которые  имеют большое значение: из этого  следует необходимость разделения готовых изделий на партии по калибру.

Все чаще в производстве керамической плитки стал применяться так называемый двукратный "быстрый обжиг" ( то есть, короткий интенсивный обжиг ) в печах с роликовым подом. "Быстрый обжиг" является современной  технологией, позволяющей получать плитки больших размеров и с разнообразным  рисунком. Он дает возможность сэкономить много энергии и уменьшить  затраты. Экономный расход энергии  означает также меньший выброс в  атмосферу газов и пыли, а следовательно, и меньшее загрязнение окружающей среды.

Благодаря более короткому времени  обжига новые печи с однослойным  роликовым подом в настоящее  время заменяют старые туннельные печи для обжига при производстве большинства  видов керамической плитки (Рис.1).

 

Рисунок 1.1 – Технология производства керамической плитки

Это одна из множества технологий производства керамической плитки. Здесь  применяется способ двукратного  обжига.

1.      Приготовление массы (шликера). Все компоненты для приготовления шликера (заранее протестированные), из которого впоследствии формируется черепок, загружают в шаровые вращающиеся мельницы мокрого помола.

2.       Прессование. Далее шликер подают на башенную распылительную сушилку, где он превращается в порошок, из которого на прессах  формируется плитка-сырец.

3.      Обжиг. Отпрессованная плитка поступает в бисквитную печь, где подвергается первоначальному обжигу. Одновременно с этим на машинах периодического действия производят фритту - один из основных компонентов глазури.

4.      Глазурование и вторичный обжиг. После обжига плитки транспортируют на линию глазурования, где лицевая поверхность очищается от пыли, орошается водой, затем наносят глазурь и зачищают торцевые грани.

5.      Нанесение рисунка методом шелкографии - это четырехступенчатый последовательный процесс, благодаря которому появляется возможность варьировать графику и цветовую насыщенность плитки. Далее плитки подаются в печь политого обжига.

6.      Сортировка - последний, завершающий этап цикла, полностью автоматизированного процесса выпуска продукции. Перед упаковкой каждую плитку подвергают двойному контролю. Опытные контролеры, работающие на линии, проверяют, чтобы на керамике не было механических повреждений, трещин, сколов и других дефектов. Габаритные размеры плитки проверяются оптическим способом.

7.      Упаковка готовой продукции   производится автоматически при помощи специальной установки - палеттизатора, который укладывает плитку на поддоны соответственно сортам.

Применяемая технология двукратного  обжига, конечно, более трудоемка, но, несомненно, имеет ряд преимуществ  по сравнению с однократным. Керамическая плитка, изготовленная по такому методу, прочнее и имеет идеальный  по качеству верхний декоративный слой.

 

2 ДИНАМИКА ТРУДОЗАТРАТ ПРИ РАЗВИТИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Исходя из динамики трудозатрат, различают два возможных  варианта развития технологического процесса – ограниченное и неограниченное.

Для определения  того, какой из вариантов по имеющимся  зависимостям

                                      Т_ж(t)=1250/(33t²+550),                                (2.1)

                                                     Т_п(t)=0,006t²+0,1                                      (2.2)

необходимо построить  график изменения затрат живого, прошлого и совокупного труда (рис. 2.1).

Исходя из динамики трудозатрат видно, что данный вариант  развития технологического процесса является рационалистическим, т.к. прослежи-вается  замена действий человека, выполняющего технологические действия, действиями машин и автоматов, что приводит к увеличению затрат прошлого труда  и за счет этого – снижению затрат живого труда (повышению его производительности). При этом по мере рационалистического  развития каждое последующее повышение  производительности живого труда требует  все больших затрат труда прошлого. Такой вариант называют ограниченным вариантом динамики трудозатрат.

На рис. 2.1 наблюдается  рост прошлого и снижение живого труда.  Необходимо определить вариант развития технологического процесса, исходя из поведения кривых Т_ж(t) и Т_п(t). Из графика (рис.2.1) видно, что экономия живого труда происходит за счет труда прошлого, следовательно процесс развития имеет трудосберегающий характер.

Рисунок 2.1 – График динамики трудозатрат, обусловленный развитием технологического процесса

Важно также установить, в какой степени снижаются  затраты живого труда по мере роста  затрат прошлого труда, т.е. определить тип отдачи от дополнительных затрат прошлого труда. Для этого построим график функции  Т_ж = f (Т_п).  

                                                   Т_ж = 5/(22*Т_п),                                           (2.3)

Рисунок 2.2 – График зависимости труда живого от труда прошлого

Нужно сравнить величину прироста прошлого труда и соответствующего уменьшения труда живого. Для этого  необходимо исследовать характер экономии живого труда от величины прироста прошлого труда, например, продифференцировав функцию (2.3)

                             Т_ж'=(5/(22*Т_п)'=-5/(22*Т_п²)                                  (2.4)

Знак « – » означает убывание значения живого труда. Чтобы этот знак не ввел нас в заблуждение, необходимо взять модуль производной.

                                        │Т_ж│=5/(22*Т_п²)                                            (2.5)

Значение модуля производной (отношения  )уменьшается с ростом Т_п, что равнозначно уменьшению времени, следовательно, реализуется убывающий тип отдачи от дополнительных затрат прошлого труда.

Экономический предел накопления Т_пр – это граница рационалисти-ческого (ограниченного) развития (обозначается t*), до которого целесообразно накапливать прошлый труд.

В начале t* находим графически, определяя точку минимума Т_с, и точка по оси абсцисс и есть t*.

                                                        t*=8                                                         (2.6)

                                                   Т_п(t*)=0,48                                                   (2.7)

Затем, т.к. функция не линейная, t* уточняем аналитически, исследовав функцию Т_с на экстремум.

                                                     Т_с=Т_п+Т_ж                                          (2.8)