Технология производства керамических плиток для полов

Хотя плитки, изготовленные полусухим способом, содержат небольшое количество влаги и в процессе сушки они почти не дают усадку, сушить их надо осторожно. Дело в том, что при прессовании в плитках появляются некоторые внутренние напряжения, которые могут также вызвать трещиноватость при неправильно организованном режиме сушки. Безопасная сушка происходит тогда, когда скорости внешней и внутренней диффузии приблизительно равны между собой.

Очень часто в начальном периоде сушки керамических изделий производится прогрев их во влажной среде. Удаление влаги в это время из изделий почти не происходит. При сушке плиток, изготовленных сухим прессованием, такой метод непригоден. Прочность таких плиток в значительной степени зависит от количества воды, находящейся в порах между частицами глины. Силы, сжимающие массу плитки, пропорциональны коэффициенту поверхностного натяжения воды. При нагреве сырца поверхностное натяжение воды уменьшается, соответственно уменьшается связность массы и способность изделий противостоять имеющимся напряжениям. Однако если нагрев сырца сопровождается отбором влаги с его поверхности, то по мере удаления воды прочность изделия повышается; под влиянием сил притяжения частицы массы сближаются и диаметры менисков в капиллярах уменьшаются.

Если же изделие прогревается без достаточного отвода воды, и в особенности при некоторой конденсации влаги на его * поверхности, то прочность его уменьшается, и имеющиеся в нем напряжения могут привести к образованию трещин.

Плитки следует сушить в неувлажненной среде при повышенной температуре теплоносителя.

При искусственной сушке плиток в качестве теплоносителя применяют дымовые газы и горячий воздух, отбираемый из туннельных печей и из остывающих камер периодических или газокамерныхпечей , также дымовые газы, получаемые при сжигании газа в специальных подтопках, и воздух, подогретый в воздушных калориферах.

Наибольшее распространение в производстве плиток получили противоточные туннельные сушилки, в которых вагонетки с плитками передвигаются в направлении, противоположном направлению движения теплоносителя.

Плитки могут сушиться на этажерках печных вагонеток, на сушильных вагонетках, оборудованных выдвижными или съемными полками, а также в капселях. Полки вагонеток изготовляют из плетеной или штампованной металлической сетки, иногда из листовой стали и закрепляют в рамках из угловой стали. В нашей схеме мы используем сушку в капселях в туннельной сушилке.

Если плитки сушат в капселях, то их загружают непосредственно возле прессов, после чего капсели устанавливают на вагонетки и направляют в сушилку. Сушка в капселях происходит медленнее, чем на полочных вагонетках, но при этом способе отпадает перекладка высушенных плиток с сушильных вагонеток в капсели, что позволяет значительно сократить затраты труда и избежать механических повреждений высушенного сырца.

 

  4) ОБЖИГ ПЛИТОК

Завершающей и наиболее сложной стадией технологического процесса производства керамических изделий является обжиг. В результате происходящих при обжиге ряда физико-химических изменений изделия приобретают камнеподобное строение, плотность, прочность и другие свойства необходимые для строительных материалов.

Процесс обжига и охлаждения глинистых материалов можно разделить на четыре периода:

1. Период удаления гигроскопической воды, обычно заканчивающийся при 120—200°;

2) Период удаления химически связанной воды и начала химических реакций; в интервале 200—900° помимо удаления химически связанной воды происходит окисление углерода и соединений железа, а также разложение карбонатов и сульфидов;

3) Период возникновения жидкой фазьи, спекания черепка и новых кристаллических образований; при обжиге плиток для полов этому периоду соответствует температурный интервал от 850—900 до 1100—1300°; при конечной температуре обжига изделия выдерживают некоторое время для равномерного прогрева и завершения начавшихся реакций;

4) Период охлаждения, продолжающийся от окончания обжига до температуры окружающего воздуха; в начальной стадии этого периода происходит твердение образовавшейся жидкой фазы а затем постепенное охлаждение плиток.

В первом периоде обжига, являющемся как бы продолжением процесса сушки, выделяется влага, оставшаяся в сырце после сушки. При быстром нагреве выше 120° в плитках, обладающих уплотненной структурой, могут возникнуть трещины под воздействием образующегося внутри изделия значительного количества водяных паров, поэтому в этом периоде подъем температуры следует производить медленно.

Во втором периоде обжига при нагреве до 400° из глинистого вещества начинает выделяться химически связанная вода. Выделение воды протекает наиболее интенсивно в интервале 500—600° и заканчивается примерно при температуре 800°. В это же время выделяется вода из органических соединений и минеральных примесей например, из слюды , гипса, соединений железа). Одновременно происходит разложение примесей. При температуре несколько выше 700° известняк, магнезит и доломит начинают диссоциировать с выделением углекислого газа. При температуре выше 800° разлагается гипс, образуя сернистый газ. При благоприятных условиях выгорание углерода заканчивается при температурах до 900°.

Наиболее ответственным является третий период обжига, во время которого происходят процессы образования сложных силикатов и спекания массы, сопровождающиеся существенным уменьшением объема изделий.

В четвертом периоде обжига при охлаждении массы образовавшиеся в ней жидкие сплавы затвердевают, и изделия приобретают повышенную механическую прочность.

При обжиге каменно-керамических изделий охлаждение до 750—800° можно вести быстро, так как возникающие при этом объемные изменения компенсируются пластической деформацией. Ниже 750° охлаждать изделия следует как можно более равномерно и медленно. Вызывается это тем, что в интервале 750—700° обожженный материал особенно чувствителен к быстрому падению температуры вследствие перехода пластических деформаций стекловидной фазы в упругие.

При быстром охлаждении возникшие упругие деформации могут вызвать значительные напряжения в плитке и явиться причиной образования тонких волосяных трещин.

Рациональным следует считать такой режим обжига керамических изделий, при котором достигается минимальная продолжительность процесса обжига и получается готовая продукция, удовлетворяющая по качеству требованиям стандарта.

Продолжительность обжига керамических плиток определяют главным образом два фактора:

А) величина объемных изменений черепка и происходящих в нем при обжиге физико-химических преобразований;

Б)размеры плитки, а также конструкция и размеры печи, определяющие степень равномерности распределения температуры во время обжига.

 

      Керамические плитки обжигают в печах различных конструкций: периодических, непрерывно действующих многокамерных и туннельных. Топливом служат уголь, мазут и газ.В нашей схеме мы используем Туннельную печь.

Туннельные печи непрерывного действия нашли широкое применение. Обжигаемые изделия поступают на вагонетках в туннель и проталкиваются, постепенно проходя через три условные зоны: подогрева, обжига и охлаждения. По обе стороны зоны обжига расположены топки для жидкого или газообразного топлива. Топочные газы из зоны обжига движутся навстречу вагонеткам.

Туннельные печи имеют неоспоримые преимущества перед печами периодическими и газокамерными, важнейшие из которых следующие:

1.Меньшая продолжительность обжига;

2.Меньший удельный расход топлива на обжиг единицы продукции и более полное использование тепла обожженных изделий и дымовых газов;

3.Более длительный межремонтный период эксплуатации и меньшие затраты на ремонты;

4.Сокращение расхода рабочей силы и значительное улучшение условий труда.

В периодических и газокамерных печах стены и своды испытывают при каждом обороте попеременные нагрев и охлаждение, а следовательно, чередующиеся сжатие и расширение, приводящие к. быстрому их разрушению.

В туннельных печах температура в каждой зоне поддерживается постоянной, что предохраняет огнеупорную кладку от быстрого разрушения.

Обслуживание туннельных печей менее трудоемко, а условия труда значительно лучше. Загрузка и выгрузка продукции производятся при нормальной температуре вне печи, а операции по переноске и подъему на большую высоту тяжелых капселей с плитками полностью устранены.

В таблице приведены для сравнения некоторые данные, полученные при обжиге плиток в печах различной конструкции.

Некоторые показатели работы печей

 

Тип печей	Продолжительность обжига, часы	Съем продукции в м2 с 1 м3 объема печи	Удельный расход условного топлива, кг на 1 м2 продукции
	110	80	15
1.Газокамерная	220	25	14
2.Большая туннельная длиной 113 м.	72	150	6
3.Малая туннельная длиной 59,5 м .	50	230	7

Туннельные печи бывают двух основных типов: печи прямого действия, в которых продукты горения непосредственно соприкасаются с обжигаемой продукцией, и печи муфельные, в которых обжигаемые изделия не соприкасаются с продуктами горения, а нагреваются горячим воздухом, получающим тепло через внутренние стенки печи.

Муфельные печи применяют на некоторых плиточных заводах за границей. Преимущество этих печей заключается в хорошем качестве получаемой продукции, так как она в процессе обжига не соприкасается с дымовыми газами. Недостатком этих печей являются высокая первоначальная стоимость, применение дорогого, сложного по форме огнеупорного материала и повышенный расход топлива.

В соответствии с требованиями, предъявляемыми к плиткам для полов (высокая плотность, отсутствие деформации, равномерная, од нородная окраска), туннельные печи для обжига   плиток  должны обеспечивать:

1. Минимальный температурный перепад по сечению   печного канала в различных зонах печи, особенно в зоне максимальных температур, так как степень спекания плиток зависит от конечной температуры и при больших перепадах будет

неравномерной;

2.) Возможность получения в различных зонах печи окислительной газовой среды, так как восстановительная среда в печи может вызвать насыщение черепка углеродом, а также образование крайне нежелательных силикатов закиси железа, в результате чего может увеличиться склонность изделий к деформации и возникнуть ряд дефектов внешнего вида — пятнистость, неоднородность окраски и др.;

3.) Возможность избежать попадания факела газов, выходящего из горелок,

непосредственно в садку изделий, так как в этом случае могут образоваться местные очаги восстановления;

       4.) Широкое регулирование температуры в различных зонах печи.

 

 

 

 

 

 

Эти печи имеют следующую техническую характеристику:

Длинапечи                                                                 113 м

зоны подогрева                                                           36 м

зоны обжига                                                                36  м

зоны остывания                                                        41   м

Ширина канала печи                                            1850 мм

Высота от пода вагонетки до  замка   свода

печи                                                                              1670 мм

Объем печного пространства                                 320 м3

Количество вагонеток в печи                                 56 шт.

Размеры вагонеток:

Длина                                                                            2000 мм

Ширина                                                                         2000  мм

Топливо                                                          генераторный газ

Входная часть печи оборудована камерой с двумя подъемными шторами, опускающимися на футеровку вагонетки, которая должна быть задвинута в туннель. Для того чтобы в начальной стадии обжига можно было регулировать скорость подъема температуры в широких пределах, в печи осуществлен рассредоточенный отбор продуктов горения. Через 34 канала,  заложенных  на уровне  подины вагонеток и стенах печи почти на всем протяжении зоны подогрева дымовые газы поступают в сборный боров, откуда отсасываются,дымососом. Каждый канал отделен от сборного борова   шибера с помощью которого регулируется отбор продуктов   горения из личных участков зоны подогрева.

Зона обжига имеет с каждой стороны по 24 горелки, из которых16 расположены друг от друга на расстоянии, равном длине вагонетки (2 м). Эти горелки попадают на стыки вагонеток в пространстве между садкой плиток, образующее тем самым камеры сгорания га за. По высоте эти горелки расположены на уровне 300 мм от пода вагонетки. Для устранения температурного перепада между верхом и низом в зоне обжига с каждой стороны печи на уровне пода вагонеток установлены дополнительно по четыре сдвоенных горелки.

Воздух для горения, имеющий температуру 500—600°, отбирают из зоны охлаждения через окна, расположенные в стенах печи, на уровне, примыкающем к своду, и при помощи эжекторных вентиляторов подают в продольные каналы, заложенные в стенах по всей длине зоны обжига. Из продольных каналов горячий воздух подается по вертикальным каналам к каждой горелке в отдельности, где он смешивается с поступающим газом в установленной и регулируемой пропорции.