Особенности производства санитарной керамики

Специфика технологического процесса изготовления санстройизделий основана на способе шликерного литья. Для производства санитарных керамических изделий используются два вида литья – в гипсовые формы и на стендах под давлением.

Литье в гипсовые формы. Способ шликерного метода изготовления изделий основан на способности глинистых материалов в процессе разжижения водой и электролитами давать устойчивые суспензии в дисперсионной среде. Процесс оформления изделий заключается в осаждении твердой фазы шликера на гипсовой поверхности формы при поглощении влаги из шликера открытыми порами гипсовой формы. Процесс образования глиняного черепка на гипсовой поверхности зависит от многих факторов: гранулометрического состава и влагосодержания шликера; скорости поглощения влаги шликера формой; влагопропускной способности слоя образовавшегося черепка на поверхности гипсовой формы; капиллярного давления воды в гипсовой форме.

Литье на стендах под давлением в полимерные формы. Шликер подается на стенды литья под давлением ALS-150 (бачки, умывальники, пъедисталы), AVE -040 (унитаз). Внутрь пористой формы под давлением 13 бар подается шликер. Набор черепка происходит следующим образом: под давлением воздуха, подаваемого в форму, вода , содержащаяся в шликере, уходит через поры формы , вызывая образование слоя керамической массы (черепка). По истечении времени необходимого для набора черепка, происходит слив шликера. Далее внутрь изделий под давлением подается воздух, что способствует закреплению черепка. Внутри формы имеются дренажные сети, что способствует извлечению изделий из форм и позволяет распределить сжатый воздух (или воду) по поверхности формы, контактирующей с изделием (а также создавать на поверхности некоторую степень вакуума). После извлечения изделий из форм производят оправку изделий. Этот способ позволяет производить 12 отливок за сутки, что является преимуществом перед литьем изделий в гипсовые формы. Полимерные формы являются более долговечные, в них, возможно, производить до 3000 отливок, в то время как в гипсовые формы можно произвести только 40-60 отливок. Специфика существующего технологического процесса изготовления санстройизделий, основанного на способе шликерного литья в гипсовые формы, не позволяет полностью устранить трудоемкие ручные операции и существенно повысить производительность труда [2, c.76].

Получило большое распространение формование различных изделийспособом гидростатического прессованияиз полусухих, порошкообразных масс. Принципиально этот метод благодаря строго равномерному давлению прессующей жидкости на любом участке поверхности изделия и отсутствию потерь давления из - за трения о стенки пресс- формы позволяет оформлять изделия, отличающиеся значительной сложностью формы.

Внедрение метода гидростатического прессования в производства санитарно-строительных изделий позволит резко повысить производительность труда, ликвидировать трудоемкие ручные операции, создать условия для комплексной механизации и автоматизации технологического процесса, сократить продолжительность цикла производства и ликвидировать потребность в гипсовых формах. Новая технология значительно расширяет возможности использования сырья в промышленности санитарно-строительной керамики благодаря применению глин, не обладающих разжижаемостью, которая является решающим критерием определения пригодности их для использования в технологии шликерного литья.

Несмотря на то, что в настоящее время на предприятии используется два способа производства сантехнических изделий, общую технологическую схему производства можно представить в следующем виде:

1. Подготовка шликерной суспензии

Шликерная суспензия представляет собой определенным образом подготовленную массу из сырьевых материалов, которые по выполняемым функциям разделяются на:

- пластичные (глина, каолин) – являются основой формирования структуры черепка в процессе литья, сушки и обжига;

- отощающие (кварцевый песок, пегматит, бой изделий) - стабилизируют форму (препятствуют деформациям).

В зависимости от оборудования, с помощью которого происходит процесс получения полуфабриката, используются различные соотношения сырьевых материалов. В частности, для изделий производимых по технологии литья под давлением, наряду с украинской, используется менее пластичная немецкая глина. В производстве применяется в основном импортное сырьё и материалы из Украины, России, Германии, Италии.

Процесс приготовления шликера предусматривает грубое дробление отощающих материалов (пегматита, кварца, черепа и др.) в щековой дробилке и последующий помол в шаровых мельницах.

Процесс измельчения сырья в технологии изготовления санитарно‒строительных изделий имеет существенное значение. В зависимости от получаемых результатов дробления предусматривается грубое и среднее дробление материалов. Грубое дробление осуществляется на щековых и конусных дробилках. Грубому помолу подвергается в основном череп (фарфоровый, полуфарфоровый). После дробления величина кусков черепа достигает 30‒50 мм. Для мелкого дробления применяют бегуны с гранитными катками и подом, менее загрязняющие сырье металлическими примесями.

Согласно технологии кварцевый песок в массозаготовительный цех подается со склада при помощи грейферного крана или самосвалами через приемный бункер в грохот для просева с размером ячеек сетки 8‒10 мм.

Дробление глины производится на горизонтальном стругаче до размеров 50 мм или на специально оборудованной дробилке со стальными лопастями, установленными по винтовой линии на валу, вращающемся со скоростью 5‒6 об/мин.

Последующей операцией по приготовлению шликера является помол отощающих материалов. Для помола применяются конусные мельницы сухого помола непрерывного действия, которые работают в комплексе со щековой дробилкой, питателем, элеватором, магнитным сепаратором и бункером.

Значительный интерес в керамической промышленности представляют непрерывно действующие струйные мельницы. Наиболее распространенными агрегатами для помола отощающих материалов являются шаровые мельницы.

В промышленности применяются шаровые мельницы периодические и непрерывно-действующие, мокрого и сухого помола. Непрерывно-действующие мельницы не получили еще широкого распространения, несмотря на их бесспорное преимущество. Мельницы периодического действия более удобны в эксплуатации, хотя значительно энергоемки, позволяют изменять рецептуру массы и процесс ее приготовления в случае необходимости [2, c.89].

Технология приготовления шликера заключается в первоначальном разрушении структуры сырьевых материалов путем дробления и измельчения отощающих материалов и роспуска пластичных материалов, путем их диспергирования, создания новой дисперсной системы. От качества переработки шликерной массы, от степени измельчения, смешивания и обогащения зависит процесс оформления изделий по технологическим переделам, качество полуфабриката и готовой продукции.

Рис.2. Технологическая схема приготовления шликера с применением оборудования непрерывного действия

1‒силосы; 2‒грейферный мостовой кран; 3‒стругач; 4, 17‒ленточный транспортер; 5‒агрегат для роспуска глинистых материалов; 6‒высокопроизводительный насос; 7, 10, 18‒пропеллерная мешалка; 8‒стабилизатор плотности суспензии; 9‒установка ситового и магнитного обогащения; 11‒щековая дробилка; 12‒вальцовая дробилка; 13‒расходные бункеры; 14‒автоматические весы; 15, 19‒мембранный насос; 16‒струйная мельница.

Шликерные массы на заводах строительной керамики приготовляют двумя способами:

1. совместным помолом отощающих и глинистых материалов в шаровых мельницах периодического действия;

2. раздельным помолом отощающих компонентов в шаровых мельницах и последующим смешением их с предварительно разжиженными в пропеллерных мешалках пластичными материалами.

На большинстве заводах строительной керамики роспуск глины производится в шаровых мельницах мокрого помола или пропеллерных мешалках, т. е. в агрегатах периодического действия, возможность автоматизации которых практически исключена.

2. Получение полуфабриката

Новые механизированные стенды литья в гипсовые формы позволили получить увеличение объема выпускаемых изделий в сутки за счет автоматизации технологического процесса и дополнительной сушки гипсовых форм. Процесс получения полуфабриката происходит следующим образом. Шликерная суспензия заливается в гипсовые формы, где в течение 1,5-2 часов происходит формирование черепка. Затем осуществляется слив избыточного шликера и сушка изделия теплым воздухом в течение 30-50 минут. Время всего технологического цикла составляет 3,5-4 часа. После извлечение изделий из формы происходит их обработка и сушка.

При производстве на стендах литья под давлением процесс получения полуфабриката существенно сокращается за счёт уменьшения времени на формирование черепка.

Набор черепка происходит следующим образом: при увеличении давления воздуха, подаваемого в форму до 13 бар, вода, содержащаяся в шликере, уходит через поры полимерной формы, вызывая образование слоя керамической массы (черепка). В результате через 20 - 30 минут из каждой формы получается полуфабрикат, который при этом имеет равную толщину по всему объему и исключает деформацию.

Отливают изделия в отдельных гипсовых формах, на стендах в формах, собранных в батареи, и на конвейере. В зависимости от вида изделий шликерное литье выполняется наливным, сливным и комбинированным способами.

Наливным способом отливают тарельчатые унитазы и другие толстостенные изделия. Этот способ применяется и при батарейной отливке изделий. Гипсовые формы собирают в батареи по 16-20 шт. Через 1-3 ч после набора формой стенки изделия требуемой толщины излишек шликера сливают, изделия в формах выдерживают в формах 7-16 ч для закрепления черепка, после чего их освобождают от форм. Наливной способ обеспечивает получение изделий с заданной толщиной стенок, однако он требует применение разборных форм сложной конструкции.

Сливным способом отливают умывальники и другие тонкостенные изделия. При сливном способе заполненные шликером формы выдерживают 1-3 ч до набора требуемой толщины стенки изделия 9-11мм. После набора стенки изделия излишек шликера сливается, изделие выдерживается в форме 6-16 ч для повышения прочности и снижения влажности, после чего вынимается из формы. При сливном способе происходит односторонний набор стенки изделия, он наиболее прост, но не обеспечивает постоянной толщины стенки изделий. Сливной способ применяется при изготовлении изделий на конвейере.

Комбинированным способом отливают умывальники: одни части изделий отливают наливным, другие – сливным способом. Соединяют изделия при оправе и компоновке [1, c.41].

Рис.1. Способы шликерного литья:

а ‒ сливной; б ‒ наливной; 1 ‒ заливка шликера; 2 ‒ слив излишнего шликера;

3 ‒ разъем формы; 4 ‒ подвялка; 5 ‒ отформованные изделия.

3. Обработка полуфабриката. Сушка

Извлечённые из форм полуфабрикаты имеют значительную влажность, в то время как влажность изделий перед глазуровкой не должна превышать 1%. Поэтому после специальной обработки, извлечённые из форм полуфабрикаты, нуждаются в сушке. Сушка осуществляется как в процессе движения на стеллажах (при температуре около 30° С), так и в конвейерной сушилке производства Progetti (при температуре до 100° С), так и в туннельных сушилках (при температуре около 60–70° С).

В процессе подвялки и сушки происходит удаление влаги, которое сопровождается первоначально значительной воздушной усадкой, что может привести к трещинам и посечкам на поверхности изделий. Поэтому в первоначальный период сушки и особенно на подвялке изделия должны оберегаться от действия резкого движения воздуха (сквозняков), низкой относительной влажности воздуха. Так как вода, находящаяся в керамическом изделии после его оформления, не одинаково связана с минеральными частицами исходного сырья, то она по-разному проявляет себя и в процессе сушки.

В первый период при сушке удаляется физико‒механическая, или усадочная вода, которая и влияет на процесс усадки. После ее удаления усадка прекращается, а в порах черепка остается вода, называемая «водой пор». При удалении влаги из черепка уменьшается объемное количество воды, заполняющей капилляры, поверхностное натяжение оставшейся в капиллярах воды увеличивается, что приводит к сближению частиц и появлению усадки изделия.

Усадка при сушке зависит от дисперсности, пластичности глинистых материалов и др. факторов. Чем выше дисперсность и пластичность исходного сырья, тем выше усадка при сушке, что объясняется более компактной укладкой глинистых частиц.

Весь процесс сушки керамических изделий можно разделить на два периода. В первом периоде происходят усадка и сближение частиц, прочность изделия еще низка ‒ это наиболее ответственный период сушки, его проводят медленнее во избежание появления посечек и трещин на поверхности. Второй период сушки ‒ без изменения усадки. При сушке крупногабаритных санитарно‒строительных изделий с разнотолщинным черепком скорость сушки может быть разной, обусловленной неравномерным тепловым полем.

В виду того, что изготовленные по разным технологиям заготовки отличаются по показателю влажности (18-20% после гипсовых форм и 15-17% - после полимерных) продолжительность их сушки различна. Для полуфабрикатов из гипсовых форм она составляет 1-1,5 суток, из полимерных форм - от 17-18 часов [3,c.109].

4. Глазурование

После сушки полуфабрикат подвергается глазурованию – операции, от которой в значительной степени зависит внешний вид и качество готового изделия. Глазурование полуфабриката, произведенного как по технологии литья в полимерные, так и в гипсовые формы, осуществляется в настоящее время на пяти автоматических глазуровочных установках с роботом напыления GA 900 EV. Использование данных установок, а также качественных импортных материалов для приготовления глазури, обеспечивает равномерное нанесение глазури по всей поверхности и высокую белизну изделий

Санитарно-строительные изделия на предприятиях: глазуруются несколькими методами: вручную путем окунания изделий в чан с глазурью, напылением глазури с помощью пневматических, центробежных и других распылительных устройств и методом полива.

Метод окунания трудоемок и малопроизводителен. Метод пульверизационного нанесения глазурного слоя на изделия является самым распространенным и передовым, так как позволяет механизировать процесс глазурования путем применения глазуровочных поточно-конвейерных линий и машин.Метод полива используется при комбинированном глазуровании ‒ путем напыления глазури на наружной поверхности изделия и полива внутренней части специальным поливочным устройством, как это предусмотрено в универсальном глазуровочном конвейере.

Поточно‒конвейерные линии состоят из камер обдувки, замывки, глазурования и камер доглазуровки. После керосинового контроля изделия поступают люлечным конвейером в камеру обдувки, где обдуваются от пыли сжатым воздухом, затем в камеру увлажнения, после этого поступают на пост парафинирования тех мест, где не требуется покрытия глазурью. Такие поточные линии созданы на заводе «Стройфарфор» ОАО «Керамин». После нанесения глазури, на умывальники и бачки всех коллекций наносится деколь «Керамин», что делает санитарную керамику еще более узнаваемой среди конкурентов [2, с.69].

Рис. 3 ‒ Конвейерная линия для глазурования умывальников:

1 ‒ электропривод; 2 ‒ тяговая цепь; 3 ‒ каркас; 4 ‒ камера доглазуровки; 5 ‒ каретка; 6 ‒ глазуровочные аппараты; 7 ‒ вентиляционные установки; 8 ‒ камера глазуровки; 9 ‒ натяжная станция; 10 ‒ камера обеспыливания; 11 ‒ вытяжная труба.

5. Обжиг

Обжиг керамических санитарно-строительных изделий занимает одно из ведущих мест, определяет в большой мере качество изделий, экономическую сторону производства и продолжительность производственного цикла. В себестоимости производства санитарно-строительных изделий затраты, связанные с обжигом, составляют 30‒35%.

Обжиг является заключительной операцией технологического цикла производства. Обжиг производится в туннельной печи итальянской компании «Sacmi» на протяжении 19-22 часов. Температура в печи вначале постепенно повышается до 1200° С, а затем также плавно происходит её снижение. Подобный температурный режим требуется для получения качественных изделий, как в отношении самого черепка, так и в отношении глазурованного покрытия. При обжиге керамических изделий происходят сложные физико‒химические процессы, связанные с удалением влаги, сокращением размеров изделий, выгоранием органических включений, плавлением легкоплавких компонентов, взаимодействие их с составными частями массы, созданием новых кристаллических фаз. Основным результатом взаимодействия различных компонентов, входящих в состав массы, в процессе обжига является спекание керамической массы, в результате которого формируются свойства керамического черепка [3, c.311].

Наиболее важным процессом при обжиге керамических изделий является жидкостное состояние, которое возникает в изделиях уже при температуре 700° С и интенсивно развивается по мере возрастания температуры обжига. Стекловидное состояние цементирует в единый монолит отдельные зерна керамической массы. По мере увеличения количества стекловидной фазы керамические изделия размягчаются, не теряя своей первоначальной формы. Такое состояние обычно принято называть пиропластическим состоянием черепка. При последующем подъеме температуры количество расплава в массе увеличивается, прочность изделия снижается, начинается изменение первоначальной формы изделия, которое подвергается деформации.

В процессе обжига легкоплавкие компоненты (полевой шпат, пегматит) переходят в стекловидную фазу, растворяют в своем расплаве кварц, каолин, образуя новую кристаллическую фазу, представленную в основном муллитом (3Al₂O₃ · 2SiO₂). Муллит наиболее интенсивно образуется в интервале температур 1000‒1200°.

В печах открытого пламени, какими являются туннельные печи для обжига санитарно-строительных изделий при температуре 200‒400° С в процессе соприкосновения дымовых газов с изделиями в порах обжигаемых изделий скапливается сажистый углерод из дымовых газов, который начинает выгорать в интервале температур от 400 до 1000° С. Выгорание в окислительной среде происходит более интенсивно, чем в восстановительной. Желательно, чтобы до момента создания жидкой стекловидной фазы (1000°) с черепка был удален весь углерод, в противном случае в процессе образования жидкой фазы на поверхности черепка могут образоваться дефекты.

Длительность обжига в туннельных печах определяется многими факторами: массой, из которой изготовлено изделие, конфигурацией изделия, его габаритами, толщиной черепка, свойствами глазури, а также конструкцией и особенностями туннельной печи, допустимой скоростью нагрева, охлаждения огнеупорного припаса. В основном данный процесс длится около 21‒24 ч, а в некоторых случаях ‒ 11,5 ч. (в зависимости от конструкции печи). Поэтому при составлении кривой обжига санитарно‒строительных изделий следует учитывать различные индивидуальные моменты.

Рис. 4. Температурная кривая обжига туннельной печи

Современные туннельные печи обеспечивают непрерывность загрузки, процесса обжига и выгрузки изделий, соблюдение постоянства температурной кривой обжига, ‒ возможность автоматического регулирования режима обжига, охлаждения, гидравлического режима, возможность использования отходящего из зоны охлаждения тепла для сушки изделий. Использование данной печи для обжига позволило существенно уменьшить вероятность таких дефектов, как наколы, засорка, вскипание глазури. Установлена ремонтная печь, предназначенная для однократного обжига и повторного обжига для исправления дефектов.

При охлаждении санитарно‒строительных изделий первый этап охлаждения от температуры 1240‒1250° до 1000° можно вести достаточно быстро (250° в час) без опасения появления «треска». Наиболее опасными температурами, при которых следует замедлять процесс охлаждения, являются 650‒550°, 240‒180° [2, c.153].

6. Сортировка

Сортировка является заключительным этапом системы контроля качества за технологией производства на предприятии, который существует на всех основных операциях: осмотр изделий после процесса литья, сушки, нанесения глазури.

Необходимо подчеркнуть, что все изделия строго соответствуют стандартам качества, а также, принятой на предприятии, технологической инструкции по установлению критериев качества для изделий санитарно-керамических. Данная инструкция является основополагающим документом при сортировке изделий.

Требования стандартов к санитарным керамическим изделиям. Изделия должны быть функционально пригодными. Водопоглощение изделий не должно быть более: фарфоровых ‒ 1%; полуфарфоровых ‒ 5%; фаянсовых ‒ 12%. Глазурь на изделиях должна быть химически и термически стойкой. Изделия должны быть термически стойкими и механически прочными. Изделия должны быть покрыты белой или цветной глазурью или декорированы различными методами. Цвет или оттенки цвета изделий должны соответствовать цвету и оттенкам цвета образцов‒эталонов. Изделия не должны иметь сквозных видимых и невидимых трещин, холодного треска. Внутренняя поверхность сифонов унитазов должна быть без засорки. Изделия в зависимости от показателей внешнего вида подразделяют на 2 сорта: 1-й ‒ Премиум, 2-й ‒ Стандарт. Общее число допустимых дефектов на одном изделии не должно быть более двух на изделиях 1-го сорта и трёх на изделиях 2-го сорта. Унитазы и биде должны выдерживать нагрузку 2 кН Умывальники должны выдерживать нагрузку не менее 1.5 кН.

Изделия класса «ПРЕМИУМ» на видимой и функциональной поверхностях могут иметь дефекты внешнего вида:

‒ Посечки – на умывальниках не допускаются, на бачках длиной не более 10 мм, на других изделиях длиной не более 15 мм.

‒ Мушки – на умывальниках не более 2-х шт., на остальных изделиях не более 6-ти шт.

‒ Наколы – допускаются рассеянные.

‒ Остеклованные места – допускается общей площадью не более 0,25 см².

Общее число допустимых дефектов на одном изделии класса «ПРЕМИУМ» не должно быть более двух.

Изделия класса «ПРЕМИУМ» на видимой и функциональной поверхностях не должны иметь таких дефектов, как плешины, засорка, откол, вскипание глазури, пятна, волнистость. Данные дефекты допускаются лишь на монтажной и невидимой поверхности, если они не препятствуют монтажу или эксплуатации. Причем допускаемые посечки, выплавки, засорки, отколы должны быть заделаны белым цементом или другим материалом, обеспечивающим прочность заделки.

Изделия класса «СТАНДАРТ» на видимой и функциональной поверхностях могут иметь дефекты внешнего вида:

‒ Плешины – допускаются площадью не более 1 см².

‒ Посечки – на умывальниках длиной не более 10 мм, на бачках длиной не более 10 мм, на других изделиях длиной не более 15 мм.

‒ Засорка – допускается общей площадью не более 0,5 см².

‒ Откол – допускается на ребрах прилегающих к стене и полу, глубиной не более 2 мм.

‒ Мушки – на умывальниках не более 5-ти шт, на остальных изделиях не более 10-ти шт.

‒ Наколы – допускаются рассеянные.

‒ Волнистость – допускается.

‒ Пятна – допускаются малозаметные.

‒ Остеклованные места – допускается общей площадью не более 1,0 см².

Общее число допустимых дефектов на одном изделии класса «СТАНДАРТ» не должно быть более трех. Изделия класса «СТАНДАРТ» на видимой и функциональной поверхностях не должны иметь такого дефекта, как вскипание глазури [4].