Технологічні особливості виробництва керамічної плитки

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Асортимент та характеристика продукції. Вимоги стандартів

Керамічна плитка - унікальний обробний матеріал, що відкриває широкі можливості в дизайні інтер'єрів. В даний час на ринку будматеріалів представлений досить широкий асортимент плитки різних форм, розмірів і кольорів. керамічний плитка температурний

Облицювальні керамічні плитки - це вироби, виготовлені з керамічних мас, які випалюють та глазурують. Облицювальні плитки використовують для облицювання стін будинків, перегородок у жилих приміщення, санітарних та комунальних установах, а також громадських спорудах [1].

Особливо актуальне використання плитки у ванній кімнаті - це приміщення, яке із-за високого рівня вологості особливо вимогливе до вибору обробних матеріалів для стін і підлог. Плитка для ванн повинна мати високу стійкість до дії хімічно активних речовин, що містяться в миючих засобах, за допомогою яких ми регулярно підтримуємо гігієнічність ванної кімнати.

Сучасна плитка, завдяки широкій колірній гамі, дозволяє реалізовувати різні ідеї дизайну інтер'єру. При виборі на кухню плитки або плитки для ванн її естетичні характеристики не менш важливі, ніж технічні показники, оскільки плитка - це довговічний матеріал.

Сьогодні зустрічається величезна різноманітність будь-яких видів плиток з різними узорами і фактурою. Сучасні технології дозволяють випускати різновиди плиток, що дозволяють імітувати камінь, дерево, цегляну кладку і т.д.

На підприємстві, що проектується, планується виробництво облицювальних керамічних плиток розміром lЧbЧs = 300Ч600Ч9,0 мм, об'єм випуску 200 тис. м2/рік. Зовнішній вигляд виробів приведен на рис. 1

Рисунок 1 - Схема керамічної плитки

Всі вимоги до облицювальних глазурованих плиток регламентуються за ДСТУ Б В.2.7-282:2011. Плитки повинні виготовлятися згідно з вимогами даного стандарту.

Технічні характеристики плитки за ДСТУ Б В.2.7-282:2011 приведені в таблиці 1

Таблиця 1 - Технічні характеристики плитки

Асортимент керамічної плитки буде розширятись за рахунок дизайну нових видів декору (малюнок наноситься за допомогою ангобування та глазурування).

Колір (відтінок кольору) або малюнок лицьової поверхні плиток, які будуть виготовлятись, згідно умовам стандарту, повинен відповідати зразкам - еталонам, які будуть затверджені підприємством-виготовлювачем.

Показники зовнішнього вигляду плиток повинні відповідати вимогам стандартів, які приведені в таблиці 2

Таблиця 2 - Вимоги зовнішнього вигляду до плитки керамічної глазурованої

Загальне число припустимих дефектів на одній плитці не повинне бути не більше:

- двох - на плитках 1 сорту;

- трьох - на плитках 2 сорту.

Таблиця 3 - Відхилення розмірів плиток від номінальних, мм.

Різниця між найбільшим і найменшим розмірами плиток однієї партії по довжині і ширині не повинна бути більше: для 1 сорту -1 мм, для 2 сорту - 3 мм.

Різниця між найбільшим і найменшим значеннями товщини однієї плитки (різнотовщинність) не повинна бути більше 0,5 мм.

Відхилення форми плиток від прямокутної (косокутність), відхилення лицьової поверхні від площинності (кривизна лицьової поверхні) і скривлення граней не повинне бути більше 1 мм, опуклість до 1 мм, увігнутість до - 0,6 мм.

На монтажній поверхні плиток повинні бути рифлення. При цьому висота (глибина) рифлень повинна бути не менше 0,5 мм.

Таким чином, обрано асортимент, розміри, види декору керамічних плиток, які будуть виготовлятись в цеху, що проектується даним дипломним проектом.

2. Характеристика та вимоги стандартів до сировиних матеріалів

Глинисті матеріали.

Глинисті матеріали є основною сировиною керамічної промисловості. Сировинними матеріалами для виробництва керамічних виробів є каоліни і глини, які вживаються в чистому вигляді, а частіше - в суміші з добавками (опіснюючими, пороутворюючими, плавнями, пластифікаторами та ін.).

Під каолінами і глинами розуміють природні водні алюмосилікати складу mAl2O3 • nSiO2 • pH2O з різними домішками здатні при замісі з водою утворювати пластичне тісто, яке після випалення незворотньо переходить в каменеподібний черепок. Каоліни відносяться до мономінеральних глинистих матеріалів (вміщують мінерал каолініт Al2O3•2SiO2•2H2O), а глини - складаються з декількох глинистих мінералів (каолініт(Al2O3•2SiO2•2H2O), галуазит (Al2O3•2SiO2•4H2O), монтморилоніт (Al2O3•4SiO2•nH2O), гідрослюди (К2O•MgO•4Al2O3•7SiO2•2H2O) та ін.), та є більш забрудненими мінеральними і органічними домішками [2].

Глиниста сировина класифікується за вогнетривкістю, вмістом глинозему та двуокису тітану (Al2O3 + TiO2) у прожареному стані, спеченістю, вмістом фарбуючих окислів (Fe2O3 і TiO2) в прожареному стані, пластичністю, складом тонкодисперсних фракцій; вмістом багатозернистих включень.

Високопластичні глини містять 80-90 % часток розміром менш 0,005мм. У глинах можуть бути домішки, що знижують, температуру плавлення: карбонат кальцію, польовий шпат, Fe(ОН)3, Fe2O3. Каменеподібні включення CaCO3 є причиною появи «дутиків» і тріщин в керамічних виробах, оскільки гідратація CaO, що утворився при випалі керамічних виробів супроводжується збільшенням його об'єму. Забарвлення глин залежить від домішок як мінерального так і органічного походження багатих вуглецем. Домішки оксиду заліза, додають глині забарвлення: від рожевої (Fe2O3 1-2%) до яркого красно-коричневого (Fe2O3 до 10%)[1].

В проекті пропонується використання глинистих матеріалів, що задовольняють ДСТУ Б В.2.7-282:2011: глина Часово-Ярська. (таблиця 4)

Таблиця 4 - Вимоги стандарту до глинистих матеріалів

Глинисті матеріали в керамічній масі додають їй пластичність, підвищують міцність напівфабрикату в сухому стані та після випалу.

Опіснюючі матеріали.

Пластичні глини рідко використовують у чистому вигляді для виготовлення керамічних виробів. Це обумовлюється тим, що при сушінні та випалі такі вироби дають велику усадку, яка супроводжується їх коробленням та розтріскуванням, що вкрай ускладнює отримання виробів правильної форми та чітких розмірів. З метою зменшення усадки при сушінні та випалі в склад керамічних мас вводять опіснюючі домішки, які зменшують усадку пластичних глин [3].

Опіснюючими називають сировинні матеріали, які практично не взаємодіють з водою, не дають пластичного тіста, а при їх введенні до глиновміщуючих композицій, знижують пластичність цих систем. Тобто ці матеріали опіснюють пластичні маси та формують каркас (матрицю) виробів.

До природних опіснюючих добавок відносять кварцовий пісок, кварцити, пилоподібний кварц (маршаліт), тобто такі природні речовини, які не утворюють з глинами та каолінами склоподібної фази при випалі до температури 1000С.

До штучних опіснюючих домішок відносять дегідратовану глину, шамот, бій та брак випалених керамічних виробів.

Опіснюючі добавки вводяться до складу керамічної маси для зниження пластичності і зменшення повітряної і вогневої усадки глин. Окрім того, опіснюючі матеріали сприяють швидкому та рівномірному видаленню вологи з маси при сушінні, що знижує кількість браку при сушінні (якщо замало опіснювачів, пластичні глини схильні до розтріскування), а під час випалу - формують силікатний каркас виробів. Як опіснюючі добавки зазвичай використовують шамот, дегидратовану глину, пісок, золу ТЕС, гранульований шлак та інші [3].

В якості опіснюючих матеріалів при проектуванні заводу планується використовувати кварцовий пісок та бій випалених виробів.

Пісок - осадова гірська порода і штучний матеріал, що складається із зерен гірських порід. Дуже часто складається з майже чистого мінералу кварцу (діоксид кремнію).

В роботі передбачається використовувати пісок кварцовий Авдієвського

Родовища (С 070-2). Добування піску здійснюється методом гідронамивання, що дозволяє знизити кількість шкідливих домішок в продукті. Технічні характеристики піску приведені в таблиці 5.

Таблиця 5 - Технічні характеристики кварцового піску згідно ДСТУ Б В.2.7-131:2007

При оцінюванні кварцової сировини істотне значення має її чистота. Шкідливі домішки знижують якість кварцових матеріалів, а у разі високого їх вмісту виключають можливість застосування таких матеріалів.

Плавні.

Однією із складових керамічної маси є плавні - легкоплавкі матеріали (польовий шпат, пегматит, перліт, кістяна зола і ін.), що знижують температуру випалення та сприяють спіканню черепка. Розплавляючись при випаленні, вони утворюють прозоре в'язке скло, яке зв'язує частки маси, заповнює пори, частково розчиняє глинисті речовини і виділяє з розплаву кристали муліту [1].

До плавнів відносять речовини:

– ті, що власне мають низьку температуру плавління ( польові шпати та пегматити):

- альбіт Na2O·Al2O3·6SiO2 - 1117 оС;

- ортоклаз (мікроклін) К2O•Al2O3•6SiO2 - 1180 оС;

- анортит CaO•Al2O3•2SiO2 - 1250 оС ;

- які мають високу температуру плавління, але при випалі регують з іншими компонентами маси з утворенням легкоплавких сполук ( крейда, доломіт та ін.) ;

- які утворюються при випалі під час протікання хімічних реакцій:

MgO tпл=2800 С

SiO2 tпл=1728 С CaO · MgO · SiO2, tпл=1490С

CaO tпл=2600 С монтичеліт

Польові шпати - група найбільш поширених породотвірних мінералів класу силікатів каркасної структури, які характеризуються порівняно високою твердістю. За хімічним складом - це алюмосилікати натрію, кальцію, калію, барію, як ізоморфні домішки містять рубідій, свинець, стронцій тощо [3].

Польові шпати підрозділяють на 3 групи : калієво-натрієві (лужні - ортоклази, мікроклін та ін.), кальцієво-натрієві (плагіоклази) і дуже рідкісні калієво-барієві або гіалофани. Ортоклази - калієві польові шпати складу K2O·Al2O3·6SiO2. Зустрічаються у вигляді кристалів, інодi дуже крупних, але в основному у вигляді дрібнозернистих мас. Зазвичай непрозорі мають скляний або перламутровий блиск та температуру початку плавління 1170 °С. Альбіто-натрієві польові шпати мають склад Na2O·Al2O3·2SiO2 та зустрічаються також у вигляді дрібнозернистих мас. За зовнішнім виглядом вони більш прозорі, ніж ортоклази та мають температуру початку плавляння 1050 °С.

Анортито-кальцієві польові шпати складу CaO·Al2O3·6SiO2. Утворюють такі ж кристали (завжди дрібні) та кристалічні маси, як ортоклази та альбіти. Підгрупа плагіоклазів являє собою безперервний ізоморфний ряд альбіту Na[AlSi3O8] і анортиту Са[Al2Si2O8]. Для них характерна пластинчата будова. У підгрупі лужних польових шпатів найбільш поширеними є ортоклаз і мікроклін. Обидва мінерали мають однаковий склад К[AlSi3O8] і відрізняються лише сингонією: ортоклаз моноклінної, а мікроклін - триклинної сингонії.

Пегматити - польові шпати, які проросли кварцем - часто використовуються у керамічних масах, як замінники польових шпатів. Пегматити містять 30 - 35 % кварцу і 65 - 70 % польового шпату, який визначає їх головні технологічні якості. Температура плавління пегматитів 1230 - 1300С. Пегматити, як плагіоклази, мають непостійний склад як за розміром зерна, так і за складом в них кварцу, мікрокліну і плагіоклазу.

Окрім основних сировинних матеріалів, до складу керамічної маси можуть вводитись допоміжні. Так, наприклад, для розрідження шлікеру можуть вводити рідке скло або реотан . Для інтенсифікації спікання часто додають мінералізатори або склоутворюючі добавки і т.д. [3].

Таким чином, підібрано основний сировинний склад керамічної маси для виготовлення плиток глазурованих керамічних. Найбільш ефективним є використання рецепту керамічної маси, до якого обов'язково будуть входити глинисті матеріали, що забезпечують пластичність вологої маси, необхідну для формування заготівки, кварцевміщуючу сировину, яка виконує структурну функцію (утворює «каркас») та дозволяє контролювати зміну розмірів виробів, що невід'ємно відбувається при сушінні та випалі, а також сировина, яка при випалі дозволяє одержати склоподібну фазу та забезпечити утворення щільної структури керамічного черепка.

3. Розрахунок хімічного складу та ТКЛР керамічної маси ангобу та глазурі

Для прогнозування багатьох властивостей керамічних матеріалів необхідно знати їх хімічний склад після випалу та втрати при прожарюванні.

Хімічний склад маси та випалених виробів розраховується виходячи із шихтового складу та складу кожного сировинного матеріалу[4].

У виробництві передбачається використання керамічної маси, шихтовий склад якої приведений в таблиці 6.

Таблиця 6 - Шихтовий склад керамічної маси, мас.%

Перераховуємо шихтовий склад маси на 100 мас.%, без бою плиток, оскільки він за хімічним складом ідентичний складу маси, та з урахуванням добавок електролітів.

(100,0-7,0) =93,0 %

Для глини 1 ( ВЕСКО-ГРАНІТІК) кількість у % складатиме:

Для глини 2 ( Суміш DBY- 1M ) кількість у % складатиме:

Для піска кварцового ( авдієвського С 070-2) кількість у % складатиме:

Для склобою кількість у % складатиме:

В таблиці 7 приведено хімічний склад сировинних матеріалів, які вводяться до складу керамічної маси.

Таблиця 7 - Хімічний склад компонентів керамічної маси, мас.%

Визначаємо кількість оксидів, що вводяться до керамічної маси з глиною Часово-Ярська , мас.%:

SiO2 =;

Al2O3 =;

Fe2O3 =;

TiO2 =;

CaO =;

MgO =;

K2O =;

Na2O =; в.п.п=

Таблиця 8 - Розрахунковий хімічний склад керамічної маси та випаленого черепку, мас.%

Розраховуємо хімічний склад маси на не прожарену речовину,сумуючи кількість кожного оксиду, що вводиться кожним сировинним матеріалом:

SiO2 = 21,18 %+ 16,21% + 29,08% + 8,03% = 74,5%;

Al2O3 = 6,51% + 8,47% + 0,7 % + 2,4 % =18,08 %;

Fe2O3 = 0,39% + 0,09 % + 0,04 %+ 0,08 % = 0,6 %;

TiO2 = 0,45% + 0,12 % + 0,11 % = 0,68 %;

CaO = 0,1% + 0,05%+ 0,03%+0,15% = 0,33 %;

MgO = 0,05% + 0,16% = 0,21 %;

K2O = 0,6% + 0,95% + 0,14 % =1,69 %;

Na2O = 0,76%

BaO = 0,04%+0,04%=0,08%

в.п.п = 0,66% + 0,91% + 0,03% + 0,01% = 1,61 %.

Результати розрахунків заносимо до таблиці 1.8

Перераховуємо хімічний склад маси на прожарену речовину шляхом перемноження кожного оксиду, що вміщується в сирій керамічній масі (в не прожареній речовині), на коефіцієнт К:

К = (1)

де в.п.п - сума всього стовпчика витрат при прожарюванні, %;

К =

SiO2 = 74,5 • 1,01 = 75,245 %;

Al2O3 = 18,08 • 1,01 = 18,26 %;

Fe2O3 = 0,6 • 1,01 = 0,606 %;

TiO2 = 0,68 • 1,01 = 0,686 %;

CaO = 0,33 • 1,01 = 0,333 %;

MgO = 0,21 • 1,01 = 0,212 %;

K2O = 1,69 • 1,01 = 1,706 %;

Na2O = 0,76 • 1,01 = 0,767 %

BaO = 0,08 ? 1,01 = 0,08

Важливішим показником керамічного черепка є температурний коефіцієнт лінійного розширення, ТКЛР. Він залежить від структури, фазового складу, температури випалу та значною мірою визначає термостійкість виробів. Порівняння ТКЛР дозволяє прогнозувати їх погодженість, та знизити можливі дефекти [4].

Розрахунок ТКЛР () можна виконати за методом Вінкельмана-Шотта, який заснований на адитивній залежності температурного коефіцієнту лінійного розширення від оксидного складу керамічної маси:

=Pi • Xi (2)

де Pi - вміст оксидів в масі, мас %;

Xi - емпіричні числові фактори, що характеризують розширення оксидів.

Для керамічної маси, отримуємо:

бм = (74,4 · 0,027 + 17,31 · 0,167 + 0,79· 0,137 + 0,98 · 0,137 + 1,34 ·0,167 +0,1 · 0,003 + 1,54 · 0,283 + 2,62 · 0,333) · 10-6 = 6,673 · 10-6 град-1.

За літературними данними, ТКЛР повинен знаходитись у межах ( 6,5 - 7,5) · 10-6 град-1, отже вказана маса відповідає зазначеним умовам і можє бути використана для випуску облицювальних плиток.

Размещено на Allbest.ru