Файл: Справочник понаилучшим доступным технологиям и т с 4 2 0 1 5.pdf

92
На участке формования (литья) обеспечивают стабильные температурно- влажностные условия, во многом определяющие продолжительность каждой стадии формования и качество продукта. После формования полуфабрикат извлекают из формы и отправляют на операцию оправки. В среднем в каждой форме стенда осу- ществляют формование 1–2 полуфабрикатов в сутки.
Для формования используют рабочие гипсовые формы, изготовленные на гип- сомодельном участке производства способом литья в специальные капы (матрицы).
Капы производят из гипсоцементного раствора или синтетических смол, более прочных и обеспечивающих лучшее качество поверхности. Гипсовые формы, вышедшие из упо- требления, утилизируют за пределами производства, например, на производствах це- мента.
Более прогрессивным и получающим все большее внедрение способом формо- вания СТИ служит высокопроизводительное шликерное литье под давлением в поли- мерные формы. Этот способ реализуется на автоматизированных прессах и стендах, на которых предварительно подогретый до 40 °C — 45 °C шликер подается под давле- нием 6–15 бар в пористые полимерные формы.
Процесс литья на таких установках включает в себя сборку формы, заливку шли- кера в форму под давлением, выдержку, сбор давления, разборку формы, извлечение полуфабриката и очистку формы. Весь процесс формования в автоматизированном прессе или стенде литья под давлением занимает 15–30 мин, что многократно превы- шает производительность процесса традиционного литья. Существуют также установки для литья под средним давлением (2–4 бар), использующие специальные гипсовые формы.
Преимуществом шликерного литья под давлением в полимерные формы явля- ется высокая производительность, точность размеров полуфабриката, хорошее каче- ство поверхности полуфабриката, длительный срок службы форм. Недостатком литья под давлением является высокая стоимость оборудования и форм, оправданная при большой производительности участка формования.
2.5.4
Оправка и подвялка полуфабриката
После извлечения из форм полуфабрикаты дополнительно обрабатывают
(оправляют), зачищая швы, заделывают технологические отверстия и трещины, проре- зают монтажные отверстия.

93
Перед сушкой полуфабрикаты подвяливают в течение 24–48 ч, выдерживая в условиях цеха (влажность 45 % — 55 %, температура 25 °C — 35 °C), после чего от- правляют на сушку.
2.5.5
Сушка
Сушку полуфабриката проводят в камерных или туннельных сушилках при тем- пературе 60 °C — 90 °C до влажности 1 %. Продолжительность сушки составляет от 6 до 20 ч. Для перемещения полуфабриката используют специальные тележки, на кото- рых изделия устанавливают в один или несколько ярусов или конвейеры. Сушка осу- ществляется конвекцией теплоносителя (подогретого воздуха), нагнетаемого вентиля- торами в пространство сушилки. Потоки воздуха распределяют по поперечному и про- дольному сечениям сушилки, обеспечивая равномерный и постоянный съем влаги с поверхности полуфабриката.
После сушки полуфабрикат очищают от пыли, обдувая сжатым воздухом, смачи- вают поверхность проблемных мест полуфабриката керосином (керосиновый контроль) и подвергают визуальному осмотру на предмет обнаружения посечек и трещин.
2.5.6
Глазурование
Глазурование СТИ осуществляют способом распыления и полива как вручную, так и с использованием глазуровочных конвейеров и глазуровочных роботов.
Для некоторых изделий способы глазурования комбинируют (полив и распыле- ние), добиваясь равномерного покрытия слоем глазури толщиной до 1 мм лицевых ра- бочих поверхностей.
После глазурования полуфабрикаты зачищают и отправляют к печам для обжи- га, где устанавливают на обжиговые вагонетки. Перед обжигом глазурованные полу- фабрикаты выдерживают 6–8 ч для подсушки нанесенного слоя глазури.
2.5.7
Обжиг
Обжиг СТИ проводят в туннельных, реже в камерных, печах при температурах
1200
°C — 1250 °C. Продолжительность обжига составляет от 12 до 20 ч.
Для реставрации («лечки») изделий с незначительными дефектами глазурного слоя, обнаруженными после обжига, проводят повторный обжиг в камерных печах при температурах 1050 °C — 1200 °C. Для реставрации дефектов изделий на проблемные места наносят глазурные препараты или изделия покрывают цветными глазурями со

94 специальными эффектами. В некоторых случаях используют «холодную лечку» устра- няя дефекты полимерными составами.
Для декорирования изделий иногда применяют деколи, которые наносят на гла- зурованные изделия, прошедшие обжиг, затем проводят повторный обжиг.
2.5.8
Сортировка и упаковка изделий
Прошедшие обжиг изделия сортируют, проводят функциональные испытания.
Бракованные изделия, не подлежащие реставрации, отправляют в бой для дальней- шей переработки и использования в составе шликера.
Для улучшения качества изделий монтажные поверхности изделий могут под- вергать шлифованию.
Годные изделия упаковывают в специальную гофротару, комплектуя необходи- мой арматурой.
До отгрузки потребителю упакованные СТИ хранят на специализированных складах.
2.5.9
Меры по сокращению воздействия на окружающую среду и
повышению ресурсоэффективности производства
Основными решениями, направленными на сокращение негативного воздей- ствия на окружающую среду и повышение ресурсоэффективности производства сани- тарно-технических изделий, являются:
- оптимизация состава сырья с целью уменьшения температуры обжига и сокра- щения его цикла;
- интерактивное компьютерное управление режимом обжига с целью снижения затрат энергии при обжиге;
- замена туннельных печей роликовыми, с укороченным циклом обжига и мень- шим соотношением массы огнеприпаса к массе обжигаемых изделий [31];
- автоматизация сушилок с целью непрерывного контроля температуры и влаж- ности;
- обеспечение эффективного пылеулавливания с применением рукавных филь- тров или циклонов;
- установка систем сбора отходов глазури в местах их образования;
- повторное использование шлама в составе шликера;
- организация водооборота;

95
- использование пластиковых форм (капов) взамен гипсовых (гипсо-цементных) с целью увеличения срока службы и улучшения качества полуфабрикатов;
- использование «холодных» способов реставрации изделий с дефектами по- верхности;
- снижение уровня шума и вибрации путем улучшения изоляции источников, а также улучшение (если необходимо) звукоизоляции производственных зданий.
2.6
Керамика хозяйственно-бытового назначения
Данный раздел подготовлен российскими практиками с использованием отече- ственных и зарубежных источников информации, основными из которых являются учебник по химической технологии керамики [84], справочник ЕС [80] и энциклопедия керамики [91].
Для изготовления керамических изделий хозяйственно-бытового назначения применяют широкий спектр материалов: твердый фарфор, мягкий (в том числе костя- ной) фарфор, фаянс, майолику и пр. Технологические схемы (технологические переде- лы) производства изделий их этих материалов достаточно близки. Различия состоят в используемых сырьевых компонентах, их соотношении, температурах обжига и прие- мах декорирования.
Технология керамических изделий хозяйственно-бытового назначения включает в себя следующие переделы:
- хранение сырьевых материалов;
- подготовка формовочной массы;
- формование;
- сушка;
- первый (утельный) обжиг;
- глазурование;
- второй (политой) обжиг;
- контроль;
- декорирование
- третий (декорирующий) обжиг;
- контроль, сортировка и упаковка.

96
2.6.1
Хранение сырьевых материалов
Для производства посуды и художественно-декоративных изделий применяют глины, каолины, кварц (кварцевый песок), полевые шпаты и породы, их содержащие
(пегматит), а также карбонатные породы (доломит, мел, известняк), тальк и другие до- бавки.
Ориентировочные составы массы и глазури указаны в таблице 2.6. Большой разброс в содержании компонентов сырья объясняется разнообразием рецептуры для производства посуды: наряду с фарфоровой посудой (для которой характерно соотно- шение глинистых и каменистых компонентов примерно равное 1 : 1), получившей наибольшее распространение, выпускают посуду из майолики, фаянса (с преоблада- нием глинистого сырья) и каменной керамики (в которой может отсутствовать глини- стый компонент).
Таблица 2.6 — Ориентировочные составы некоторых масс для производства посуды
Наименование сырья
Содержание, мас. %
Твердый фарфор
Костяной фарфор
Твердый фаянс
Майолика
Каменная керамика
Каолины
50
–55 25
–40 25
–50 0
–25 0
–50
Глины
0
–25
—
15
–40 25
–40 0
–50
Полевошпатное сы- рье
15
–30 25
–30 3
–8 0
–15 5
–30
Кварцевый песок
10
–35
—
30
–50 30
–40 20
–70
Карбонатное сырье
—
—
—
0
–35
—
Другие добавки
—
25
–50 *
0
–35
—
—
*
В костяном фарфоре в качестве плавня используется костяная зола.
Типовая технологическая схема производства фарфоровых изделий представ- лена на рисунке 2.10.

97
Рисунок 2.10 — Технологическая схема производства фарфоровых изделий хозяйственно-бытового назначения
В качестве примера производства керамической посуды рассмотрена технология фарфоровых изделий как наиболее полно включающая в себя характерные технологи- ческие переделы, в той или иной степени используемые и в технологии разнообразных керамических изделий хозяйственно-бытового назначения.

98
Сырьевые материалы поступают на склад в насыпном (глина, кварцевый песок) или упакованном (каолин, полевой шпат) виде и хранятся в отдельных отсеках закры- того склада при поддержании стабильных условий влажности и температуры.
2.6.2
Подготовка формовочной массы
Керамические изделия хозяйственно-бытового назначения формуют пластичным формованием (раскаткой пласта) и методом шликерного литья в гипсовые формы. Для подготовки шликера глинистые материалы (глины, каолины) при необходимости пред- варительно измельчают в глинорезках и распускают в бассейнах с пропеллерными мешалками.
Каменистые компоненты массы (кварцевый песок, полевошпатные материалы и др.) подвергают дроблению в щековых дробилках и бегунах и тонкому помолу в ша- ровых мельницах. Полученный шликер процеживают через вибросита, подвергают магнитной сепарации и хранят при перемешивании в расходных бассейнах.
Для эффективного разжижения глинистого шликера используют электролиты
(силикаты и карбонаты натрия, натриевые соли карбоновых кислот и др.), которые до- бавляют непосредственно при роспуске глинистых.
Компоненты глазури подвергают длительному помолу в шаровых мельницах, процеживанию и магнитной сепарации. Для получения глазурного шликера также ис- пользуют электролиты.
Отходы массы, образуемые при производстве фарфора (избыток шликера из форм, брак сушки, отходы оправки) возвращают в производство по отдельной техноло- гической нитке, используя роспуск, фильтр-прессование.
Особое внимание при производстве фарфоровой посуды уделяют качеству воды
(содержанию в ней растворимых примесей), для эффективности процесса шликерного литья воду могут подвергать предварительной очистке, например, в установках обрат- ного осмоса.
После роспуска в воде глинистых материалов (глин и каолинов) их смешивают с тонкоизмельченным (мокрый помол в шаровых мельницах) каменистым кварц- полевошпатным сырьем. Для удаления примесей железа шликер подвергают электро- магнитой сепарации.
Полученную жидкую массу влажностью 55 % – 60 %, а иногда и до 65 %, частич- но обезвоживают на фильтр-прессах до влажности 22 % — 27 %. Отжатую на фильтр- прессах массу подвергают гомогенизации и вакуумированию. После вылеживания она готова к пластичному формованию.

99
При подготовке шликера для формования методом литья в гипсовые формы по- лученную на фильтр-прессах массу вновь распускают в мешалках, доводя влажность до оптимальных для получения требуемой текучести значений (29 % — 33 %).
Пластичное формование. Для формования плоской и некоторых видов полой посуды (тарелок, блюдец, пиал и т. п.), имеющих примитивную форму тел вращения, используют раскатку пластичного пласта влажностью 23 % — 25 % на гипсовых или пластмассовых формах с помощью формующих роликов или шаблонов (см. 2.1.3.4.2).
Шликерное литье. Этот способ применяют в производстве в основном полых несимметричных и (или) тонкостенных, а также декоративных изделий сложной формы.
Суть метода состоит в том, что шликер заливают в пористую форму, обычно изготав- ливаемую из гипса. За счет капиллярного всасывания на внутренней поверхности формы происходит удаление воды из шликера и образование плотной отливки. При достижении необходимой толщины стенки шликер сливают и образовавшуюся в форме заготовку выдерживают до набора прочности, необходимой для ее извлечения из формы. Такой способ шликерного литья называют сливным и используют для формо- вания тонкостенных изделий. При наливном способе, используемом для формования толстостенных изделий, масса набирается в полости между двумя стенками полости гипсовой формы и заполняет ее полностью (см. 2.1.3.4.3).
Успешно внедряется на отечественных предприятиях формование посуды спо- собами шликерного литья под давлением в полимерные формы и изостатического прессования (см. 2.1.3.4.1).
После формования полуфабрикаты подвяливают и проводят оправку. К чашкам и чайникам приставляют (приклеивают шликером) заранее отформованные пристав- ные детали (ручки и носики).
2.6.3
Сушка
Сушку отформованных изделий обычно проводят конвективным способом в вер- тикальных или горизонтальных конвейерных, а также в карусельных сушилах по режи- мам, установленным для каждого типа продукции в зависимости от массы и толщины стенки. Длительность сушки при этом определяется временем, необходимым для до- стижения необходимой влажности (1 % — 2 %).

100
2.6.4
Первый (утельный) обжиг
Назначение первого обжига — упрочить полуфабрикат, поскольку относительно тонкий черепок необожженных изделий при последующем глазуровании размокает и деформируется под собственным весом.
Обычно утельный обжиг проводят при температурах 900 °C — 1100 °C (за ис- ключением обжига фаянса, для которого температура первого обжига может достигать
1280
°C) в камерных печах периодического действия или в туннельных печах непре- рывного действия.
По мере повышения температуры из материала испаряется остаточная (формо- вочная) и гигроскопическая влага, удаляется кристаллическая вода из структуры гли- нистых минералов, происходит выгорание органических примесей, содержавшихся в минеральном сырье. Таким образом, фарфоровая масса в результате первого обжига уже не может вновь стать пластичной под воздействием воды.
2.6.5
Глазурование
Обычно глазурование посуды проводят методом окунания. При этом суспензия глазури равномерно покрывает изделие за счет того, что вода впитывается в пористый черепок, и на его поверхности остается тонкий слой твердых компонентов глазури.
Толщина слоя регулируется длительностью погружения в суспензию глазури.
На этом же этапе происходит выбраковка изделий с дефектами от первого обжи- га.
После глазурования полуфабрикаты в специальных огнеупорных капселях уста- навливают на обжиговые вагонетки.
2.6.6
Второй (политой) обжиг
Назначение второго обжига фарфоровых изделий — спекание керамики до плотного состояния, а также расплавление и растекание расплава глазури по поверх- ности изделия. Для фаянса спекание завершается в процессе утельного обжига и, как для майолики, значительно упрочняет изделие, но не устраняет пористость.
В зависимости от минерального состава фарфоровой массы температура поли- того обжига твердого фарфора составляет 1360 °C — 1430 °C, для других разновидно- стей хозяйственно-бытовой керамики температура этого обжига составляет от 950 °C до 1250 °C.

101
После политого обжига посуда приобретает весь комплекс технических свойств: постоянство размеров, прочность, твердость, химическую и термическую стойкость и ряд декоративных свойств, например таких как белизна и просвечиваемость.
2.6.7
Сортировка
На этом этапе происходит контроль дефектов изделий после политого обжига, их сортировка по наличию и количеству допустимых дефектов, а также комплектация сер- визов/наборов по белизне.
2.6.8
Декорирование
Декорирование — завершающий этап формирования потребительских свойств изделий хозяйственно-бытового назначения. Техника, применяемая для декорирова- ния, весьма разнообразна: аэрография, штамп, офсетная печать, деколь, отводка, руч- ная роспись и пр., а также их комбинации. Основная особенность декорирования кера- мической посуды состоит в использовании специальных «керамических» красок, кото- рые обычно состоят из тугоплавких пигментов (15–20 масс. %) и флюсов. Пигменты представлены чаще оксидами или соединениями на их основе, а также другими туго- плавкими соединениями металлов, образующими в результате термообработки хими- чески стойкие окрашенные соединения с флюсом, глазурью или черепком фарфорово- го изделия.
Также для декорирования используют люстры — тонкие, с эффектом перламут- рового блеска пленки оксидов и металлов, образующиеся в результате декорирующего обжига из растворов органических соединений металлов (Mn, Co, Cr, Fe и др., в том числе благородных) в эфирных маслах и органических растворителях.
2.6.9
Третий (декорирующий) обжиг
Назначение декорирующего обжига — закрепление декора на поверхности гла- зури (или в ее объеме). Обжиг проводят при температуре 720 °C — 880 °C. В ряде слу- чаев, например при многоцветном декоре, возможно неоднократное повторение «тре- тьего обжига», в зависимости от температуры плавления флюсов и стойкости пигмен- тов керамических красок различных цветов.

102
2.6.10
Контроль и упаковка
После выходного контроля и комплектации сервизов (наборов) продукцию упако- вывают и отправляют потребителю или в сбытовые структуры предприятия.
2.6.11
Меры по сокращению воздействия на окружающую среду и
повышению ресурсоэффективности производства
Основными мерами по сокращению воздействия на окружающую среду и повы- шению ресурсоэффективности производства посуды и художественно-декоративных изделий являются:
- оптимизация состава сырья с целью уменьшения температуры обжига и сокра- щения его цикла;
- утилизация тепла отходящих газов;
- автоматизация сушилок с целью непрерывного контроля температуры и влаж- ности;
- использование скоростных циклов обжига в роликовых печах;
- использование пластмассовых форм взамен гипсовых с целью сокращения твердых отходов;
- повышение эффективности системы пылеулавливания с применением рукав- ных фильтров;
- установка систем сбора отходов глазури в местах их образования;
- повторное использование шлама в составе шликера;
- организация водооборота.
2.7
Техническая керамика (изоляторы)
Данный раздел подготовлен специалистами в химической технологии керамики с использованием отечественных и зарубежных источников информации, основными из которых являются учебник по химической технологии керамики [84], справочник ЕС [80] и энциклопедия [91].
Универсальной технологической схемы для производства изделий технической керамики (ТК) не существует, поскольку для каждого из материалов используют спе- цифическое сырье, требующее своих способов подготовки и формования. Сырье для получения ТК — во многих случаях материалы искусственного происхождения. Для по- лучения требуемых свойств изделий применяют наиболее эффективные и дорогие