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

103 способы формования и спекания, такие как горячее прессование, горячее изостатиче- ское прессование, импульсное спекание и др.
Наряду с ТК на основе искусственного сырья достаточно широко используют ке- рамические материалы, полученные из традиционного, в том числе глинистого, сырья.
В качестве примера производства ТК рассмотрена технология фарфоровых электро- изоляторов.
2.7.1
Технология производства фарфоровых изоляторов
Технология производства фарфоровых электроизоляторов включает в себя сле- дующие переделы:
- хранение сырьевых материалов;
- подготовка формовочной массы;
- формование;
- сушка;
- глазурование;
- обжиг;
- контроль;
- сборка.
Общая технологическая схема представлена на рисунке 2.11 так как для произ- водства фарфоровых изоляторов используют типовое сырье для производства фар- фора (пластичные и отощающие компоненты), схема подобна технологическим схемам производства фарфоровой посуды и санитарно-технических изделий.

104
Рисунок 2.11 — Технологическая схема производства фарфоровых электроизоляторов
2.7.1.1
Хранение сырьевых материалов
Сырьем для производства фарфоровых электроизоляторов служат каолины, ог- неупорные глины, кварцевый песок и полевошпатовые материалы (полевые шпаты, пегматиты). Для повышения электроизоляционных свойств в состав сырья нередко вводят глинозем. Типичные составы массы приведены в таблице 2.7.

105
Таблица 2.7 — Примерный состав массы и глазурей для производства электрофарфоровых изоляторов
Компонент сырья
Влажность, %
Содержание, % в массе в глазури
Каолин
3
–5 20
–30 3
–5
Глина
15
–17 15
–20 5
Полевошпатное сырье
1 35
–40 13
–25
Кварцевый песок
1 10
–15 30
–35
Карбонатное сырье
15
—
3
–10
Другие добавки
—
До 5
До 15
Бой изделий
—
5
–10 20
–30
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.
2.7.1.2
Подготовка формовочной массы
Заготовки (полуфабрикат) фарфоровых изоляторов формуют способами пласти- ческого формования (протяжкой, штамповкой) и изостатического прессования, для чего шликерным (мокрым) способом готовят пластическую массу и пресс-порошок. После роспуска в воде глинистых материалов (глин и каолинов) их смешивают с тонкоиз- мельченным (мокрый помол в шаровых мельницах в течение 6–8 ч) каменистым поле- вошпатным сырьем. Для избавления от электропроводных примесей железа шликер подвергают электромагнитой сепарации.
Тщательно перемешанный шликер обезвоживают до влажности 19 % — 23 % (на фильтр-прессах) и до влажности до 4 % — 6 % (в башенных распылительных сушил- ках). Для различных способов формования изделий полученную массу могут подсуши- вать (подвяливять) до влажности 17 % — 21 %, а пресс-порошок подсушивать до влажности 1 % — 4 % или, напротив, увлажнять до влажности 12 % — 14 %.
2.7.1.3
Формование
Несмотря на одинаковый состав массы, разнообразие видов и форм электроизо- ляторов определяет разнообразие способов их формования, что характерно для изде- лий технической керамики. Изоляторы формуют способами обточки на многорезцовых

106 токарных станках трубчатых заготовок пластичных масс, подвяленных до влажности
17 %
— 19 %, способами штамповки в металлических формах пластичных заготовок с влажностью 19 % — 23 %, раскаткой шаблонами пластов влажностью 22 % — 23 % с последующей склейкой полученных деталей, прессованием порошков влажностью
12 %
— 14 %, изостатическим прессованием пресс-порошков с влажностью 1 % — 4 %.
Некоторые типы изоляторов могут быть отформованы на высокопроизводитель- ных автоматизированных роторных линиях, на которых обточка заготовок осуществля- ется одновременно несколькими вращающимися резцами.
После пластического формования полуфабрикаты подвяливают до влажности
17 %
— 18 % в условиях цеха и затем обтачивают на токарных станках. После прессо- вания полуфабрикаты оправляют (зачищают). Полученные заготовки отправляют на сушку.
2.7.1.4
Сушка
Сушку полуфабрикатов обычно проводят конвективным способом в туннельных или камерных сушилках по режимам, соответствующим габаритам и особенностям формы конкретных видов изоляторов. Полуфабрикаты крупногабаритных изоляторов сушат в камерных сушилках.
Температура теплоносителя (подогретого воздуха) для сушилок конвективного типа составляет от 40 °C до 120 °C в зависимости от вида изолятора и стадии сушки.
Длительность сушки определяется периодом времени, необходимым для достижения влажности 1 % (для малогабаритных изделий допустима влажность 2 %).
Крупногабаритные полуфабрикаты могут подвергать радиационно-конвективной сушке в камерных сушилках или сушке переменными токами, в том числе сушкой тока- ми высокой частоты.
2.7.1.5
Глазурование
Глазурование проводят способом окунания, реже — распыления.
После глазурования полуфабрикаты зачищают и устанавливают на обжиговые вагонетки. Крупногабаритные глазурованные полуфабрикаты дополнительно подсуши- вают непосредственно перед обжиговой печью.

107
2.7.1.6
Обжиг
Обжиг фарфоровых изоляторов проводят в туннельных или камерных печах при температурах 1300 °C или 1430 °C. Продолжительность обжига составляет от 30 до
80 ч в зависимости от вида изоляторов.
2.7.1.7
Контроль и сборка фарфоровых изоляторов
После обжига изоляторы повергают контролю с целью проверки физико- химических и прежде всего электрофизических характеристик.
Прошедшие контроль изоляторы подвергают после обжиговой обработки (шли- фовки торцевых поверхностей) и сборки с установкой металлической арматуры.
Бракованные изоляторы разбивают и дробят до крупности кусков, необходимых для помола, в шаровой мельнице. Измельченный бой используют при приготовлении глазури и фарфоровой массы.
2.7.2
Особенности производства изделий из технической керамики
Особенности технологий изделий ТК заключаются в разнообразии сырьевых ма- териалов и способов их подготовки и обработки. Много видов ТК производится из спе- циально получаемых искусственных видов сырьевых материалов. Для их спекания требуется применение ультрадисперсных порошков, особых способов обжига, а изго- тавливаемые детали столь разнообразны по своим габаритам и форме, что охватыва- ют весь диапазон способов формования керамических изделий. В отличие от изделий строительной и хозяйственно-бытовой керамики изделия ТК — детали, практически всегда требующие дополнительной обработки: шлифовки, полировки, нанесения по- крытий и т. д. Ниже представлены некоторые подробности технологии ТК.
2.7.3
Сырьевые материалы
Компонентами сырьевых смесей для получения ТК служат природные минералы
(минералы глин, кварц, тальк, магнезит и др.), материалы, полученные переработкой природных минералов и руд (оксиды алюминия, кальция, бария, титана и др.), и специ- ально синтезированные вещества (карбиды, нитриды, силициды и др.). Технология ТК может включать в себя стадии производства основных сырьевых компонентов, напри- мер стадию высокотемпературного синтеза силикатов или титанатов.
Требования к чистоте и дисперсности сырья для производства ТК обычно выше, чем для других видов керамических материалов. В ряде случаев для производства из-

108 делий ТК используют ультрадисперсные (нано-) порошки, получаемые химическими способами, в том числе из газовой фазы.
2.7.4
Подготовка формовочной смеси
В технологии ТК используют все виды формовочных смесей — пресс-порошки, пластичные массы, шликеры. В отличие от традиционных видов керамики нередко ис- пользуют грануляты из ультрадисперсных порошков, комплексные полимерные связки, в качестве дисперсионной среды для шликеров — органические растворители. Количе- ство компонентов сырьевых смесей для производства ТК может достигать 8–10, одно- родное распределение дисперсных компонентов, выступающих в роли добавок, вво- димых в малых количествах, представляет собой сложную задачу и достигается много- ступенчатым смешиванием, использованием растворов.
2.7.5
Формование
В технологии ТК применяют как традиционные, так и редко используемые в дру- гих областях способы формования: горячее (инжекционное) литье из термопластичных шликеров, пленочное литье шликеров на термопластичной связке, изостатическое прессование.
Пресс-порошки в зависимости от содержания временной технологической связки формуют сухим одноосным или изостатическим прессованием (1 % — 4 % связки), по- лусухим одноосным прессованием (6 % — 8 %). В зависимости от пресс-порошка и формы изделия используют пневматические, гидравлические и механические прессы и гидростаты. Способами сухого и полусухого прессования формуют изделия простой формы, изостатическим прессованием — сложной формы.
Пластическую массу формуют способом протяжки (экструзии) через мундштуки шнековых и поршневых прессов при содержании связки от 15 % до 25 %. Таким спосо- бом формуют обычно удлиненные изделия постоянного сечения.
Для горячего шликерного литья на основе расплавов полимеров применяют по- рошки, высушенные до 0,1 % остаточной влажности, и комплексные связки из несколь- ких полимеров (низкотемпературных полимеров — воска, парафина или высокотемпе- ратурных полимеров — полиэтилена, полистирола и др.) и поверхностно-активных ве- ществ. Количество связки обычно составляет от 8 % до 12 %.
Шликеры на основе низкотемпературных термопластов формуют на литьевых машинах при температурах 70 °C — 100 °C, шликеры с высокотемпературными поли-

109 мерными связками — на литейных машинах шнекового или поршневого типов при тем- пературах 150 °C — 200 °C.
Способами горячего литья формуют малогабаритные изделия сложной формы.
Пленочное литье из термопластичных шликеров применяют для получения мно- гослойных пластин изоляторов полупроводниковых приборов.
Традиционное шликерное литье из водных шликеров влажностью 28 % — 35 % используют для формования тонкостенных полых изделий.
2.7.6
Удаление временной технологической связки
Особенностью этой стадии в технологиях многих видов ТК является удаление
(выжигание) полимерной технологической связки, которое проводят в особых условиях
(в тонкодисперсной засыпке) по длительному режиму нагрева. Использование особых режимов термического удаления полимерных связок особенно характерно для техно- логий изделий сложной формы, формуемых способами горячего шликерного литья
(парафинового литья) и инжекционного формования. Полученные после выжига полу- фабрикаты имеют небольшую прочность и требуют аккуратного обращения. Стадию удаления связки совмещают с предварительным или окончательным обжигом изделия.
2.7.7
Обжиг
Обжиг изделий ТК проводят в основном в высокотемпературных газовых камер- ных печах (горнах) или камерных печах электросопротивления. Для продукции массо- вого спроса используют высокопроизводительные туннельные печи, в том числе печи электросопротивления, работающие в инертной среде или в среде азота.
Для обжига некоторых видов ТК используют высокотемпературные вакуумные печи электросопротивления с графитовыми или вольфрамовыми нагревателями, рабо- тающие в инертной среде или в среде азота.
Плотные изделия ТК получают способом горячего прессования в графитовых формах при температурах 1200 °C — 1800 °C и давлениях 100–200 МПа.
Для получения ряда изделий сложной формы используют горячее изостатиче- ское прессование в газостатах, реализуя спекание в условиях высоких температур (до
2000
°C) и давлений (до 200 МПа).
2.7.8
Дополнительная обработка
Для технологии ТК характерно широкое использование как механической обра- ботки изделий (шлифовки, полировки, резки), так и нанесения различного рода покры-

110 тий. К последним относятся не только защитные ангобы и глазури, но металлизация и припои.
2.7.9
Меры по сокращению воздействия на окружающую среду и
повышению ресурсоэффективности производства
Мерами по сокращению воздействия на окружающую среду и повышению ресур- соэффективности производства изделий технической керамики являются:
- оптимизация состава сырья с целью уменьшения температуры обжига и сокра- щения его цикла;
- использование по возможности сухого способа подготовки сырья;
- использование пластиковых и металлических форм взамен гипсовых;
- организация водооборота;
- интерактивное компьютерное управление режимом обжига с целью снижения затрат энергии при обжиге;
- снижение уровня шума и вибрации путем улучшения изоляции источников, а также улучшение (если необходимо) звукоизоляции производственных зданий.

111 ставлены в таблице 3.1. Ориентировочные показатели удельного энергопотребления приведены в соответствии с [80] (см. таблицу 3.2), а также с учетом результатов отече- ственных исследований [15]; оценка объемов выпускаемой продукции проведена на основе доступных материалов маркетинговых исследований (подробнее см. раздел 1).
Таблица 3.1 — Примерное потребление энергии в основных подотраслях производства керамических изделий
Изделие
Годовой выпуск (2013 год)
Удельное энергопо- требление,
ГДж/т (в среднем)
Суммарное потребление энергии в подотрасли,
ГДж/год
Доля подот- расли в суммарном энергопо- треблении отрасли, % единиц тонн
1
Кирпич, шт.
7,01
· 10 9
17,5
· 10 6
2,6 45,5
· 10 6
52,8 2
Плитка, кв. м
171,2
· 10 6
3,42
· 10 6
6,5 22,3
· 10 6
25,9 3
Огнеупоры
—
2
· 10 6
5,6 11,2
· 10 6
13,0 4
Посуда, изделий
—
83
· 10 3
50 4,2
· 10 6
4,9 5
Сантехника, изде- лий
13
· 10 6
0,13
· 10 6
22 2,9
· 10 6
3,4
Таблица 3.2 — Удельное потребление энергии в производстве керамических изделий в государствах — членах ЕС
Продукция
Удельное потребление энергии в производстве, ГДж/т
1980 год
1985 год
1990 год
1995 год
2000 год
2003 год
Кирпич и черепица
2,65 2,45 2,19 2,06 2,38 2,31
Облицовочная и напольная плитка
11,78 9,16 6,76 5,45 5,74 5,60 *
Огнеупоры
4,88 4,96 6,51 4,91 5,41 5,57
Санитарно- технические изделия
26,56 24,21 22,57 22,76 20,88 21,87
Посуда и декоратив- ные изделия
—
—
47,56 38,91 43,46 45,18
Техническая керамика
—
—
—
—
34,72 50,39
*
Затраты энергии на сушку и обжиг.