книги / Технология строительной керамики

(при КТР глазури большем КТР черепка) превышает ее прочность, она может растрескаться (цек). Если глазурный слой окажется сжатым (при КТР глазури значительно меньше КТР черепка), глазурь отслаи­ вается от поверхности изделия. Обычно стремятся немного уменьшить КТР глазури по сравнению с КТР черепка, что приводит к повышению прочности изделия при охлаждении вследствие развития тангенциаль­ ных сжимающих напряжений. Съем плиток с 1 м3 туннельной печи в месяц составляет 600—900 м2. Расход условного топлива 10—18 кг на 1 м2 плитки.

Однократный обжиг имеет свои особенности, так как процессы формирования черепка плитки и закрепления глазури совмещаются.

Составы масс при однократном обжиге корректируются в сторону повышения прочности плитки после сушки и водоустойчивости (уве­ личивается содержание обожженого каолина с 9 до 26% и др.). Тол­ щина плитки увеличивается до 5—5,5 мм.

При однократном обжиге в туннельных печах плитки забирают в капсели на восьмигнездных гребенках по 32 шт. в каждый, вместо 40 шт. при двукратном обжиге, что снижает такой вид брака, как «следы гребенок». При заборке плиток используют гребенки двух типов: нижние — с тупым низким зубом и верхние — с острым более высоким зубом. Шаг гребенок увеличен, что устраняет повреждение глазурного слоя. Количество капселей на вагонетке — 88. Равномер­ ность температурного поля в печах достигается за счет использования импульсных горелок с большой скоростью (до 300 м/с) поступления газов, установленных не только в зоне обжига, но и в зоне подготовки. Быстрое снижение температуры в начале зоны охлаждения достигается вдуванием воздуха в канал печи. В начале и в конце печи вместо жалюзей и дверей создаются воздушные завесы.

Температура обжига 1140— 1160° С. Цикл толкания вагонеток 40 мин, продолжительность обжига до 29 ч.

Конечная температура при однократном обжиге на 40—60° С выше, чем при двукратном. Длительность выдержки при конечной темпе­ ратуре обжига от 5 до 20 мин (в зависимости от свойств глазури).

Разработан и осваивается (ЧССР) новый вариант скоростного од­ нократного обжига, заключающийся в том, что плитки, обжигаемые однорядно, по достижении температуры утельного обжига на короткое время выходят из печи и опыливаются фриттованной сухой глазурью. Затем плитки проходят через печь политого обжига длиной 9 м, где завершается их обжиг и охлаждение. Время обжига от 15 до 30 мин.

Скоростной обжиг плиток осуществляется в щелевых одно- и мно­ гоканальных печах.

Вследствие кратковременного воздействия тепловой обработки реакции, обеспечивающие формирование черепка плитки, сдвигаются в область более высоких температур. Процессы кристаллизации и стеклообразования, а также формирования пор замедляются, что ска­ зывается на свойствах плиток (водопоглощение и коэффициент терми­ ческого расширения).

При скоростном обжиге плиток (до 60 мин), характеризующемся резким подъемом температуры, плитки могут взрываться в связи

■с быстрым удалением влаги. Удаление адсорбционной воды зависит от плотности структуры, пористости, толщины плитки, скорости на­ грева и скорости циркуляции воздуха. За несколько минут удаляется значительное количество паров воды (образец массой 250 г с влажнос­ тью 1% выделяет более 70 см3 паров воды). Этот процесс аналогичен процессу удаления химически связанной воды (450—750° С), только •протекает более интенсивно. Вследствие удаления всех видов влаги плотность пара, удаляемого каждым квадратным сантиметром по­ верхности, до 1,2 см3.

Массы для скоростного обжига должны иметь минимальную усадку, а влажность плиток, поступающих в обжиг, не должна превышать 0,3—0,5%.

Начальная температура в печи может быть 400—500° С. Для полу­ чения одинаковой температуры на поверхности и в средине плиток и снижения возникающих напряжений до минимума скорость на­ грева поверхности и подвод на единицу поверхности в единицу времени должны быть обратно пропорциональны толщине плитки, так как в плитке толщиной 6 мм температура 1000° С выравнивается между поверхностью и срединой за 52 с.

Увеличение длительности нагрева в интервале 800—900° С исклю­ чает отслоение глазури (в момент удаления гидратной влаги) и спо­ собствует равномерному покрытию плитки глазурью.

При скоростном обжиге тонкость помола сырьевых материалов иг­ рает большую роль. Высокое содержание тонких фракций способству­ ет большой скорости протекания реакций взаимодействия и разложения карбонатов, сульфатов, выгоранию органических примесей, что свя­ зано с опасностью образования дефектов плиток.

Для одно- и двукратного скоростного обжига плиток используют щелевые многоканальные туннельные печи с газовым, жидкостным или электрическим отоплением. Печи отличаются друг от друга как чис­ лом каналов, так и видами транспортных средств.

В печи со скользящими плитами изделия ставятся на плиты, ко­ торые одна за другой проталкиваются через печь. Изделия в ролико­ вой печи становятся на легкие поддерживающие плитки, которые движутся через печь по роликам. Печь с воздушной подушкой подобна печи со скользящими плитами, с той разницей, что плиты, несущие изделия, поддерживаются и проталкиваются очень тонкой воздушной подушкой (до 10 мм). Печь со скользящимися по рельсам тележками

подобна туннельной, но тележки не имеют колес. Они оборудованы салазками, на которых по рельсам скользят вдоль печи. Печь с ро­ ликовыми цепями также подобна туннельной. Обжиговая платформа помещается на роликовых цепях, которые двигаются через печь по рельсам. «Мини»-печь, или плоская щелевая туннельная печь,— это обычная туннельная печь с небольшим поперечным сечением, через которую проходят легкие печные тележки. Непосредственно на под вагонеток или на легкий каркас-решетку из жаропрочной стали укла­ дывают плитки.

Впечи с шагающим подом плитки перемещаются в результате воз­ вратно-поступательного движения балок, образующих под печи.

Впечи с сетчатой лентой снаружи с обеих сторон смонтированы барабаны. Они протягивают через печь конвейер из проволочной сет­ ки, на которую непосредственно ставятся изделия. Перепад темпе­ ратур в щелевых печах не превышает 5° С.

Поточно-автоматизированная конвейерная линия производства пли­ ток на базе роликовых щелевых печей (разработка НИИСтройкерамики) приведена на рис. 101.

Прессуют плитки на прессе марки К/PКп-125. Сначала плитки

сушатся в конвейерной сушилке, в которой газовые инжекционные микрофакельные горелки расположены вдоль всего сушила. Темпе­ ратура сушки 220—280° С, продолжительность 9 мин, влажность плитки после первой сушки 2,5—3%. Далее плитки конвейером пе­ редаются на глазурование методом дискового распыления или поли­ ва, после чего поступают на вторую сушку в сушилку, по конструк­ ции аналогичной первой. Температура плиток после сушки околск 130° С, влажность не более 0,5%, продолжительность сушки 3,5 мин. Высушенные плитки поступают на обжиг. Продолжительность утельного обжига в щелевой роликовой печи 17—20 мин при максималь­ ной температуре обжига 1100° С.

Как показали исследования НИИСтройкерамики, структуры пли­ ток длительного и скоростного обжига существенного различия не имеют. Прочность сцепления глазури с черепком 8— 10 МПа. Обжиг плиток в щелевых печах значительно упрощает производство: отпа­ дает необходимость в капселях, гребенках, исключаются операции по> заборке и выборке плиток из капселей, громоздкие и дорогостоящие тун­ нельные печи заменяются более дешевыми и удобными в пользовании, роликовыми печами, отпадает потребность в печных вагонетках и др.

Продолжительность политого обжига плиток при 960— 1000° С ■составляет 26—30 мин. Плитки загружаются в печь в четыре ряда и перемещаются в печи роликовым конвейером, без подставок. Про­ изводительность линии — 250 и 500 тыс. м2 в год.

На заводах для обжига фаянсовых плиток также используют ще­ левые роликовые, многоканальные электрические и газовые печи фирмы ■«Сити» (Италия). Схема роликовой печи фирмы «Сити» приведена на рис. 102. Длина печи 36,5 м, ширина канала 370 мм, высота 115 мм. Печь имеет 12 каналов. Плитки обжигают на лещадках по 6 шт. на каждой. Система огнеупорных роликов (диаметром 55 мм) образует подвижной под печи. Рабочий цикл обжига плиток от 2 до 4 ч, суточ­

•31,5 МДж/кг продукции, при электрообогреве 0,5 кВт/г на 1 кг продук­ ции (около 7 кВт-ч на 1 м2 плитки). Себестоимость плиток до 3 руб. за 1 м2. Качество плиток и особенно глазурного покрова, обожженных в горизонтальном положении в щелевых печах, выше, чем плиток, обжигаемых в вертикальном положении в туннельных печах.

Использование многоканальных печей резко сокращает продол­ жительность обжига плиток, повышает производительность труда в 2—3 раза, а выход плиток первого сорта до 75%, снижает на 30—50% расход тепла на единицу продукции, а электроэнергии в 2—3 раза.

Сортировка плиток. Сортируют плитки вручную или на станкахавтоматах типа КММ-2720-2-1 и других на три сорта в соответствии с ГОСТ 6141—76.

Применение автоматов для шлифовки утельной плитки исклю­ чает сортировку по размерам готовой плитки.

В институте ВИАСМ создана автоматизированная установка, ко­ торая автоматически принимает плитки, выходящие из щелевой роликовой печи, автоматически контролирует геометрические па­ раметры, полуавтоматически контролирует (с визуальным осмотром) качество лицевой поверхности, сортирует плитки на 3 сорта и в брак и укладывает в ящики. Режим работы установки непрерывный с цик­

тированные плитки хранят на складе раздельно по сортам, типам, цветам.

Пороки плиток в основном характеризуются качеством глазурно­ го покрова. Дефекты самих плиток — отклонения от размеров, ис­ кажение формы, разнотолщинность, кривизна — регламентйруются соответствующим ГОСТом и устраняются легче, чем пороки гла­ зурного покрова.

Пороки глазурного покрова возникают по таким причинам: из-за несоответствия состава глазури (цек, отслаивание, плохой разлив и др), плохой подготовки глазурного шликера и нанесения его на изделия (сборка, сухость, натеки, плешины и др.), нарушения режима обжи­ га (наколы, прыщи, пузыри и др.), нарушения условий ставки плиток, использования некачественных огнеупоров (слипыш, засорка, задув­ ка и др.).

0-27

П л о х о й р а з л и в возникает при недостаточном помоле компонентов глазури, недожоге изделий, низком качестве фриттования. Не­ дожженная глазурь характеризуется низкой твердостью, содержит в большом количестве слабо оплавленные зерна остаточного кварца размером 20—30 мкм и значительное количество газовых пузырьков округлой формы размером 30—40 мкм. Располагаются пузырьки в глазурном слое и реже в контактном, который почти отсутствует. По этим причинам глазурь имеет слабый блеск и возможна в о л н и с ­

то с т ь поверхности.

Му ш к а — черные или темно-коричневые точки, вызываемые железистыми включениями, а также возникающие в результате попа­ дания пыли и окалины из воздуховодов, неполного сгорания топлива, плохого процеживания глазури и неудовлетворительной магнитной сепарации. Устраняют появление мушки многократной магнитной се­ парацией тонкомолотых порошков, суспензий и шликеров, а также использованием в оборудовании деталей из высокоустойчивых к исти­ ранию сталей и шликеропроводов из цветного металла.

3 а с о р к а является следствием использования огнеупорного при­ паса низкого качества, плохой обдувки этажерок на вагонетках, не­ брежной садки изделий. Причиной засорки могут быть мельчайшие зерна золы, пыли, она можетбыть также химического происхожде­ ния, когда в газовой атмосфере печи содержание SiOa составляет 2,5—3%. Очень мелкие выступы, (высотой 1—2 мкм) на поверхности глазури возможны за счет непрореагировавших зерен циркона. Еди­ ничные выступы не портят внешний вид глазурного покрова, сплош­ ное покрытие ими поверхности снижает блеск глазури почти на 20%.

Де ф о р м а ц и я плиток более 2 мм является результатом неодно­ родной влажности пресс-порошка, неправильной сушки и обжига (пережог), использования деформированных капселей. Тепловое рас­ ширение глазури и плитки, напряжение в глазури также вызывают деформацию плитки.

Вс к и п а н и е глазури происходит, если температура плавления глазури значительно ниже температуры обжига изделия. Вскипание глазури возможно при использовании в ее составе низкокачественного сырья. Ввод 2—3% глинозема устраняет этот дефект.

Тр е щ и н ы глазури образуются при пережоге изделий. При этом глазурь представляет чистую стеклофазу с небольшим количеством газовых пузырьков (размером 15—60 мкм), с сильно развитым проме­ жуточным слоем (30—45 мкм), пронизанным игольчатыми кристаллами муллита размером 10—15 мкм. Напряжения в глазури характеризуют­ ся растяжением. Мелкие поверхностные трещины на глазури возникают

врезультате модификационных превращений свободного кварца и кристобалита в массе черепка изделий. Устранению поверхностных трещин способствует добавка в массу кварцевой муки, боя изделий, известкового шпата, доломита, за счет уменьшения содержания гли­ ны, каолина, полевого шпата. Для предотвращения растрескивания глазурного слоя необходимо: повышать температуру обжига; умень­ шать содержание в массе каолина за счет увеличения содержания кварцевого песка; повышать тонину помола кварца.

Повышенное поверхностное натяжение глазури, являющееся чаще всего следствием излишней тонины помола, приводит также к возник­ новению внутренних напряжений в слое глазури и образованию во­ лосных трещин.

Трещины — видимые для глаза (широкие) и невидимые (глухие) появляются в результате нарушения режимов сушки и обжига пли­ ток, поступления в обжиг плиток повышенной влажности, нарушения схемы садки плиток на печные вагонетки.

Ц е к — волосные трещины, указывают на несоответствие коэффи­ циентов термического расширения глазури и самой плитки.

Возникновению цека способствуют: использование глазури по­ вышенной плотности, нанесение глазури толстым слоем, плохая варка фритты, недостаточное развитие переходного слоя, недомол глазури, недожог плитки и др.

Ввод в массу плитки 3—5% онотского талька повышает стойкость глазури против цека, особенно при однократном обжиге. Рекомен­ дуется изменить состав глазури и черепка — увеличить содержа­ ние S i0 2 в глазури, повысить содержание СаО и MgO за счет снижения содержания Na20 и К20 , повысить эластичность глазури и тонину помола, уменьшить толщину глазурного покрытия (до 0,1 мм), повысить температуру обжига и длительность выдержки при максимальной температуре, повысить качество фритты глазурей. ^

Ч е ш у й ч а т о с т ь , в с к и п а н и е и з а д ы м л е н н о с т ь глазурного слоя — результат взаимодействия топочных газов, богатых сернистыми соединениями, парами воды и несгоревшими частицами углерода, с глазурью.

М а т о в о с т ь вызывается реагированием серного газа (S02) с глазурью, особенно содержащей СаО, а также кристаллизацией тридимита и кристобалита в условиях восстановительной среды. Матовость может появиться и в связи с улетучиванием содержа­ щегося в глазури В20 3, а также из-за расслоения глазурного шли­ кера.

Причиной матовости (сплошной или частичной) может быть обра­ зование на поверхности глазури налетов, состоящих из CaS04 (ангид­ рид), CaSi03 (волластонит) и реже CaAl2Si2Oe (анортит).

При обжиге цветных плиток опасность образования дефектов от воздействия печной среды на плитки увеличивается (различные от­ тенки, изменение цвета и др.). Дефекты глазури, трудно различаемые невооруженным глазом, резко снижают ее блеск.

Сб о р к а глазури, стягивание в капельки и складки образуются

вместах стекания глазури, при перемоле глазури и плохой обдувке плиток перед глазурованием.

Н а т е к на одной стороне плитки (утолщение глазури) образует­ ся при стекании глазури во время обжига. При недостаточном со­ держании в глазури пластичных глинистых материалов глазурь пло­ хо закрепляется на черепке. При несогласованности готовности че­ репка плитки и глазури, повышенной пористости утельного черепка глазурь может наноситься толстым слоем в результате стекания ее с плитки при обжиге.

П л е ш и н ы (непокрытые глазурью места) возникают в резуль­ тате недостаточной смачиваемости черепка из-за высокой вязкости гла­ зури, особенно при использовании тугоплавких полевошпатовых гла­ зурей и почти полностью исчезают при использовании маловязких борносвинцовых глазурей. Неравномерный утельный обжиг, участки более остеклованные за счет миграции растворимых солей также вы­ зывают плохое смачивание поверхности глазурью. Хорошая очистка от пыли и добавка в глазурь i—2% камеди способствует устранению этого дефекта.

Н а к о л ы возникают в результате газовых пузырьков на поверх­ ности глазури, оставляющих неглубокие кратеры — наколы глубиной до 1 мм. Газовые пузырьки образуются в результате выделения воз­ духа из пор черепка и газов от протекающих химических реакций. При преждевременном плавлении глазури, ранее чем усадка массы черепка достигнет 90% своей величины, газы, проникающие в глазур­ ный покров из черепка и насыщающие его, могут вызвать наколы (менее 1—2 мм), прыщи (1—2 мм), пузыри (2—3 мм), открытые кратеры. При наличии в массе 0,5% Fe20 3 объем выделяющегося кислорода равен 1,5 объема черепка плитки.

Наколы могут образоваться также при впитывании глазури круп­ ными порами черепка. Наколы и кратеры снижают блеск глазури на 4—6%.

Для устранения этих дефектов в период окислительного обжига поддерживают избыток воздуха в печной атмосфере до а = 1,5— 1,8, увеличивают выдержку при 800— 1000° С, регулируют давление в рабочем и подвагонеточном каналах. Иногда смачивание водой плиток перед глазурованием устраняет наколы. Вязкость глазури при раз­ ливе изменяется за счет ввода в глазурь 5— 10%. полевого шпата,

никает при нанесении глазури тонким слоем и использовании гла­ зури недостаточной плотности. При толстом слое глазури возможно вздутие ее и отслаивание.

плотностью, особенно цветной. Волнистость имеет в плане размеры до нескольких сантиметров, незначительную амплитуду и плавные очертания. Она резко снижает блеск глазури. Мелкая волнистость (рябизна) имеет расстояние между гребешками до 100 мкм. Она сни­ жает блеск глазури на 5—7%. Подогрев изделий перед глазурованием устраняет этот недостаток.

О т с л а и в а н и е глазури возможно, когда КТР глазури меньше КТР черепка, чрезмерно тонком помоле (перемоле) глазури, пережоге (фаянсовых изделий).

З а д у в к а — образование темных пятен и полос на глазури воз­ никает вследствие поглощения черепком углерода (сажи), золы и

углеводородов из печных газов. Устраняют этот дефект улучшением сжигания топлива и поддержанием заданного аэродинамического режима в печи с тем, чтобы поглощение черепком было минимальным

ивыгорание его заканчивалось до начала разлива глазури.

Пя т н и с т о с т ь возникает по различным причинам. В частнос­ ти, при употреблении дубильных экстрактов, особенно танина, которые

срастворимыми солями кобальта дают синие пятна в виде ореолов. При резком повышении температуры сода или жидкое стекло улету­ чиваются и оставляют следы оплавления в виде темных пятен.

Зеленые пятна, периодически появляющиеся на глазури фарфора, возникают от загрязнения медью. В глинах, а иногда и в каолинах

иполевых шпатах соединения меди чаще всего встречаются в виде вкраплений медного пирита черного или зеленого цвета. Иногда мед­ ные включения попадают в массу из оборванных проволок сеток, шту­ церов и др. Зеленые пятна могут также образоваться в результате взаимодействия солей ванадия, содержащихся иногда в глине, с цир­ коновой глазурью, а также из-за наличия хлорида или нитрата никеля, оксида или нитрата хрома, фосфата или нитрита меди, загрязнения полевого шпата минералом халькопиритом (CuFeSs). Восстановитель­ ная среда при обжиге, а также добавка к массе 0,5— 1,0% оксида цинка способствует уменьшению интенсивности окраски, особенно соедине­ ниями ванадия.

О т к л о н е н и е о т р а з м е р о в возможно при пережоге или недожоге плиток, а также в результате износа пресс-форм и нерав­ номерной засыпки порошка в форму.

§ 2. САНИТАРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Типы изделий и требования к ним. Санитарно-строительные изде­ лия (унитазы, биде, умывальные столы и др.) изготовляют из фарфо­ ровых, полуфарфоровых и фаянсовых масс методом литья в гипсовых формах с последующей сушкой и обжигом.

Изделия относятся к типу тонкокерамических, имеющих плотный (фарфоровый или полуфарфоровый), а также пористый (фаянсовый) черепок: покрыты прозрачной или глухой глазурью (белой или цвет­ ной). Физико-механические свойства черепка изделий приведены в табл. 31.

Унитазы тарельчатые изготовляют двух типов: прямые с выпуском под углом 90° и с выпуском под углом 30°. Унитазы тарельчатые дет­ ские выпускают таких же типов уменьшенных размеров.

Промышленностью освоен выпуск унитазов «Компакт» со смыв­ ным бачком, расположенным непосредственно на унитазе, унитазы спе­ циального назначения и др.

Независимо от типа унитазы должны иметь гидродинамически правильные формы, надежно промываться, пропуская не менее 1,5 л воды в секунду.

Умывальные столы (умывальники) разделяют на два основных типа: с переливом и без перелива. Кроме того, умывальники бывают со спинкой, полукруглые, угловые и т. д. Наиболее распространены

умывальники со спинкой без перелива (ГОСТ 14360—69), умывальники

значения являются следующие: они должны иметь заданную форму

го разлива без цека, натеков, пятен и других дефектов. Белизна изде­ лий должна быть не менее 65% для I и II сортов и не менее 60% для III сорта.

Сырьевые материалы. Для изготовления санитарно-строительных изделий применяют пластичные материалы — огнеупорные беложгущиеся глины и каолины преимущественно мокрого обогащения, плавни и отощающие — полевой шпат, пегматит, кварцевый песок, доломит и бой готовой продукции (череп). Кроме того, для улучшения цвета черепка вводят в небольшом количестве сульфат кобальта, а для повышения текучести шликера — электролиты, жидкое стекло

исоду.

Вкачестве основного сырья используют дружковскую глину мар­ ки ДФО и ДВ1. Она должна содержать А1г0 3 не менее 33% (на про­

каленное вещество), Бег0 3 не более 1,4%; латненскую глину ЛТУ I сорта, глуховецкий каолин мокрого обогащения марки К I и II сор­ тов, а также глуховецкий каолин сухого обогащения марки «П» I и II сортов, каолин просяновского мокрого обогащения II сорта. Уста­ новлена возможность использования каолина Новоселицкого место­ рождения, в замену части (до 30%) глуховецкого каолина.