Технология производства керамической плитки

Особо чистые, и наиболее ценные для производства керамики, глины содержат каолинит (Al2O3); содержание его может достигать 40%. Керамические глины характеризуются особенно однородным химическим и минералогическим составом и содержат глинистого компонента до 25-30%. Фарфор, самый тонкий и плотный продукт из глины, состоит из 40-65% каолина (фарфоровое сырье). Чистый каолин имеет белоснежный вид, а при наличии в нем кварца и полевого шпата имеет серо-желтый цвет.

Керамическая масса для формования керамических изделий должна быть приготовлена на основе глины, по составу соответствовать способу пластической обработки и требуемому качеству обжигаемого продукта. Окончательное приготовление керамической массы осуществляют смешением глины, воды и различных добавок, например кварцевого песка, полевого шпата, известнякового шпата или шамота. Для равномерного распределения воды по всей массе и большей пластичности, готовую массу выдерживают некоторое время для созревания во влажных погребах (ручное производство) или в специальных резервуарах или силосных башнях (промышленное производство). В зависимости от содержания влаги и предполагаемого способа формования керамические массы подразделяют на 3 вида: для полусухого прессования с содержанием воды 5-10%, пластического формования с содержанием воды 15-25%  и литьевой технологии с содержанием воды 26-40%.

При изготовлении керамических плиток и плит применяют только массы для полусухого прессования и пластического формования. Для изготовления санитарно-технических изделий и сосудов способом заливки в гипсовые формы используют керамические массы для литьевой технологии. Эти массы с введенными в их состав добавками могут использоваться для глазурования (шликеры для глазури). Сырьем для глазурей служат кварц, карбонат кальция, доломит и различные окислы металлов, которые тонко размалывают в барабанных мельницах. При обжиге глазурь плавится, образуя на поверхности плиток или плит стекловидный слой, облагораживающий поверхность.

В таблице 1 приведены типовые составы формовочных масс для получения керамических плиток [8].

Таблица 1

Типовые составы формовочных масс, %

1.3 Характеристики и особенности керамических плиток

Керамические плитки бывают: облицовочные, напольные и фасадные. Размеры плиток колеблются от 2,1×2,1 мм для коврово-мозаичных до 600×1200 мм для навесных фасадных систем.

Способы получения и свойства керамических плиток разного назначения приведены в таблице 3 [8].

Таблица 3

Характеристика керамических плиток

Керамические плитки для внутренней облицовки стен (облицовочные плитки) покрыты глазурью, что определяет их декоративные и гигиенические свойства. Такие плитки водонепроницаемы, долговечны, огнестойки. Их применяют для облицовки стен столовых и кухонь, санитарных узлов жилых помещений, больниц и поликлиник, бытовых помещений предприятий, плавательных бассейнов, станций метрополитена и других объектов.

Облицовочные плитки различают: по глазурному покрытию – белые и цветные, покрытые глазурями прозрачными и цветными, декорированные многоцветным рисунком и т.д.; по виду поверхности – плоские, рельефно-орнаментированные, фактурные и др.; по форме – квадратные прямоугольные, фасонные.

Особенностью керамических плиток для полов является малая пористость, высокая плотность, большая сопротивляемость истирающим усилиям, огнестойкость, устойчивость против атмосферных воздействий. Все это определяет долговечность материала. Напольные керамические плитки применяют для настилки полов в промышленных, жилищно-бытовых и общественно-культурных зданиях.

По виду лицевой поверхности различают плитки гладкие, тисненые, рельефно-глазурованные, гладкие глазурованные, с орнаментированной сериографическим способом поверхностью; по цвету – одноцветные, многоцветные; коврово-узорчатые, мраморовидные, порфировидные, рельефно-орнаментированые глазурованные и др.

Фасадные глазурованные и неглазурованные плитки используют для облицовки наружных стен и цоколей зданий, отделки стеновых панелей, крупных блоков, лоджий, обрамления оконных и дверных проемов и оформления других архитектурных элементов зданий, а также облицовки подземных пешеходных переходов и транспортных туннелей.

2. Технологическая часть

2.1 Описание технологической схемы производства керамических фасадных прислонных плит

Производство керамических фасадных прислонных плиток регламентируется нормами DIN 18 166 «Керамические фасадные прислонные плитки». Эти плитки изготовляют с серо-белым, светлым или цветным черепком, глазурованные либо неглазурованные. Они предназначены для внутренней и наружной облицовки стен или для покрытия полов.

Формование и сушка. Керамические прислонные плиты изготовляют из пластичной керамической массы, влажность которой при формовании составляет в среднем от 15 до 17%. Формование плит осуществляют вакуумным ленточным прессом методом экструдирования. Керамическая масса спрессовывается шнеком ленточного пресса и продавливается через сменный мундштук, закрепленный в конце выходной цилиндрической части пресса, проходя через который пластичный глиняный брус приобретает форму соответствующего керамического изделия, т.е. форму плиты. Отрезное устройство, работа которого синхронизирована со скоростью движения глиняного бруса, разрезает выходящий из мундштука пресса отформованный брус на части по длине плит, которые называют полуфабрикатами. Из пресса отформованные плиты выходят сдвоенными, обращенными друг к другу тыльными сторонами. Раньше плиты разделяли после обжига вручную на месте производства работ, а теперь разделение входит в процесс производства.

Сдвоенные отформованные плиты, поставленные вертикально, транспортируют по всей технологической линии; они проходят последовательно сушку в камерных или туннельных сушилках, глазурование, затем их грузят на обжиговые вагонетки и обжигают. Чтобы плиты по длине не подвергались короблению и повреждения во время движения по всей технологической линии, тыльная сторона их имеет ребра жесткости. После сушки в течение 2 суток уменьшается влажность плит вдвое от начальной, а их размеры – примерно на 4%, т.е. происходит усадка, и плиты становятся твердыми.

Рисунок 1 – Технологическая схема производства керамических

фасадных прислонных плит:

1 – добыча глины; 2 – подготовка; 3 – формование на ленточном прессе; 4 – сушка; 5 – глазурование; 6 – обжиг; 7 – сортировка-упаковка; 8 – загрузка.

Лицевая поверхность. Отделка лицевой поверхности прислонных плит осуществляется одним их следующих способов. Оставляют плиту неглазурованной, профилируют, придают определенную структуру, а затем проводят глазурование; глазурование выполняют цветными глазурями, художественное глазурование осуществляется вторичным обжигом. Глазурь наносят сразу после сушки изделия, а ее обжиг происходит при температуре около 1230°С, во время обжига самой плиты.

Некоторые глазури (преимущественно интенсивной окраски) обжигают при более низкой температуре. В этом случае вначале при более высокой температуре обжигают само изделие, затем наносят глазурь и изделие обжигают вторично (вторичный обжиг).

Лицевую поверхность некоторых плит выполняют профилированной или структурированной исходя из функциональных требований, например, чтобы препятствовать скольжению при ходьбе, либо из соображений эстетического оформления. Профилирование и рифление лицевой поверхности по длине плит осуществляют с помощью профильного мундштука. Другие виды структурирования лицевой поверхности плит выполняют профилируемыми вальцами, которыми сдавливают движущийся брус с двух сторон сразу не выходя из мундштука.

Тыльная сторона плит. На тыльной стороне керамических прислонных плит в процессе производства образуется характерный профиль, который обеспечивает наилучшее сцепление строительного раствора с устанавливаемой плитой. При прохождении сдвоенного бруса через мундштук с установленным посередине керном осуществляется очень четкое профилирование обеих сдвоенных тыльных сторон плит.

Обжиг плит. После загрузки высушенных плит на обжиговые вагонетки по определенной схеме, плиты обжигают в туннельной печи длиной более 100 м. вагонетки с плитами одна за другой продвигаются вдоль печи последовательно через зоны подогрева, обжига и охлаждения. Обжиг продолжается примерно 50 ч.

Программу температурного режима обжига выдерживают в соответствии с рецептурным составом плит и заданным качеством конечного продукта. Температура режима обжига поддерживается автоматически по данным измерения температуры термоэлементами и результатам наблюдения за конусом Зегера. Конусы Зегера представляют собой пирамидальные образцы из силикатной массы, имеющей различные точки плавления в зависимости от ее состава; конусы устанавливают вместе с обжигаемыми изделиями из вагонетки, подвигаемые последовательно через все зоны печи. При температуре около 1230°С керамическая масса уплотняется; причем дополнительная усадка массы при обжиге составляет примерно 4%. Далее, в процессе спекания керамическая масса уплотняется без деформации изделия, превращаясь в керамический жесткий черепок с плотной структурой.

Заключительные стадии производства предусматривают расщепление сдвоенных плит, сортировку, упаковку, связывание в стопки. В зависимости от качества изготовления керамические фасадные прислонные плиты сортируют на три класса:

1.      плиты I сорта имеют красную маркировку; они соответствуют высшему качеству по DIN 18 166, т.к. удовлетворяют наивысшим требованиям по морозостойкости, прочности на удар, цвету, уходу за ними в процессе эксплуатации;

2.      плиты II сорта имеют синюю маркировку; они имеют небольшие дефекты поверхности, повреждения ребер и дефекты окраски, которые, однако, не искажают общее цветовое восприятие поверхности;

3.      плиты III сорта маркируют зеленым цветом; цветовое восприятие таких плит значительно отклоняется от стандартных плит I сорта. Они могут иметь также дефекты поверхности и некоторые отклонения от допустимых размеров (длина, ширина, плоскостность поверхности, прямолинейность сторон).

2.2 Режим работы цеха (завода)

Производство керамических плиток может быть организовано в виде отдельного предприятия или входить в состав домостроительных или керамических комбинатов. Керамико-плиточное предприятие включает склады сырья и готовой продукции, массозаготовительный цех, цех основного производства,  ремонтно-механический цех. Предприятие по выпуску керамических плиток может также иметь в своем составе цеха по выпуску кирпича, черепицы или других строительных керамических изделий. Режим работы цехов и отделений предприятия при наличии буферных запасов представлены в таблице 4 [8].

Таблица 4

Режим работы