Технология производства керамической плитки

Глазурованные плитки одинарного обжига подвергаются лишь одной процедуре  обжига, которой подвергается и основа, и эмаль. Особыми типами таких  керамических плиток являются "прессованно-эмалированные " плитки, полученные нанесением порошкообразной  эмали в момент прессования, и  плитки с "эмалировкой по раскаленному корпусу", полученные путем нанесения  специальных гранулированных эмалей на раскаленный корпус.

В процессе обжига при высоких  температурах (от 900 до 1250 °С в зависимости  от типа плитки) в смеси происходят химические реакции с выделением пара и др. химических веществ, что  приводит к уплотнению изделия.

Это вызывает усадку изделия, размер которой зависит от свойств  используемой смеси: от нулевой усадки смеси в высокопористой плитке до 8 %-ной усадки смеси в плитке из фарфоровой керамики. Восьмипроцентная усадка значит, что для получения  обожженной готовой плитки с размером стороны 20 см нужно прессовать плитку размером 21,6 см. Усадка смеси увеличивается по мере повышения температуры обжига изделия. Небольшие колебания температуры вызывают равные колебания усадки, которые имеют большое значение: из этого следует необходимость разделения готовых изделий на партии по калибру.

Все чаще в производстве керамической плитки стал применяться  так называемый двукратный "быстрый  обжиг" ( то есть, короткий интенсивный  обжиг ) в печах с роликовым  подом. "Быстрый обжиг" является современной технологией, позволяющей  получать плитки больших размеров и  с разнообразным рисунком. Он дает возможность сэкономить много энергии  и уменьшить затраты. Экономный  расход энергии означает также меньший  выброс в атмосферу газов и  пыли, а следовательно, и меньшее  загрязнение окружающей среды.

Благодаря более короткому  времени обжига новые печи с однослойным  роликовым подом в настоящее  время заменяют старые туннельные печи для обжига при производстве большинства  видов керамической плитки

 

3.2 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.

Производство керамической плитки

Производство плитки

Керамическая плитка (или кафельная  плитка) – продукт производственного  процесса, цикл которого является типичным для большинства керамических изделий.  
Этот процесс состоит из нескольких этапов, во время которых производится переработка и обработка сырья и получается готовое изделие - керамическая плитка.  
Выделяют три основных технологических цикла, которые охватывают производство плитки всех видов. Первый цикл имеет отношение к производству неглазурованной плитки. Второй включает в себя производство глазурованной плитки двойного обжига. Это означает, что кафель подвергается двум видам термической обработки: для укрепления основания и для стабилизации глазури и орнамента, которые наносятся на обожженное основание. Третий технологический цикл представляет собой производство глазурованной плитки одинарного обжига. В этом случае глазурь и орнамент наносятся на высушенное (но не обожженное) основание, которое впоследствии проходит только один этап термической обработки: затвердевание основания и стабилизация глазури происходят одновременно во время "одинарного" обжига.

Сырье

В качестве сырья для производства керамической плитки используются смеси  различных материалов. 
1. Глинистые материалы - обеспечивают пластичность влажной массы, необходимую для формовки заготовок плитки.  
2. Кварцевое сырье (в основном кварцевый песок) - выполняет структурную функцию, или, иными словами, образует "скелет" керамического изделия. Это необходимо для того, чтобы ограничить и контролировать изменение размеров изделия, неизбежное при сушке и обжиге.  
3. Фельдшпатовые и/или карбонатные материалы – благодаря содержащимся в них полевым шпатам (алюмосиликаты натрия, калия, кальция и т. д.) или карбонатам (в частности, кальция) при обжиге помогают добиться нужной вязкости, которая обеспечивает стекловидную и плотную структуру готового изделия.

Приготовление смеси

Приготовление смеси состоит из нескольких операций, обеспечивающих получение однородного материала, нужную зернистость и содержание воды, необходимое для последующей  формовки. На этом этапе производства получают порошок с содержанием воды 4-7% для формовки прессованием или массу с содержанием воды 15-20% для производства экструдированной плитки. 
 
В любом случае этап приготовления смеси состоит из трех операций:

1. измельчение,
2. смешивание-гомогенизация,
3. увлажнение.

При приготовлении порошка  для прессования могут использоваться две технологии: сухое измельчение  сырья с последующим доведением уровня влажности до нужных значений с помощью увлажнителей и влажная  технология, при которой сырье  измельчается в воде, после чего шликер (жидкая глина) сушится методом  распыления. Выбор той или иной технологии зависит от типа массы  и от характеристик самого изделия.

Формовка

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.

Более 95% испанской плитки производится методом прессования. При прессовании  порошкообразная масса с содержанием  влаги 4-7% сдавливается в двух направлениях, как правило под давлением  порядка 200-400 кг/см2. Происходит перемещение  и частичная деформация гранул, благодаря  чему даже необожженная плитка приобретает  соответствующую плотность и  прочность.  
Другие виды изделий (обожженные изделия, клинкер) производятся преимущественно методом экструдирования. В этом случае исходная масса содержит влагу от 15 до 20% в зависимости от типа изделия. Полоса, выходящая из экструдера, режется на соответствующие размеры.

Сушка

Сушка имеет важное значение, так  как на этом этапе из изделия удаляется  вода, необходимая для формовки. Условия сушки играют большую  роль для обеспечения целостности  изделия, поэтому процесс тщательно  контролируется во избежание образования  деформаций, растрескиваний и прочих дефектов. На сегодняшний день в  производстве керамической плитки наиболее распространены сушильные установки  с сушкой горячим воздухом. Такая  установка обеспечивает диффузию влаги, то есть ее выход на поверхность  изделия и ее дальнейшее испарение  и удаление. Быстрое действие установки  обеспечивается хорошим теплообменом, качественной вентиляцией и относительно высокой температурой воздуха, при  которых производится осушение.

Глазури и глазурование

Плитка бывает глазурованная и  неглазурованная. У глазурованной  плитки верхний, относительно тонкий слой имеет стекловидную структуру, то есть поверхность плитки отличается от ее основания и создает определенный визуальный эффект (цвет, глянец, орнамент и т. д.), а также ряд механических свойств (твердость, водонепроницаемость  и т. д.), которые не может обеспечить основание плитки. Неглазурованная  плитка имеет однородную структуру  по всей толщине.  
Глазурь представляет собой смесь различных минералов и соединений (каолин, фритты, песок, различные окислы, красящие пигменты), наносимую на поверхность изделия и расплавляемую. При последующем охлаждении расплавленная масса затвердевает, образуя стекло. Приготовление глазури заключается в дозировании различных материалов и их измельчении в воде. При этом получается готовая к применению взвесь с содержанием воды 40-50%. Глазурь может наноситься или на обожженную поверхность (при двойном обжиге), или на высушенную поверхность - при одинарном обжиге. Для нанесения глазури применяется различное оборудование (конусные или фильерные автоматы, ковшовые или трубчатые дозаторы, дисковые распылители, аэрографы).

Обжиг

Процедура обжига придаёт плитке необходимые  механические характеристики, а также  свойства химической инертности. Приобретение таких характеристик - результат  химических реакций и физических изменений, происходящих в плитке и  в глазури (если плитка глазурованная). Обжиг производится в печах непрерывного действия, которые представляют собой  туннель, по которому плитка перемещается на специальных транспортерах, сначала  подвергаясь предварительному нагреву, а затем нагреваясь до температуры  обжига, которая в зависимости  от типа изделия может достигать  от 900 до 1250°С и более. После пребывания на участке обжига в течение 40-70 минут  плитка перемещается далее по туннелю, постепенно охлаждаясь до температуры, которая обеспечивает ее безопасную выгрузку из печи. Во время обжига происходят различные реакции, от результата которых  зависят характеристики изделия. После  охлаждения керамическая плитка приобретает  высокую механическую прочность.

Сортировка

Обжиг – последний этап технологического цикла изготовления кафельной плитки. На выходе из печи мы получаем готовое  изделие.  
Прежде чем поступить на участок упаковки и далее на склад, плитка тщательно сортируется с целью:

1. отбраковать изделия с дефектами;
2. отделить кафель первого сорта от плиток более низких сортов;
3. сгруппировать плитки каждого сорта в торговые партии соответственно размерности ("калибру") и цветности ("тону").

Керамическая плитка производится из растворов глины с добавлением  песка и других природных материалов. Из таких растворов формируются  пластины в желаемых параметрах и  подвергаются обжигу при температурах от 1000 до 1250 градусов.

 

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).