Производство твердого фарфора

 Организация производства изделий на автоматизированных линиях

 Автоматизированная линия для производства чашек ОМА-45

 Поточные линии фирм «Thuringia» (ГДР) и «Service Engineers» (Англия)

 Автоматизированная линия производства чашек фирмы «Нейтчш» (ФРГ)

В зависимости от состава, технологических условий производства и физико-технических свойств различают изделия, из твердого и мягкого фарфора. Из твердого фарфора изготовляют изделия бытового (хозяйственного) и электротехнического назначения. К твердому фарфору причисляют высокоглиноземистый фарфор и другие разновидности. Среди всех фарфоровых изделий 95% из твердого фарфора. Сырьевыми материалами для производства фарфоровой посуды являются: каолины обогащенные для керамических изделий (ГОСТ 21286—75 с изм.); глины беложгущиеся, высокопластичные Веселовского месторождения (МРТУ 21-40-69), а также Трошковского месторождения высшего и 1-го сортов (РСТ РСФСР 305-72); глины бентонитовые для тонкой керамики (ГОСТ 7032— 75); полевой шпат кусковой для тонкой керамики (ТУ 21-25-97-72); пегматит (ГОСТ 7030—75 с изм.); песок кварцевый для тонкой керамики (ГОСТ 7031—75); глинозем технический (ГОСТ 6912—74 с изм.); доломиты Мелехово-Федотовского месторождений (ТУ 21-01-135-67); кварциты вторичные Гусевского месторождения (РСТ РСФСР 432—73); мел природный обогащенный (ГОСТ 12085—73 с изм.); бой фарфоровый первого и второго обжига (нераскрашенный). Массы изделий классического твердого фарфора содержат 50% глинистых материалов (глины, каолины), 25% полевого шпата, 25% кварца. Предварительно кусковые каменистые материалы: кварц, полевой шпат, пегматит, доломит и мрамор, а в случае загрязнения и политой фарфоровый бой — промывают в моечном барабане, сортируют и обжигают при 850—900°С. Затем их измельчают на бегунах с гранитными или кварцитовыми катками и подом с самоотсевом или на бегунах, работающих в замкнутом цикле с ситом-бурат или вибрационным ситом и магнитным сепаратором. Полевошпатовые материалы просеивают через сито № 1,25 (37,2 отв/см²), кварц и бой изделий — через сито № 09 (64 отв/см²), кварцевые отходы каолинового производства — через сито 4 отв/см². Тонкое измельчение каменистых материалов производят в шаровых мельницах мокрого помола при соотношении (по массе) размалываемых материалов, шаров и воды 1:(1,2—1,8) :1. При каждой загрузке материалов добавляют мелющие тела соответственно их истираемости: для кремневых шаров — 0,05%, для уралитовых — 0,025% массы мелющих тел за 1 ч работы мельницы. Помол ведут дифференцированно. Сначала измельчают в течение 2,5—3 ч кварцевые материалы и бой политых изделий, после этого загружают и размалывают полевошпатовые материалы и бой изделий первого обжига. Для ускорения процесса измельчения и повышения механической прочности массы в воздушно-сухом состоянии рекомендуется добавлять при помоле ССБ в количестве 1% по массе сухого размалываемого материала. Глинистые материалы, отходы при сушке и обрезки распускают в воде, чтобы довести влажность суспензии до 65—70%. Количество отходов сушки и обрезков не должно превышать 30% общего объема глинистых материалов в массе. Допускается роспуск глинистых материалов в шаровых мельницах, в которые их загружают по окончании измельчения каменистых компонентов, домалывая совместно в течение 2—3 ч. Суспензии, поступающие из мешалок и шаровых мельниц, перед подачей в сборники-смесители пропускают через сито № 02 (918 отв/см²). Суспензию из сборников-смесителей процеживают на виброситах № 009 (3460 отв/см²) и подвергают магнитному обогащению. Готовая суспензия должна иметь остаток в пределах 0,5—1% на сите № 0056 (10 085 отв/см²). Готовую суспензию влажностью 55—60% подают в расходные сборники,   оборудованные размешивающими механизмами. Для облегчения и ускорения процесса последующей фильтрации суспензию в этих сборниках подогревают до температуры не более 45° С. Обезвоживание суспензии до получения массы влажностью 20—25% производят на фильтр-прессах. Давление фильтрации 1—1,5 МПа. Далее массу проминают на вакуум-прессах, после чего выдерживают ее в закрытом помещении не менее 10 суток в условиях повышенной влажности или двукратно проминают на вакуум-прессах при разрежении не менее 0,06 МПа.

При подготовке глазури компоненты измельчают в шаровых мельницах путем совместного помола до величины частиц, характеризующейся остатком не более 0,02—0,05% на сите № 0056. Влажность глазурной суспензии 45—50%. В качестве мелющих тел применяют только кремневую гальку диаметром 15—20 мм. Соотношение М:Ш:В составляет 1:1,5:(0,9—1). Глазурную суспензию процеживают через двойное вибросито № 009 и № 0071 (соответственно 3900 и 6400 отв/см²) и подвергают магнитному обогащению. Формуют фарфоровую посуду из пластичной массы в гипсовых, полихлорвиниловых и других формах на механизированных формовочных станках, полуавтоматах или Автоматах, а также отливают из шликера в гипсовых формах на литейных машинах или стендах. Влажность пластичной массы для плоских изделий, формуемых на полуавтоматах с роликовым шаблоном, должна быть 20—22%, для плоских изделий, формуемых на шпиндельных формовочных станках,—22—23%, для чашек, кружек, пиал, чайников, сахарниц, сливочников, формуемых на шпиндельных станках,— 24—26%, для крышек и бомз, формуемых на полуавтоматах,— 19—21%. При снижении влажности изделий до 12—18% производят их оправку мелкозернистой шлифовальной шкуркой. Абразивной шкуркой и резаком оправляют края плоских изделий, а внутреннюю поверхность заглаживают влажным поролоном только при наличии на ней исправимых дефектов или для удаления пыли. Подвяленные чашки и кружки выправляют после выемки из форм. Отделку и приставку ручек, носиков и других деталей производят вручную или при помощи специальных полуавтоматов. В случае необходимости подбивку приставленных деталей производят после окончательной сушки. Сушат изделия в один или несколько приемов: блюдца — в один, тарелки — в один или два. Длительность сушки в один прием 2—3 ч. Сушка полых изделий обычно осуществляется в два приема, а при приставке деталей по «сухому» корпусу изделия — в три. При сушке в два приема изделия при первой сушке в конвейерной сушилке подвяливаются в гипсовой форме до влагосодержания от 15—17% (чашки, кружки) до 16—18% (чайники, сахарницы, пиалы и др.). Продолжительность подвялки в формах от 1 до 2 ч при температуре теплоносителя от 35—40° С до 65—70° С и относительной влажности теплоносителя 50—30%. Одностадийная сушка плоских изделий на гипсовых формах в конвейерных конвективных сушилках длится 3—4 ч и требует трехкратного количества форм по сравнению с высушиванием изделий за 1 ч. Более прогрессивна двухстадийная сушка изделий: на первой стадии — направленным потоком теплоносителя, нагретого до 70—75° С при скорости 16—17 м/с, на второй — конвективным способом. Досушка плоских изделий после снятия с гипсовых форм до влажности 1,5—2,5% осуществляется в конвейерной сушилке за 1 —1,2 ч при 85—100° С, а полых изделий за 3 ч при температуре теплоносителя 45—50° С и относительной его влажности 50—35%. Перед первым обжигом тонкостенные чашки и блюдца склеивают попарно, что устраняет возможность деформации и «засорки», повышает плотность садки, исключает потребность в бомзах. Мастика для склеивания состоит из 33% клея столярного, 10% глинозема обожженного, 10% кварца молотого, 47% воды. Первый обжиг осуществляют в печах непрерывного действия. Влажность изделий, поступающих на обжиг, не должна превышать 2% при обжиге в туннельных печах и 1% при обжиге в конвейерных печах. Температура обжига должна быть 900—1000° С. Печная среда — сильно окислительная. Продолжительность обжига в туннельной печи 6—14 ч, в щелевой с сетчатым подом 1—1,2, в щелевой с роликовым подом 3—3,5, вертикальной щелевой 0,5—1 ч. Расход условного топлива 0,55— 0,65 кг на 1 кг изделий. Обожженные изделия с небольшими дефектами оправляют абразивной шкуркой, отставшие детали повторно приставляют. Глазурование изделий производят на полуавтоматах или конвейерных линиях, организуемых по следующим технологическим схемам: при механизированном способе—очистка полуфабриката от пыли, глазурование на глазуровочных машинах, зачистка опорных поверхностей (ножек, краев) на машинах для зачистки глазури, склеивание попарно изделий для обжига; вручную — очистка полуфабрикатов от пыли, пропитка опорных поверхностей изделий расплавленным парафином, ручное глазурование изделий, зачистка опорных поверхностей, склеивание попарно изделий для обжига. Нормальная плотность глазурной суспензии для глазурования утельных изделий в зависимости от водопоглощения черепка —1,35—1,42 г/см³, для глазурования при однократном обжиге высушенных изделий — 1,38— 1,45 г/см³.

Второй обжиг изделий в зависимости от состава массы осуществляют при 1350—1410°С. Считается, что оптимальная температура обжига фарфора должна составлять 80—85% его огнеупорности.

Рис. 103. Кривые обжига в туннельной печи 1 — температура; 2 — содержание CO + H₂ в печных газах

Политой обжиг по технологическим соображениям делят на пять периодов (рис. 103). Первый: подогрев до 250—300° С, среда — окислительная, содержание CO₂ 5—6%, скорость подъема температуры до 125°С в 1 ч. Второй: подогрев до 900—940° С, среда —окислительная, содержание CO₂ 9—14%, скорость подъема температуры 200—250°С в 1 ч и более. Третий: выдержка при 940—1040° С, среда — сильно окислительная, содержание 02 8—10%, CO₂ 10—12%, скорость подъема температуры снижают до 12—25° С в 1 ч. Четвертый: период восстановительного огня, температура 1040—1280°С, содержание CO₂ 15—17%, 02 0,5—1%, СО + H₂ 2—6%, скорость подъема температуры 30—50° в 1 ч. Пятый: период нейтрального огня от 1280° С до конечной температуры обжига 1350—1410°С, содержание CO₂ 16—19%, 02 0,5—3%, СО 1—2%. Коэффициент избытка воздуха а =1,05. Выдержка изделий при максимальной температуре обжига в течение 1 —1,5 ч способствует повышению содержания жидкой фазы, более равномерному распределению в ней кристаллических фаз, газовых пузырьков. Выдержка не должна быть длительной. Однако короткая выдержка при высокой конечной температуре обжига обусловливает образование крупных, беспорядочно располагающихся в жидкой фазе игл муллита. Чрезмерно короткая выдержка не обеспечивает протекания до конца процессов фарфорообразования и требуемого розлива глазури. При обжиге фарфоровых изделий в туннельных печах продолжительность выдержки составляет 3—6% общей длительности обжига. Аэродинамический режим в туннельной печи следующий: в зоне подогрева — разрежение, в зоне большого огня — слабо положительное давление, в зоне охлаждения — положительное давление. В подвагонеточном канале давление должно быть на 1 Па меньше, чем в печном канале. Для того, чтобы повысить белизну фарфоровых изделий, снижают температуру начала окислительной выдержки и скорость нагрева, повышают содержание в печных газах кислорода, снижают температуру начала восстановительного периода, повышают концентрацию в печных газах продуктов неполного сгорания топлива, увеличивают длительность этого периода, удлиняют продолжительность конечной выдержки при умеренной температуре. Создание слегка восстановительной (содержание СО —0,4%) газовой среды на участке первых пяти позиций вагонеток в зоне охлаждения туннельной печи способствует повышению белизны фарфоровых изделий на 3—4%. Обработку обожженных изделий для улучшения их товарного вида и устранения исправимых дефектов производят в следующем порядке: шлифовка и полировка краев изделий, обжигаемых на бомзах или склеенных попарно; шлифовка или зачистка ножек; шлифовка и полировка «засорки», выбоин и щербин. Края полых изделий, обжигаемых на бомзах, а также чашек и блюдец, обжигаемых склеенными попарно, шлифуют и полируют на карусельных полуавтоматах с помощью абразивных лент следующей зернистости: для грубой шлифовки—16—25, для окончательной шлифовки — 10—12, для полировки — 3—6 мкм. Ножки тарелок, крупных полых и плоских изделий шлифуют на шлифовальных станках с помощью абразивных кругов, покрытых синтетическими алмазами обычной прочности. «Засорку» на изделиях, а также небольшие щербины и зашибы края сошлифовывают на шпиндельных станках с помощью кругов из синтетических алмазов высокой прочности или абразивных кругов марки Э946СТ 19КВ. Затем изделия сортируют по степени деформации и раскраске. Рассортированную продукцию маркируют, нанося при помощи штампа товарный знак (клеймо). Товарный знак ставят по центру дна изделий надглазурными красками с последующим закреплением их обжигом. Декорируют фарфоровые изделия в основном надглазурным декором. Для нанесения декора используют все способы надглазурного декорирования (см. рис. 96) и их комбинации. При обжиге изделий с надглазурным декором соблюдают следующий режим термообработки: обжиг ведут в окислительной атмосфере, температура обжига должна соответствовать паспортным данным обжигаемых красок, длительность выдержки при максимальной температуре не менее 8—10 мин, охлаждение изделий в интервале температур 650—500° С замедляют по сравнению с другими периодами. Во время обжига нельзя допускать быстрого повышения температуры в печи, приводящего к вскипанию красок, более высокой температуры обжига по сравнению с установленной для данного номера краски, чтобы предупредить изменение тона краски или полное её обесцвечивание вследствие пережога, а также восстановительной газовой среды, вызывающей законченность красок (задымление и сероватость оттенков). Упаковку, транспортирование и хранение готовых изделий производят в соответствии с действующей нормативно-технической документацией.